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反无人机技术发展综述

张乔
  
科创媒体号
2024年10期
海军装备部 610000

摘要:在未来的战场上,反无人机作战将成为重要的作战任务之一,这也就推动了反无人机作战体系加速建设。反无人机作战的一个重要环节就是利用电子战手段对无人机进行侦察、干扰和破坏。本文结合美俄反无人机武器装备发展现状,对现有反无人机战略和发展现状进行了详细介绍,分析国内反无人机技术发展趋势,提出构建攻防一体的立体化无人机群作战体系的构想,对反无人机技术未来走向提供了参考。

关键词:反无人机群;反无人机技术,无人机

引言

目前,随着无人机行业以及无线通信技术的不断发展,无人机种类和数量都呈现出快速增长的势头。随着无人机功能的不断突破,无人机广泛应用于各行各业,特别是军用无人机参与作战,已逐步成为现代战场上应用最广泛和有效的作战模式之一。因此,伴随着军事国防领域对反无人机需求快速增长,各种反无人机产品和技术应运而生。

军用无人机的功能以及执行的任务已从传统情报侦察、战场监视等支援角色,扩展到边境巡逻、通信截听、电子干扰、中继通信、精确打击等主战领域[1]。近年来,无人机的爆发式增长,与群体智能科学与技术的不断兴起密不可分,这使得在使用无人机过程中不断增加功能和数量规模,产生了“群”的概念。无人机集群是一种由多架小型自主无人机构成,个体之间通过信息交换、互相配合,使其展现出具有自主性、可涌现性、可回收性等特点的高级智能行为群体系统。在 2018 年平昌冬奥会的开幕式上,1218 架无人机参与的灯光秀,创造了同时放飞最多无人机的吉尼斯世界纪录[2]。随后无人机集群参与的表演也时常可以在国内其他城市,如北京、深圳、成都等地看到。

就如同四大发明中的火药,无人机集群的出现,不仅成就了人们在太平盛世燃放的烟花,也成为现代战争中的常客。自2018年1月俄罗斯位驻叙利亚的赫梅米姆基地遭到武装分子的13架小型无人机机群的袭击后,在多个热点地区的武装冲突中,都出现了利用无人机群实施袭击或偷袭的情况。2018年8月4日委内瑞拉总统马杜罗遭到多架无人机携带爆炸物行刺;2019年9月14日,多架无人机攻击沙特阿拉伯的重要石油设施,从而导致国际油价大涨。

面对无人机集群具有大量个体时,单一手段难以有效对其进行拦截, 需要通过态势分析掌握无人机的威胁程度、运动趋势等情况,尽快构建起低成本预警反应和打击拦截一体化联合防御体系,从而制定出最优的反制战略,这对部队的野战防空和要地防空,无论是从战略上,还是从战略上,都提出了新的挑战。

1.反无人机策略发展现状

无论是针对单个无人机还是无人机群,它的反无人机策略大体上是一致的,主要由四个主要部分组成,即探测追踪、伪装防护、欺骗干扰和打击破坏。从功能上来看,可分为两部分:无人机侦察探测技术和无人机反制技术。侦察探测类技术是通过综合各种传感器,利用无人机本身的物理特性(热特性、光特性、声学特性、电磁特性等),来 “找到”和“识别”目标无人机,并进行跟踪、侦察和预警。在实施反无人机作战时,既有主动攻击手段,也有被动防御方式,一方面需要采取积极有效的伪装欺骗和防护方式,降低无人机的侦察效果和攻击效能[3]。另一方面通过对无人机实施硬杀伤和软杀伤,对目标无人机进行摧毁,将两者结合,则实现了反无人机作战的主动与被动有机融合,最大限度地整体优化反无人机的作战效能。

1.1无人机探测技术

在无人机探测方面,目前主要的探测手段有:雷达探测、无线电侦测技术、无源光学/热成像、声学传感这四种。

雷达探测通过发射调制电磁波信号,接收、提取并分析侦测到的回波信号,分析确定无人机的距离、角度、高度、航向、调制谱等特征,实现对目标的检测、定位、跟踪和判别。其优点在于作用距离远,精度高,几乎不受光线强度等自然天气的影响,昼夜效果均好,技术成熟度高,但也存在识别性能差,主动辐射信号会影响安全等不利因素。

无线电侦测技术是通过高速宽带信号处理算法,截获无人机遥测、遥控链路信号,实现对无人机及其操作者的侦察、测向、定位等功能[4],目标无人机的识别也可以通过对信号参数的分析来实现。但其缺点是无法感知处于电磁静默状态下的无人机,且作用距离短,通常只有数百米。

无源光学成像也称为被动光学成像,其原理是利用紫外线、可见光、近红外光谱(NIR)成像技术对目标进行光学成像。并对所形成的图像进行人工或智能分析[5],其优点在于成本低、视场灵活性较高,但受到光线和天气的影响很大,且作用距离短,夜间效果差。无源热成像则是通过不同波长的红外成像获得图像,然后对图像进行分析,其优点在于杂波影响小、夜间效果好,但大部分微小型无人机的热学特征不是很明显,需要和具有大范围搜索能力的模块配合使用,系统组成复杂,且识别性能较差。

声学传感技术是通过采集声音信号,并在数据库中与无人机的声学特征进行比对,从而实现识别无人机,其优点在于成本低、安全性好,适用于超低空飞行无人机探测[5]。但是,它的探测距离难以确定,探测受风、树等环境因素的影响较大,复杂环境下的虚警问题比较严重。且辨识能力与资料库中资料有很大关系,辨识能力差。

通过上述分析,我们不难发现,现阶段无人机的探测方式仍以雷达探测为主。随着探测技术的不断发展和完善,在简单背景下,雷达+成像复合技术基本成熟,其特点是可形成多目标、多梯度的无人机探测,后期,通过后端信号处理的不断优化,可实现对多目标无人机群的人工识别到智能识别的,从而形成能快速反应的无人机群探测系统。

1.2无人机反制技术

无人机反制技术主要可以分为以网捕拦截、火力杀伤技术、激光毁伤技术等为主的传统硬杀伤方式,和以欺骗、干扰等为主要手段的软杀伤方式。

网捕拦截技术是早期的无人机反制技术之一。利用高精度目标指示信息,引导网捕无人机远程精确抵近目标无人机,利用网枪发射一张柔性网抓铺目标无人机,并将拦截目标带回放入专业的收纳装置。该技术受目标较深的影响和抓捕需较高瞄准度的限制,成功率较低,在目前成功拦截无人机群的相关案例报道中,还没有采用网捕技术成功的案例。

火力杀伤技术。火力杀伤主要是利用高射机枪、防空导弹等传统防空武器,在探测系统的精确指导下进行反无人机作战,以火力摧毁入侵的非法无人机。其优点在于战法成熟,性能稳定,低成本,但该技术对武器精度要求较高,在城市环境或人员密集区极易引发二次伤害,且对低空低速、小型微型无人机作战效能不高。

激光毁伤技术。激光毁伤利用较高的发射功率产生高能激光束对目标进行定向遇止或损坏式打击,针对无人机目标的特殊部位集中瞄准烧毁控制电路或电模块,具备“发现即杀伤、一发对一架”的打击效果,如果打击多架无人机目标,需要多次发射才能完全摧毁,由于发射时产生的高能需要搭载油机水冷箱设备,使得激光设备体积较大,一般车载使用[6]。 可实现广域杀伤和高效对抗 。

反无人机战略的重要一环除了上文提到的硬杀伤方式,软杀伤方式的欺骗干扰也是重要一环。因为无人机对电磁环境的依赖程度很高,所以采用数据链干扰技术、导航干扰技术等都将使无人机的自动驾驶与控制系统、通信系统等失效。

链路干扰技术是针对无人机测控链路通信信号,设计干扰信号样式及干扰策略,对无人机进行通信信号压制,切断通信链路,使其失去控制和情报传输功能。在此基础上,还发展出链路夺控技术,该技术是通过长期累积侦察无人机遥控信号,实现遥控信号调解码与顿结构分析,建立数据库,战时针对非法入侵无人机,通过链路破译、入侵以及解密等技术,实现机型识别、协议匹配与虚假控制指令注入,夺取无人机控制权。

导航干扰技术是通过对无人机辐射大功率导航同频信号,迫使无人机获取错误位置信息或仅依靠自身陀螺仪的惯性导航系统工作,由于无法继续获得精准的位置坐标数据,从而导致无人机无法连续测绘或强制降落。类似于链路干扰技术,导航欺骗技术也是在导航干扰技术的基础上发展起来的。导航欺骗通过自主产生或转发方式生成虚假导航信号,实现对依赖导航信号飞行的无人机(航迹预先规划或遥控链路被切断)实施欺骗干扰的目的,诱导无人机向指定的方向飞行。

另外,韩国科研人员提出了利用声波让惯性导航系统输出错误信息的技术设想。通过制造能够与无人机上的陀螺仪发生共振的某一频率声波,扰乱其正常平稳飞行,致使目标无人机高空坠落[7]。

上述软杀伤方式,具有打击范围广、作战效果显著的特点,且易于实现,为反无人机电子战的发展和运用拉开了序幕。

2.美、俄反无人机武器装备发展现状

2.1美国反无人机武器装备发展

制定反无人机战略最早的国家是美国。2012年,美国开始计划建立有效的防空体系,既能对敌军的空中威胁做出快速的反应,又能确保友军飞机导弹的安全[8]。美军每年都要针对无人机进行军事演习,利用自己的技术优势,在反无人机领域迅速占领制高点。

2018年7月,在范堡罗航展上,美国雷神公司首先提出“以机制机”的无人机反制理念,推出利用Ku波段雷达系统 (KuRFS)与“郊狼”无人机相结合的反无人机武器系统[9]。该武器系统利用工作在Ku波段的有源相控阵雷达系统、对危险无人机目标进行识别、捕获和精确跟踪,在锁定目标后,通过与加装在“郊狼”无人机前端的导引头进行通信,指挥“郊狼”无人机对危险目标进行精确打击,从而消灭威胁的无人机。

2020年7月,莱昂纳多DRS公司获得了美国陆军另一份价值1.89亿美元的机动低空慢速小型无人机综合防御系统合同。该系统具有四联装的固定式托盘发射系统和M-ATV车载发射系统两种部署方式,配备武器站,启用“郊狼”Block2+拦截器变体与KuRFS精确瞄准雷达和Ku-720移动传感雷达,可击败无人机群目标[10]。系统采用开放式系统架构、模块化组件式开发以便应对逐渐变化的无人机威胁,还配备了一系列红外摄像机、测向传感器等在内的防御组件以及枪炮等打击组件,使用综合网络进行通信,允许操作人员执行适当的任务,从电子战到全面的物理拦截。

2020年12月据美防务邮报的消息,由美国空军研究实验室(AFRL)研制的美国空军的下一代反无人机系统——“战术高能作战应答器” 索尔(THOR)将完成作战评估[11]。该系统不同于激光武器发射光束只摧毁单一目标,而是能同时瞬间摧毁成群的无人机,而且无声无光,通过定向发射能量高度集中的高功率微波,迅速提高物体表面温度,或其辐射形成的电磁场在金属表面形成电流,实现对目标的杀伤或是损毁。该系统具有更加轻便和输出功率高的优点,并且一台发电机便可驱动,仅需3名作战人员便可完成部署。

2.2俄罗斯反无人机武器装备发展

俄罗斯对无人机领域一直非常重视,据俄国防部网站报道,2020年前,俄罗斯在无人机领域的军费预算高达130亿美元,主要用于建立无人机作战系统的科研体系和加强研发军用无人机和反无人机技术[12]。

2015年,俄罗斯列装了便携式防空导弹系统——“柳树”(Ribble)。该系统可单兵携带,具有超强的攻击能力,能对距离在6 km、高度在3.5Km范围内的无人机目标实施有效打击[13]。同时,该系统还装备了能够同时在紫外线、近红外线和中红外线三个波段同时工作的新型光学瞄准系统和自动制导弹头,能够对多个空中目标进行快速识别。

俄罗斯“无线电工厂”公司研制的反无人机系统РУ12М7型机动式反无人机侦察指挥车。该型车由一辆轮式装甲车改装而成,外观上看起来并不惹眼,但车辆内部却高度集成了各种分系统,包括自动控制、通讯、电力供应和生活支援等,功能相当强大。该型反无人机侦察指挥车的单车侦察距离为25千米,可同时追踪120个空中目标,可谓将定位和跟踪功能发挥到了极致,一旦被其锁定,无人机便会陷入绝境。

SkyWall100肩扛式反无人机设备是俄罗斯为反无人机专门推出的设备[13]。该设备通过发射网状捕捉器,以压缩气体驱动的方式捕获非法侵入的无人飞行器。操作员肩扛设备对目标无人机进行瞄准,发射捕获导弹,从而将其捕获。该导弹内置降落伞和磁力装置,可使无人机在捕获无人机后立即失去行动能力,并能确保后续反侦察行动的顺利进行,通过降落伞使其安全着陆。

3.结束语

无人机群战术是未来军事行动的必然趋势,目前没有一种单纯手段能够适应各种操作环境来应对无人机群,单一利用传统防空手段也无法适应群作战,采用分布式组网部署的方式,综合集成陆、海、空、天等各类预警探测手段,形成信息、频率和空间互补、交错配置的立体化预警攻防体系,实现电子对抗系统远距离干扰和硬杀伤系统近距离打击,形成统一、快速、高效的立体化侦察预警攻防体系,或将成为反无人机群技术发展新的趋势。

参考文献

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