無人機反制技術應用現狀及發展

劉施陽 師 帥

武警工程大學 陜西 西安 710086

引言

隨著低空領域的開放,以及智能化、無人化的興起,使無人機漸漸從軍用轉向民用,消費級無人機已呈井噴式發展。無人機產業是近年來發展最迅猛的行業之一,據估算,未來十年其市場規模在全球范圍內將達到673億美元[1]。正因為無人機產業的磅礴發展與其相對應的法規制度不匹配,導致無人機“黑飛”事件呈頻發高發態勢,各類安全事故層出不窮,對經濟發展、社會秩序甚至人員安全都造成了一定程度的威脅。

當前社會公眾還無法直面無人機帶來的安全隱患,公安機關對無人機犯罪也沒有完整的防范體系,無人機反制技術發展本身也滯后于無人機發展,種種原因導致無人機反制能力達不到安全需求?；诖?總結現有反制技術,針對無人機反制技術面臨的問題,研究分析無人機反制技術未來發展趨勢,摸索其發展脈絡,使其滿足時代發展需要,才能夠未雨綢繆,在未來與無人機的對抗中獲取制勝主動權。

1 無人機反制技術發展現狀

1.1 軟攔截

軟攔截主要指通過一定技術或物理手段,在不破壞無人機內部存儲信息的前提下達到攔截或者使其失去威脅方式的統稱,其中包括但不限于技術層面的捕捉和物理層面的攔截。

捕捉的方法最為直接,目前來講,主要可以分為馴服動物捕捉、發射捕捉網捕捉兩類。

馴服動物捕捉,顧名思義,就是通過馴服鷹、隼等猛禽,采用在成功捕獲目標無人機后給予獎勵的機制,從小培養其對無人機的捕捉意識,進而達到無人機反制的目的。2016年9月12日,荷蘭警方宣布稱訓練鷹隼捕獲無人機以達到反制目的的實驗已經成功,不久后就會投入使用,在重大節假日或需要重點保護的場合,一旦有不明無人機來犯,這些經過培訓的獵鷹就可以隨時出動,解除威脅。但是,此種方法只是基于鷹隼等的條件反射,無法產生思維辨識[2],更何況無人機的外形或者環境因素從來都不是一成不變的,而這些變化都極有可能導致捕捉任務的失敗。

圖1 荷蘭警察訓練鷹隼捕捉無人機

捕捉網捕捉可以分為捕網彈丸和掛載式捕網兩種,通過捕捉網對無人機進行包裹,借此破壞其動力裝置。由于捕捉網工作機制是對旋翼的纏繞,所以也只能局限于此,對于固定翼無人機只能望洋興嘆。

1.1.2 干擾

在無人機反制中,干擾無人機與飛手、衛星之間的連接或者使無人機產生錯誤認知也是常用手段之一。根據無人機通信原理,采用信號干擾導致無人機射頻干擾自適應抑制能力超過閾值,進而切斷無人機與其他設備的聯系也不失為一條可行性較高的反制措施。2016年,北斗開放實驗室發布了一套名叫ADS2000的誘騙式無人機反制系統,填補了我國無人機反制領域的空白,該系統采用干擾、壓制、欺騙相結合的方式對低空無人機進行偵測并實現捕捉,成功保護了無人機防護區域的目標安全。

無人機反制系統持續發射干擾信號,當錯誤信號成功壓制住真實信號并使來襲無人機的錯誤碼率達到30%時就會切斷與飛手的連接。采用瞄準式干擾、阻塞式干擾、相關干擾等不僅可以使無人機與飛手之間的上下行數傳和圖傳鏈路丟失,更能使其喪失全球導航衛星信號。采用增設天線從地面向其發射虛假信號的方式,令其失去判斷能力或產生錯誤判斷,如通過發射錯誤位置信息,使無人機判定為禁飛區,有很大可能觸發原地降落指令[2]。

1.2 硬摧毀

1.2.1 有形摧毀

有形摧毀指通過可見的方式,如撞擊、爆炸破壞、直接打擊等,對目標實施摧毀。根據現有無人機反制武器來看,主要有特制無人機反制、火力打擊和激光打擊。通過我方無人機搭載爆炸物或直接撞擊的方式摧毀目標,雖然成功率較高,但如果發現目標較晚,將無法及時處置險情。利用常規火力如近防炮等進行摧毀,不僅彈藥成本高,并且誤傷范圍也大。利用激光的高能量對目標實施打擊,在能夠滿足所需能量的前提下,需要的設備將會是很大問題,繁重的電源系統、降溫系統以及高精度的聚焦能力也就成為了制約其發展的主要因素。

隨著消費者需求的不斷轉型升級和農業市場競爭的持續加劇，加上農業自然資源和生態環境的約束趨緊，高消耗、高污染和低效益的傳統農業難以為繼，合作社需要大力發展現代農業方能持續成長。與傳統農業不同，現代農業是廣泛應用現代科技、現代工業提供的生產要素和科學經營管理方法進行社會化生產的農業形態[8]，需要高素質的生產人員以及高層次的經營管理、專業技術以及營銷策劃等人才的強力支撐。然而，由于黔南州農村經濟和文化教育發展水平相對落后，加上中國快速的工業化和城鎮化發展對農村青壯年勞動力的大力吸納，使得黔南州的農業勞動力具有明顯“386199部隊”特征，導致合作社人力資本普遍不足，缺乏發展后勁。

1.2.2 無形摧毀

微波、聲波類武器屬于無形摧毀。微波武器通常利用衍射與電路耦合,導致無人機內部傳感器或特定元件出現擊穿、反轉、誤碼、信息抹除等情況,只要微波功率超過特定元件的額定值,無人機內部便會遭受毀滅性打擊。也正由于微波武器所帶來的強大輻射,在其覆蓋范圍內的電磁環境將會不同程度的受到污染[2]。

利用同頻共振原理制造出的聲波武器,直接作用于無人機保持和調整飛行姿態不可缺少的陀螺儀,從這個角度看,聲波武器的發明更具有針對性。研究表明,無人機陀螺儀的固有頻率大部分位于低頻率,人耳可接收的頻段正好位于低頻段,由于低頻段聲波無法做到在空氣中定向傳播,僅僅通過提高發射功率來彌補聲波傳輸過程中的能量損耗的話,勢必會因為無差別攻擊影響到周圍環境。

2 無人機反制技術面臨的問題

2.1 發展滯后

無人機反制武器向來都是針對性研發,即針對無人機武器發展進而形成的反制手段,無法擁有良好的前瞻性和可操作性。隨著現代無人機的多元化發展以及更加廣泛地被應用于軍事戰爭領域,部分無人機已經能夠擺脫人們所認知的“低慢小”固有觀念,向更快、更小、更高、更能載重方向發展。在當前所應用的無人機反制系統中,卻始終沒能很好的做到有效應對。當然,這是在能夠發現的前提下,更何況是具備了隱身能力的高端無人機呢?放眼我國現階段無人機反制領域,除了一些需要重點保護的場所,如機場、重要設施等配備了較為有效的反制設備,多數情況下還只是應用了一些落后設備,再加上會使用者的缺乏,暫且不說能否反制,單從重視程度和應用廣度來看,一旦有無人機對我方目標實施打擊,能夠成功保護目標的可能性可以說是微乎其微。

2.2 效費比低

無論做任何事,性價比都是不得不考慮的關鍵,如何研制出既能達到反制效果,又能盡可量耗資少的反制設備是當前階段無人機反制技術最需要解決的問題。無論采用哪種反制技術,人力、物力、財力等投入都是巨大的,反觀無人機的造價卻少的可憐,便宜的也不過就幾千元,市面上一些消費級無人機造價更是少的可憐,而部署一套反制武器動輒需要百萬元[3],即便如此,反制效果也往往不盡人意。除去部署反制武器需要的開銷,培養大量相關專業人才更是難如登天。

2.3 次生危害

當前無人機反制技術的研究大部分還只停留在實現反制目的階段,對于因反制所可能導致的次生危害只是形成了初步認識,并沒有行之有效的解決辦法。使用常規火力進行直接打擊,雖然技術難度較低,奈何彈藥成本高、誤傷范圍廣,導彈爆炸后的碎片也容易形成附帶危害。激光武器雖然不會有以上問題,但是因激光灼燒所形成的明火也一樣會對墜落范圍形成二次危害[3]。

2019年4月19日,也門胡塞武裝的防空系統擊中一架中國制造的翼龍無人機,無人機在空中墜落并持續燃燒。2021年6月21日,據俄羅斯媒體報道,當地時間20時,美國的一架“掃描鷹”無人偵察機被也門胡塞武裝導彈擊中并爆炸,在公布的視頻中,無人機在被擊中后瞬間變成火球,冒著黑煙急速墜落。

據新聞報道,2021年10月1日,在河南鄭州高新區舉行的一場無人機表演中,多架表演無人機突然失控,由數十米的高空落向前來參觀的人群,好在并未造成人員傷亡。

微波武器和聲波武器特點就更加突出,長時間的運作和高能量的輸出不僅增加成本,這種無差別攻擊不僅會對周圍環境產生較大污染,甚至會威脅到人民群眾的生命安全。

2.4 認識缺失

對于社會公眾來說,無人機的使用為日常生活帶來了便利,為完成特定任務降低了風險,如外賣、快遞、航拍、噴灑農藥、遠程巡控等,卻全然沒能認識到對自身隱私、財產,乃至生命產生的威脅。即便是有相關部門已然認識到了無人機使用的兩面性,但采取的防控和管制措施還遠遠不夠。政府部門從北京奧運會開始才真正對無人機安全問題提起重視,個別省份如廣東、四川、安徽等也相繼出臺了管控規章,但也都是些關于無人機規格、禁飛區的設立以及飛行規則等內容,即便是今年1月份出臺的《“十四五”民用航空發展規劃》也多是偏向鼓勵使用性的相關規定和研究?？偟膩碚f,我國在全社會范圍內對于無人機的防范認識性對薄弱,相關部門也沒能將其作為一項重點工作來抓,不得不引起對未來無人機反制領域的擔憂,無人機的普遍使用以及本身功能的持續強大,使得低空安全面臨的漏洞也愈發增多,利用無人機實施恐怖襲擊、偷拍、造勢等違法犯罪活動也只會更加猖獗,對于反制技術的發展缺乏相應認識勢必會造成未來應對各類低空事件的被動局面。

3 發展趨勢

3.1 5G網絡加持

5G網絡有三大明顯特點:1、速率高。眾所周知,5G網速率高出4G網速率超過10倍;2、時延低。5G網絡反應速度已然超過人類,時延僅有幾十毫秒;3、連接廣。同一條件下,5G網絡擁有4G網絡無法比擬的連接上限,在保證正常使用前提下,可以實現比4G網絡更加廣泛地連接,再搭配以其他技術的支撐,萬物互聯指日可待[4]。

借助5G網絡以上三個特點,反制系統也將會有更遠的偵測范圍,更準確地偵測精度,并且還能夠對多個目標同時實施壓制?；谶@一點,我們不僅能夠更早的發現由無人機引發的各類案件,還可以有時間選擇和構建更加完備的攔截措施,規避實施攔截時可能出現的系列風險,進而更好的保護目標安全,減小甚至避免損失。

2020年6月5日,中國聯通使用兩架搭載了5G終端“彩虹1號”的無人機對安陽進行了4K超高清直播,飛行期間無人機的5G傳輸速率竟達到20Mbps。伴隨著5G技術的高速發展和應用,利用無人機所實施的各類犯罪和作戰體系也會更加高端,這就使得5G+無人機反制系統變得極其重要。

3.2 裝備精簡高效

這里所說的簡化不是舍棄功能,而是通過減少耗材、體積等達到輕量化、可攜帶、易操作的目的,更小、更快、更準才應該是我們不懈的追求。波音公司于2016年8月發布了一款名叫LWS的激光武器系統,該系統總重約295kg,可拆分為4部分,由兩人就可完成運送,完成組裝部署也不過才15分鐘,但是性能卻十分強悍[3]。最高可達10KW的激光束不僅擁有“單次發射成本低”“攻擊次數無限制”等優點,還能夠根據任務需要調整功率輸出,更加廣泛地應用于各類獲取、跟蹤、識別和摧毀任務,炮彈、無人機等一旦進入35公里防控范圍內,將會被立即摧毀。性價比的提高,不僅帶來了使用的便捷,更為推廣使用打下了基礎。

3.3 部署科學合理

針對各類反制技術特點,充分考慮可能造成的次生危害,科學的部署反制武器,才能盡量減小實施反制造成的各種損失。相對來講,在人口密集區使用軟攔截更為合適,硬打擊所造成的聲光效應、無人機墜毀更能夠引起公眾恐慌,反觀利用電子對抗干擾無人機導航、圖傳、數傳功能實施攔截,盡管在一定程度上會影響到其他設備的正常運轉,經濟損失和負面影響卻降到了最低。在重要軍事設施、重點保護對象等人員稀少地帶,布設高性能反制武器,不僅能夠更快捷的保護目標安全,還能帶來恐嚇效果,而無人機爆炸、墜毀的影響卻微乎其微。

3.4 加強社會認知

社會大眾對于無人機的使用已經非常普遍,對于無人機的妨害卻有失偏頗。筆者認為,推動無人機反制武器研究,首先要從改變社會認知開始,以宣傳教育為首選,以法治建設為助力。

使用新聞報道、條幅展板、公益廣告等方式,進一步加強公眾對恐怖襲擊、墜落傷人、偷拍竊聽等的認知,不僅可以提高公眾防范危險的意識,更能加強對無人機“黑飛”現象的監督舉報。人們防范意識上來了,下一步就是通過法規制度加以約束。當遇到無人機對自己產生威脅時,當然是第一時間采取必要措施予以應對,如果防衛過當或因為認知錯誤導致不必要的誤會,無人機發展必然會收到影響,反過來講,沒有相關法律的支持,畏首畏尾只能催發更多違法事件。

4 結語

隨著5G技術的全面推廣,無人機反制領域所面臨的問題也會更加棘手,世界各國都在緊密開展無人機戰術和反制技術研究,如果我們還沉迷于“煙火世界”里,“列強”也一定會再次“飛”到我們面前并給予沉痛打擊,與其被動挨打,不如主動改變公眾思想,加緊技術研發,扎實開展實戰演練,積極研究應對措施,掌握未來戰爭中的主動權,方能在各類風險挑戰中立于不敗之地。