復雜電磁環境下無人機抗干擾技術研究

席有猷 張雨 王苗

文章闡述了復雜電磁環境下，無人機作戰面臨的新挑戰。針對敵方干擾對無人機系統的影響，從通信鏈路、工程設計、戰術運用等三個方面研究了無人機抗干擾技術和方法。

無人機是典型的無人化裝備。作為新型裝備之一，無人機擁有諸多優點：一是無人機能長時間工作，尤其可以執行一些枯燥無味、有放射性侵害和其它危險任務；二是無人機不需要設計駕駛員座艙，飛機采用非常規氣動布局，隱身效果好，作戰性能高；三是無人機環境適應性高，可以在各種惡劣條件下工作。另外，無人機還具有機動靈活、制造成本低、作戰損失小等優點。白海灣戰爭以來，無人機已成為各國競相發展的空中新寵。現代化戰場中，大量電子設備廣泛應用，導致電磁環境異常復雜。除了敵我共存的自然因素和人為無意干擾外，敵方針對性電磁干擾已經成為無人機作戰的最大障礙。

復雜電磁環境下無人機作戰新挑戰

與有人機相比，無人機沒有飛行員本地操作，所有作戰行動均需要通過導航系統和遙測遙控系統遠程實現。而無人機通信鏈路都是由各個電子設備組成，將不可避免的產生大量電磁輻射，從而被敵方發現甚至控制。伴隨電子對抗技術的不斷進步，無人機系統面臨的挑戰也越來越多。

通信鏈路受擾，測控手段失效

復雜電磁環境下，測控鏈路背景噪聲大，信噪比降低，加之敵方有意電磁干擾，傳輸信道數據誤碼率增高，影響測控距離，導致無人機可控范圍和作戰半徑下降，甚至導致通信中斷，無人機與控制站失去聯系。2012年，伊朗宣布捕獲美軍RQ-170“哨兵”無人機及“掃描鷹”無人機，就是通過入侵其控制鏈路實現的。鏈路受挫，情報信息失真

在復雜電磁環境下，無人機通信鏈路建立容易受到干擾，無人機可能會檢測不到上行指令而拒絕執行任務，或接收錯誤指令而執行錯誤任務，也有可能在目標判斷中出現虛警或漏報，致使下行情報信息失真，無法完成既定任務。導航受限，參照坐標失準

無人機的起降、巡航和遂行任務都離不開導航系統提供精確的坐標。復雜電磁環境中尤其是戰時，衛星、陸基導航系統等有可能被干擾，而僅依靠慣性導航等自主導航方式，無法提供精確的定位數據，也不能修正巡航路線。伊拉克戰爭中，伊拉克采用全球定位系統（GPS）干擾機對付全球定位系統導航系統，致使多起美軍無人機迷航，飛到土耳其和伊朗境內。

復雜電磁環境下無人機抗干擾技術

通信鏈路抗干擾技術

（1）擴頻和信道編碼抗干擾技術

擴頻信號的信息隱蔽性好、抗干擾能力強，具有低截獲、難破譯等特點。目前無人機測控系統多采用直接序列擴頻。測控信號經過偽隨機碼擴頻擴展后，以較低能量的寬帶信號在信道中傳輸，在接收端可以濾除大部分干擾，然后使用相同的偽碼解擴，提取信噪比較高的有用信號。

在無人機測控系統數字化發展的過程中，為了有效的提高系統抗干擾性能，信源和信道編碼技術是最常用技術。信源編碼是在射頻信號帶寬和傳輸質量一定的情況下，通過降低基帶信號速率提高抗截獲能力，信道編碼是通過糾錯編碼技術提高通信系統的抗干擾性能。

（2）自適應干擾抑制技術

自適應干擾抑制技術通過連續地測量跟蹤信號和系統特性的變化，自動地改變系統結構和參數，保護系統盡可能地消除干擾影響。無人機通信、測控頻段主要為L、C/X和Ku/Ka波段，該波段頻率較高、方向性強，采用自適應調零天線收發信息可以從一定程度上抑制指向性瞄準式干擾，無人機自適應抗干擾系統原理如圖1所示。

（3）導航系統抗干擾技術

無人機接收機的靈敏度非常高，而接收天線附近工作的設備又極容易造成環境電平上升，對導航系統造成干擾。一般情況下，可通過合理布局接收天線位置、加入濾波器或衰減器等技術降低干擾。

另外，為了保證無人機導航系統的實時定位精度，單獨使用任何一種導航系統，都不能確保萬無一失。從技術防御準備角度，應綜合考慮多種導航技術，增強精確導航能力。尤其值得關注的是，為克服全球定位系統等國外定位技術存在的受制于人、易受干擾等問題，要積極開發利用中國自主研發的北斗衛星導航定位系統。目前，二代北斗衛星的性能已經接近全球定位系統，一旦部署完成，將大幅提高我軍的精準打擊能力，保證我軍戰時無人機導航系統的穩定和安全。

（4）控制系統抗干擾技術

1）數據通道抗干擾

無人機控制系統中，遙控輸入指令最易受到干擾，電磁干擾信號多呈毛刺狀、作用時間短，在無人機控制系統設計中可以對輸入信號進行有效電平寬度檢測來消除干擾，一般電磁干擾波的尖峰寬度為0.015ms。當設定指令檢測脈寬為0.2時，可以有效抑制部分干擾信號。

2）系統運行監控

控制系統可以采用獨立的“看門狗”程序實現對系統運行狀態的監控。其基本原理如圖2所示。

3）控制系統自診斷與自修復

測控鏈路的干擾信號能夠破壞RAM區數據，系統必須隨時校驗數據正確性，由于RAM區數據量較大，逐一校驗需要大量時間，也沒有必要，可以僅針對當前飛行狀態和飛控系統輸出關鍵數據進行校驗。

當軟件檢測到故障后，系統可以調用一定的模式進行故障規避。一般情況下，遇到故障后，無論故障的性質如何，均強制導入錯誤處理模塊，軟件重新初始化中斷和硬件工作狀態并清空任務隊列。

工程設計上的抗干擾技術

為提高無人機的隱身效果，無人機表面可以采用復合材料構造，并涂覆雷達吸波材料。例如美軍“捕食者”無人機的機身除了主梁以外，全部采用能降低反射雷達信號波能量的石墨合成材料，并對發動機進出氣口和衛星通信天線做了特殊設計，其雷達信號特征只有0.1㎡，對雷達、紅外和聲傳感器都有很強的隱身能力。此外，在無人機表面涂能吸收紅外光的特制漆，在發動機燃料中注入防紅外輻射的化學制劑，也可有效增大雷達和目視偵察難度。美軍還研制了一種新的表面涂層材料：充電表面涂層。充電表面涂層具有可變色特性，表面顏色隨背景的變化而變化。從地面往上看，無人機呈現與天空一樣的藍色，從空中往下看，無人機將呈現出與大地一樣的顏色。根據美軍試驗結果表明，充電表面涂層可使雷達探測距離減小40%～50%。

（2）改進機體外形和機構設計

無人機可盡量采用減小電磁波反射的機身構造，采用新工藝將無人機各部件無縫連接，在機身各部分的連接處進行光滑處理，避免形成角度增強反射，并在凹口處采取相應的隱身措施。比如外機頭采用碟式圓弧平面外形，可以有效縮小雷達反射面。

戰術運用上的抗干擾手段

（1）多機多頻齊飛，高中低空立體布放

通常情況下，敵方干擾是配合其作戰意圖而實施的，其干擾有一定的規律性可循。因此，在我無人機頻率資源允許情況下，應區分平時、戰時、備用，分配不同頻段的頻率，并且在受擾后能夠自動更新切換，防敵偵察受擾。此外，還可以根據我方作戰需要，用多架無人機編組成批次飛行，分別使用不同的頻段，從高、中、低空立體布放。這樣，在某一地域、某一時段、某一頻段，只要部分無人機能保持通信，就可以一定程度地完成相應的任務[5]。

（2）電子對抗協同，海陸空基攻防配合

電子對抗中，無人機可以用作干擾機、電子對抗誘餌或反輻射攻擊。戰術運用中，無人機在空中比地面電子對抗的效果能提高70%～80%，電子對抗無人機可配合海基、陸基和空基電子對抗手段，對敵實施壓制性的反干擾措施，攻防配合、形成干擾與反干擾、對抗與反對抗、壓制與反壓制的作戰態勢，配合我方的作戰行動。

（3）實時監測電磁環境，適時待機協同作戰

無人機一旦被干擾，導致測控失效時，可考慮使用長航時隱形低輻射無人機偵察，進入敵干擾區域后遙控關閉發射機，實時監測電磁環境。由于其只收不發，很難被地面敵方雷達跟蹤探測，通過機載處理機自動判斷電磁態勢，一旦出現有利于我的電磁態勢，則自動開啟遙控發射機，傳回相關信息，再由地面控制中心根據我方作戰意圖來決策無人機升空的時機、場合、數量，以及如何與其它作戰分隊協同作戰。這樣，可最低限度地減少無人機受擾的程度，最大程度地發揮無人機的效能。

結束語

未來信息化戰場上，電子對抗貫穿于戰爭始終。一方面，無人機將在未來電子對抗中發揮重要作用，其作戰效能將直接決定作戰區域的防空警戒系統、武器控制系統能夠發揮作用；另一方面，無人機對電磁環境的依賴性，又決定了它必須要想方設法克服復雜電磁環境對其作用效能的影響。因此，我們必須加速發展無人機對抗技術，研究新的抗干擾手段，提高無人機在復雜電磁環境下的生存能力。