无人机反制技术应用现状及发展

刘施阳 师 帅

武警工程大学 陕西 西安 710086

引言

随着低空领域的开放,以及智能化、无人化的兴起,使无人机渐渐从军用转向民用,消费级无人机已呈井喷式发展。无人机产业是近年来发展最迅猛的行业之一,据估算,未来十年其市场规模在全球范围内将达到673亿美元[1]。正因为无人机产业的磅礴发展与其相对应的法规制度不匹配,导致无人机“黑飞”事件呈频发高发态势,各类安全事故层出不穷,对经济发展、社会秩序甚至人员安全都造成了一定程度的威胁。

当前社会公众还无法直面无人机带来的安全隐患,公安机关对无人机犯罪也没有完整的防范体系,无人机反制技术发展本身也滞后于无人机发展,种种原因导致无人机反制能力达不到安全需求。基于此,总结现有反制技术,针对无人机反制技术面临的问题,研究分析无人机反制技术未来发展趋势,摸索其发展脉络,使其满足时代发展需要,才能够未雨绸缪,在未来与无人机的对抗中获取制胜主动权。

1 无人机反制技术发展现状

1.1 软拦截

软拦截主要指通过一定技术或物理手段,在不破坏无人机内部存储信息的前提下达到拦截或者使其失去威胁方式的统称,其中包括但不限于技术层面的捕捉和物理层面的拦截。

捕捉的方法最为直接,目前来讲,主要可以分为驯服动物捕捉、发射捕捉网捕捉两类。

驯服动物捕捉,顾名思义,就是通过驯服鹰、隼等猛禽,采用在成功捕获目标无人机后给予奖励的机制,从小培养其对无人机的捕捉意识,进而达到无人机反制的目的。2016年9月12日,荷兰警方宣布称训练鹰隼捕获无人机以达到反制目的的实验已经成功,不久后就会投入使用,在重大节假日或需要重点保护的场合,一旦有不明无人机来犯,这些经过培训的猎鹰就可以随时出动,解除威胁。但是,此种方法只是基于鹰隼等的条件反射,无法产生思维辨识[2],更何况无人机的外形或者环境因素从来都不是一成不变的,而这些变化都极有可能导致捕捉任务的失败。

图1 荷兰警察训练鹰隼捕捉无人机

捕捉网捕捉可以分为捕网弹丸和挂载式捕网两种,通过捕捉网对无人机进行包裹,借此破坏其动力装置。由于捕捉网工作机制是对旋翼的缠绕,所以也只能局限于此,对于固定翼无人机只能望洋兴叹。

1.1.2 干扰

在无人机反制中,干扰无人机与飞手、卫星之间的连接或者使无人机产生错误认知也是常用手段之一。根据无人机通信原理,采用信号干扰导致无人机射频干扰自适应抑制能力超过阈值,进而切断无人机与其他设备的联系也不失为一条可行性较高的反制措施。2016年,北斗开放实验室发布了一套名叫ADS2000的诱骗式无人机反制系统,填补了我国无人机反制领域的空白,该系统采用干扰、压制、欺骗相结合的方式对低空无人机进行侦测并实现捕捉,成功保护了无人机防护区域的目标安全。

无人机反制系统持续发射干扰信号,当错误信号成功压制住真实信号并使来袭无人机的错误码率达到30%时就会切断与飞手的连接。采用瞄准式干扰、阻塞式干扰、相关干扰等不仅可以使无人机与飞手之间的上下行数传和图传链路丢失,更能使其丧失全球导航卫星信号。采用增设天线从地面向其发射虚假信号的方式,令其失去判断能力或产生错误判断,如通过发射错误位置信息,使无人机判定为禁飞区,有很大可能触发原地降落指令[2]。

1.2 硬摧毁

1.2.1 有形摧毁

有形摧毁指通过可见的方式,如撞击、爆炸破坏、直接打击等,对目标实施摧毁。根据现有无人机反制武器来看,主要有特制无人机反制、火力打击和激光打击。通过我方无人机搭载爆炸物或直接撞击的方式摧毁目标,虽然成功率较高,但如果发现目标较晚,将无法及时处置险情。利用常规火力如近防炮等进行摧毁,不仅弹药成本高,并且误伤范围也大。利用激光的高能量对目标实施打击,在能够满足所需能量的前提下,需要的设备将会是很大问题,繁重的电源系统、降温系统以及高精度的聚焦能力也就成为了制约其发展的主要因素。

随着消费者需求的不断转型升级和农业市场竞争的持续加剧，加上农业自然资源和生态环境的约束趋紧，高消耗、高污染和低效益的传统农业难以为继，合作社需要大力发展现代农业方能持续成长。与传统农业不同，现代农业是广泛应用现代科技、现代工业提供的生产要素和科学经营管理方法进行社会化生产的农业形态[8]，需要高素质的生产人员以及高层次的经营管理、专业技术以及营销策划等人才的强力支撑。然而，由于黔南州农村经济和文化教育发展水平相对落后，加上中国快速的工业化和城镇化发展对农村青壮年劳动力的大力吸纳，使得黔南州的农业劳动力具有明显“386199部队”特征，导致合作社人力资本普遍不足，缺乏发展后劲。

1.2.2 无形摧毁

微波、声波类武器属于无形摧毁。微波武器通常利用衍射与电路耦合,导致无人机内部传感器或特定元件出现击穿、反转、误码、信息抹除等情况,只要微波功率超过特定元件的额定值,无人机内部便会遭受毁灭性打击。也正由于微波武器所带来的强大辐射,在其覆盖范围内的电磁环境将会不同程度的受到污染[2]。

利用同频共振原理制造出的声波武器,直接作用于无人机保持和调整飞行姿态不可缺少的陀螺仪,从这个角度看,声波武器的发明更具有针对性。研究表明,无人机陀螺仪的固有频率大部分位于低频率,人耳可接收的频段正好位于低频段,由于低频段声波无法做到在空气中定向传播,仅仅通过提高发射功率来弥补声波传输过程中的能量损耗的话,势必会因为无差别攻击影响到周围环境。

2 无人机反制技术面临的问题

2.1 发展滞后

无人机反制武器向来都是针对性研发,即针对无人机武器发展进而形成的反制手段,无法拥有良好的前瞻性和可操作性。随着现代无人机的多元化发展以及更加广泛地被应用于军事战争领域,部分无人机已经能够摆脱人们所认知的“低慢小”固有观念,向更快、更小、更高、更能载重方向发展。在当前所应用的无人机反制系统中,却始终没能很好的做到有效应对。当然,这是在能够发现的前提下,更何况是具备了隐身能力的高端无人机呢?放眼我国现阶段无人机反制领域,除了一些需要重点保护的场所,如机场、重要设施等配备了较为有效的反制设备,多数情况下还只是应用了一些落后设备,再加上会使用者的缺乏,暂且不说能否反制,单从重视程度和应用广度来看,一旦有无人机对我方目标实施打击,能够成功保护目标的可能性可以说是微乎其微。

2.2 效费比低

无论做任何事,性价比都是不得不考虑的关键,如何研制出既能达到反制效果,又能尽可量耗资少的反制设备是当前阶段无人机反制技术最需要解决的问题。无论采用哪种反制技术,人力、物力、财力等投入都是巨大的,反观无人机的造价却少的可怜,便宜的也不过就几千元,市面上一些消费级无人机造价更是少的可怜,而部署一套反制武器动辄需要百万元[3],即便如此,反制效果也往往不尽人意。除去部署反制武器需要的开销,培养大量相关专业人才更是难如登天。

2.3 次生危害

当前无人机反制技术的研究大部分还只停留在实现反制目的阶段,对于因反制所可能导致的次生危害只是形成了初步认识,并没有行之有效的解决办法。使用常规火力进行直接打击,虽然技术难度较低,奈何弹药成本高、误伤范围广,导弹爆炸后的碎片也容易形成附带危害。激光武器虽然不会有以上问题,但是因激光灼烧所形成的明火也一样会对坠落范围形成二次危害[3]。

2019年4月19日,也门胡塞武装的防空系统击中一架中国制造的翼龙无人机,无人机在空中坠落并持续燃烧。2021年6月21日,据俄罗斯媒体报道,当地时间20时,美国的一架“扫描鹰”无人侦察机被也门胡塞武装导弹击中并爆炸,在公布的视频中,无人机在被击中后瞬间变成火球,冒着黑烟急速坠落。

据新闻报道,2021年10月1日,在河南郑州高新区举行的一场无人机表演中,多架表演无人机突然失控,由数十米的高空落向前来参观的人群,好在并未造成人员伤亡。

微波武器和声波武器特点就更加突出,长时间的运作和高能量的输出不仅增加成本,这种无差别攻击不仅会对周围环境产生较大污染,甚至会威胁到人民群众的生命安全。

2.4 认识缺失

对于社会公众来说,无人机的使用为日常生活带来了便利,为完成特定任务降低了风险,如外卖、快递、航拍、喷洒农药、远程巡控等,却全然没能认识到对自身隐私、财产,乃至生命产生的威胁。即便是有相关部门已然认识到了无人机使用的两面性,但采取的防控和管制措施还远远不够。政府部门从北京奥运会开始才真正对无人机安全问题提起重视,个别省份如广东、四川、安徽等也相继出台了管控规章,但也都是些关于无人机规格、禁飞区的设立以及飞行规则等内容,即便是今年1月份出台的《“十四五”民用航空发展规划》也多是偏向鼓励使用性的相关规定和研究。总的来说,我国在全社会范围内对于无人机的防范认识性对薄弱,相关部门也没能将其作为一项重点工作来抓,不得不引起对未来无人机反制领域的担忧,无人机的普遍使用以及本身功能的持续强大,使得低空安全面临的漏洞也愈发增多,利用无人机实施恐怖袭击、偷拍、造势等违法犯罪活动也只会更加猖獗,对于反制技术的发展缺乏相应认识势必会造成未来应对各类低空事件的被动局面。

3 发展趋势

3.1 5G网络加持

5G网络有三大明显特点:1、速率高。众所周知,5G网速率高出4G网速率超过10倍;2、时延低。5G网络反应速度已然超过人类,时延仅有几十毫秒;3、连接广。同一条件下,5G网络拥有4G网络无法比拟的连接上限,在保证正常使用前提下,可以实现比4G网络更加广泛地连接,再搭配以其他技术的支撑,万物互联指日可待[4]。

借助5G网络以上三个特点,反制系统也将会有更远的侦测范围,更准确地侦测精度,并且还能够对多个目标同时实施压制。基于这一点,我们不仅能够更早的发现由无人机引发的各类案件,还可以有时间选择和构建更加完备的拦截措施,规避实施拦截时可能出现的系列风险,进而更好的保护目标安全,减小甚至避免损失。

2020年6月5日,中国联通使用两架搭载了5G终端“彩虹1号”的无人机对安阳进行了4K超高清直播,飞行期间无人机的5G传输速率竟达到20Mbps。伴随着5G技术的高速发展和应用,利用无人机所实施的各类犯罪和作战体系也会更加高端,这就使得5G+无人机反制系统变得极其重要。

3.2 装备精简高效

这里所说的简化不是舍弃功能,而是通过减少耗材、体积等达到轻量化、可携带、易操作的目的,更小、更快、更准才应该是我们不懈的追求。波音公司于2016年8月发布了一款名叫LWS的激光武器系统,该系统总重约295kg,可拆分为4部分,由两人就可完成运送,完成组装部署也不过才15分钟,但是性能却十分强悍[3]。最高可达10KW的激光束不仅拥有“单次发射成本低”“攻击次数无限制”等优点,还能够根据任务需要调整功率输出,更加广泛地应用于各类获取、跟踪、识别和摧毁任务,炮弹、无人机等一旦进入35公里防控范围内,将会被立即摧毁。性价比的提高,不仅带来了使用的便捷,更为推广使用打下了基础。

3.3 部署科学合理

针对各类反制技术特点,充分考虑可能造成的次生危害,科学的部署反制武器,才能尽量减小实施反制造成的各种损失。相对来讲,在人口密集区使用软拦截更为合适,硬打击所造成的声光效应、无人机坠毁更能够引起公众恐慌,反观利用电子对抗干扰无人机导航、图传、数传功能实施拦截,尽管在一定程度上会影响到其他设备的正常运转,经济损失和负面影响却降到了最低。在重要军事设施、重点保护对象等人员稀少地带,布设高性能反制武器,不仅能够更快捷的保护目标安全,还能带来恐吓效果,而无人机爆炸、坠毁的影响却微乎其微。

3.4 加强社会认知

社会大众对于无人机的使用已经非常普遍,对于无人机的妨害却有失偏颇。笔者认为,推动无人机反制武器研究,首先要从改变社会认知开始,以宣传教育为首选,以法治建设为助力。

使用新闻报道、条幅展板、公益广告等方式,进一步加强公众对恐怖袭击、坠落伤人、偷拍窃听等的认知,不仅可以提高公众防范危险的意识,更能加强对无人机“黑飞”现象的监督举报。人们防范意识上来了,下一步就是通过法规制度加以约束。当遇到无人机对自己产生威胁时,当然是第一时间采取必要措施予以应对,如果防卫过当或因为认知错误导致不必要的误会,无人机发展必然会收到影响,反过来讲,没有相关法律的支持,畏首畏尾只能催发更多违法事件。

4 结语

随着5G技术的全面推广,无人机反制领域所面临的问题也会更加棘手,世界各国都在紧密开展无人机战术和反制技术研究,如果我们还沉迷于“烟火世界”里,“列强”也一定会再次“飞”到我们面前并给予沉痛打击,与其被动挨打,不如主动改变公众思想,加紧技术研发,扎实开展实战演练,积极研究应对措施,掌握未来战争中的主动权,方能在各类风险挑战中立于不败之地。