無人機蜂群電磁反制手段

胡雷剛　徐艷艷

針對無人機蜂群防御與反制需求，從電磁角度分析其電磁特性及反制手段，為采用電磁手段防御與反制無人機蜂群奠定基礎。

在“無人機蜂群物理反制手段”一文分析無人機蜂群物理特性和反制手段基礎上，本文從電磁角度分析蜂群電磁特性及反制手段，為采用電磁手段防御與反制無人機蜂群奠定基礎。

無人機蜂群電磁特性與弱點

對外公開的無人機蜂群研究主要是美軍的“小精靈”“低成本無人機蜂群技術研究”“微型無人機高速發(fā)射演示”“近戰(zhàn)隱蔽一次性自主無人機”等項目，綜合上述項目中無人機特點（美軍無人機蜂群項目無人機具體參數(shù)參見本刊2018年第11期“美軍無人機蜂群技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢”），分析無人機蜂群電磁特性，進而尋找其弱點。

無人機蜂群電磁特性

無人機蜂群電磁特性主要有：

（1）信號功率有限

無人機蜂群以微小型無人機為主，攜帶載荷重量有限，如“小精靈”無人機質(zhì)量約320kg、最低指標載荷27.3kg、最佳指標載荷54.5kg，“郊狼”重5.4-6.4kg、載荷1.8-2.7kg，“山鶉”重0.3kg，“蟬”單機重659或更輕，主要組成部件（包括機翼）為電路板，載荷融在機身電路板內(nèi)。載荷重量有限，則機上測控與通信設備規(guī)模及能源供給受限，通常蜂群無人機發(fā)射信號功率有限，通信作用距離近。

（2）群內(nèi)組網(wǎng)通信

無人機蜂群數(shù)量多，單無人機載荷有限，為完成復雜任務通常采用組合多種載荷模塊，分布協(xié)同，如“小精靈”防區(qū)外發(fā)射，攜帶載荷分布式協(xié)同遂行任務;“蟬”空中布撤投放，降落后通過數(shù)據(jù)鏈互連成自組織網(wǎng)絡，在指定區(qū)域形成穩(wěn)定的“無人探測蜂群”;蜂群內(nèi)無人機之間組網(wǎng)通信，無人機蜂群可采用移動自組網(wǎng)通信技術，能應對拓撲結構變化、部分無人機毀傷等狀況，具有較強魯棒性和自適應能力。

（3）測控隱蔽性強

無人機蜂群可投放或發(fā)射的無人機數(shù)量多，如“郊狼”已實現(xiàn)40s發(fā)射30架，理想目標是6s發(fā)射30架;“山鶉”已進行數(shù)百次試驗，開展F/A-18F“超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機在Ma0.6飛行中投放103架驗證;“蟬”無人機可通過P-3“獵戶座”偵察機投放，每個發(fā)射管可攜帶、釋放32架。智能化程度較高的蜂群投放或發(fā)射后可完全自主執(zhí)行任務，即使需有限人工控制的蜂群，由于其低成本特點及一定程度的自主控制能力，測控需求也較大中型無人機弱，測控隱蔽性強，再輔以通信信號功率控制技術，無線電偵察無人機蜂群困難。

（4）雷達反射截面小

無人機蜂群多由微小型無人機組成，無人機大多體積小，如“郊狼”無人機長0.79m，高度0.3m，翼展1.47m;“山鶉”無人機，長約16.5cm，翼展30cm;“蟬”無人機單機重659或更輕，機身3D打印，自身無動力裝置，滑翔比約3.5。構成蜂群的微小型無人機自身體積小，再輔以外形隱身設計、采用隱身材料、低空/超低空飛行等手段，雷達橫截面小，雷達探測困難。

無人機蜂群電磁弱點

無人機蜂群電磁弱點主要有：

（1劂控協(xié)同依賴通信

由于蜂群組成無人機多為微小型無人機，載荷有限，一方面在當前自主能力有限條件下，后方控制站或平臺仍需對蜂群測控，失去人工交互控制，蜂群自主執(zhí)行任務能力大幅下降;另一方面，單機載荷有限，需要多無人機分別搭載不同載荷模塊，組合完成復雜任務，蜂群內(nèi)無人機協(xié)同依賴機間通信。

（2）蜂群定位依賴導航

目前蜂群智能水平有限，尚未實現(xiàn)完全自主偵察、攻擊，如“山鶉”集體決策、自修正和自適應編隊飛行也僅在演示階段，很長一段時間內(nèi)仍需“人工指揮+無人機蜂群”方式，依賴通信導航飛行、定位，如“郊狼”、“蟬”主要依據(jù)預定參數(shù)按全球定位系統(tǒng)導航飛行;消費級或商用無人機依賴無線鏈路控制，甚至通過開放鏈路傳輸指令，目前無人機蜂群仍依賴導航、定位或操控信號。

（3）自主智能依賴軟件

無人機蜂群自主編隊、自適應控制、自主任務規(guī)劃、目標智能識別等都依賴于無人機機上算法、軟件，入侵其軟件或軟件所依附的芯片、電路板等硬件損壞，都會喪失自主能力;同時無人機蜂群組網(wǎng)通信存在網(wǎng)絡安全隱患，利用其拓撲結構變化、路由算法弱點、安全認證漏洞或軟件缺陷，較單機測控更有機會變換入侵蜂群網(wǎng)絡，獲取其偵察任務信息，或奪取操作控制無人機的權限。

電磁反制無人機蜂群手段分析

通信干擾

無人機蜂群尚未實現(xiàn)完全自主偵察、攻擊，主要采取“人工指揮+蜂群無人機”方式控制，且其偵察情報信息也需要傳送回敵方接收平臺，因此測控與信息傳輸?shù)耐ㄐ沛溌啡允菬o人機蜂群的關鍵環(huán)節(jié);干擾其通信鏈路可壓制無人機使其失去敵方控制、無法回傳情報信息，甚至致使無人機失控、電池耗盡墜毀。

俄羅斯“驅(qū)蚊劑”電子戰(zhàn)系統(tǒng)可干擾、壓制微型無人機通信頻道，專門應對無人機蜂群，該系統(tǒng)重20噸，可安裝在軍用卡車上機動;此外俄羅斯“薔薇航空”電子戰(zhàn)系統(tǒng)，可同時對多種型號無人機實施電磁壓制和指令欺騙。

俄羅斯電子公司新近發(fā)布無線電屏蔽系統(tǒng)“攻擊-DBS”，針對使用2GHz-6GHz通用頻段的微小型無人機，探測半徑1500m，可在半徑1000m范圍內(nèi)屏蔽其通信及導航頻道，阻止未經(jīng)許可的無人機進入保護空域;該系統(tǒng)在阻止入侵無人機時不影響己方無人機通信導航設備工作，通過聯(lián)網(wǎng)工作可擴大保護空域范圍。

導航干擾

無人機偵察、攻擊通常需要精確定位，且自主飛行微小型無人機都依賴導航系統(tǒng)，目前導航定位主要采取全球定位系統(tǒng)（ GPS）導航、或全球定位系統(tǒng)導航與慣性導航結合方式;干擾導航信號使無人機無法獲得精確導航數(shù)據(jù)，可讓擾亂其基于全球定位系統(tǒng)導航的飛行規(guī)劃，無法自主飛行至預定目標，失去精確坐標信息也可使其偵察情報價值減弱或喪失。

美國巴特爾公司（ Battelle）的DroneDefender反無人機設備，外形似步槍，可干擾全球定位系統(tǒng)導航，有效范圍400m，能快速阻止依靠全球定位系統(tǒng)導航或?qū)崟r遙控的無人機，以及切斷無線電引爆信號，該設備靈活便捷、發(fā)射速度快、工作時間長，槍支重量4.5kg，冷啟動時間僅O.1s，攜帶備用電池情況下持續(xù)工作時間可達5h。澳大利亞Drone Shield公司的Drone Gun反無人機電磁槍，重量達5.9kg、充電時間2h、有效射程2kg，可干擾2.4GHz和5.8GHz通信鏈路以及全球定位系統(tǒng)和GLONASS導航信號，切斷無人機與遙控器之間的通信，迫使無人機降落或返回。

導航誘騙

無人機蜂群大都依賴全球定位系統(tǒng)導航，而全球定位系統(tǒng)導航信號微弱、易于偽造，在切斷無人機蜂群與敵方通信鏈路后，可以利用信號更強的偽造全球定位系統(tǒng)信號重構“蜂群”坐標，誘騙其降落或偏離己方重要目標，再實施捕獲或打擊。

2011年12月，伊朗通過切斷指控通信、偽造全球定位系統(tǒng)信號誘騙俘獲一架美軍RQ-170“哨兵”無人機，2010年12月，伊朗采取同樣方法又俘獲一架美軍“掃描鷹”無人機，累計俘獲4架無人機。

入侵控制

通過截獲、破譯大量通信數(shù)據(jù)，可以入侵無人機蜂群指控鏈路，或者入侵商用無人機的開放遙控鏈路，能夠獲得無人機控制權，實施降落消除我方威脅，或者回傳虛假、偽裝偵察情報信息欺騙敵方，甚至反向攻擊對敵方造成毀傷。破解敵方專用指控通信鏈路較困難，但對商用無人機入侵控制是實施反制的有效途徑。2009年伊拉克什葉派武裝分子曾利用網(wǎng)絡入侵“掠奪者”無人機視頻系統(tǒng)。電磁手段反制蜂群的優(yōu)勢與局限

電磁手段反制蜂群的優(yōu)勢

相比于槍、炮、導彈等物理毀傷手段以及激光定向能手段，電磁手段反制無人機可同時影響、控制或毀傷指定方向或區(qū)域多架無人機，且無附帶損傷，在反無人機編隊、無人機蜂群方面有獨特優(yōu)勢。

（1）反制作用區(qū)域?qū)挕Ｓ捎陔姶盘匦裕ㄐ鸥蓴_和導航干擾在一定距離范圍內(nèi)有干擾效果，微波毀傷在波束方向和一定距離范圍內(nèi)產(chǎn)生毀傷效果，在信號接收范圍內(nèi)可同時導航誘騙或入侵控制多架導航/控制方式相同的無人機，電磁手段較單點物理毀傷或單點捕獲具有反制區(qū)域?qū)挼奶攸c。

（2）電磁設備可機動。通信干擾、導航干擾、導航誘騙和入侵控制手段所用設備大多較靈巧，如，美國DroneDefender反無人機槍和澳大利亞DroneGun反無人機槍均可單兵攜帶使用，俄羅斯電子戰(zhàn)系統(tǒng)“驅(qū)蚊劑”、美國雷聲公司微波武器“相位器”可安裝在軍用卡車上機動。

（3）有條件物理捕獲。通信干擾、導航誘騙能使蜂群無人機失去敵方控制或脫離敵方預定規(guī)劃，在條件許可情況下可對蜂群無人機實施捕獲，獲得蜂群無人機物理實體，如伊朗屢次利用切斷指控通信、偽造全球定位系統(tǒng)信號方法誘騙俘獲美軍無人機。

（4）有條件反向攻擊。在入侵無人機蜂群通信網(wǎng)絡條件下，通過蜂群向敵方回傳虛假偵察信息或攻擊結果，可對敵方實施欺騙;甚至在入侵無人機蜂群控制軟件條件下，可獲得無人機蜂群控制權，操縱蜂群無人機對敵方實施反向攻擊。

電磁手段反制蜂群的局限

雖然電磁手段有上述優(yōu)勢，但在沒有徹底物理毀傷或捕獲時，電磁手段反制蜂群仍有局限性，部分表現(xiàn)為：

（1）限制性反制，較難物理性毀傷。通信干擾、導航干擾為防御性反制，限制敵方無人機蜂群正常功能，在敵無人機失控墜落或被捕獲前，不能使敵蜂群徹底喪失作戰(zhàn)能力，超出干擾作用距離或敵蜂群自適應調(diào)整后，干擾手段存在失效風險，敵無人機蜂群有可能恢復至正常功能。

（2）針對性有效，對特定類型蜂群。通信干擾手段僅對已知敵方無人機工作頻點或頻段范圍時有效，導航干擾、導航誘騙手段僅對采用全球定位系統(tǒng)導航的無人機有效，入侵控制也僅對已知敵方軟件系統(tǒng)漏洞的無人機有效，因此上述手段有針對性地對特定無人機蜂群有反制效果，需戰(zhàn)前深入了解敵無人機蜂群信息，做好足夠反制儲備。

（3）有前提條件，需預警探測支持。由于電磁手段受距離限制，反無人機槍作用距離較近，電子戰(zhàn)系統(tǒng)、微波武器作用距離遠些，以及導航誘騙、入侵控制都要已知敵無人機蜂群飛行區(qū)域，在小目標、多目標連續(xù)探測和跟蹤的基礎上，都需要預警探測的支持，協(xié)同配合工作。電磁手段反制蜂群的建議

（1）積極研發(fā)電磁反制武器

無人機蜂群以功能相對單一的低成本單元非對稱式抵消傳統(tǒng)大型多功能平臺的能力，獲得廣泛關注，特別是美軍對無人機蜂群開展大量研究、試驗和演示驗證，技術日趨成熟;關注無人機蜂群關鍵技術、作戰(zhàn)運用的同時，積極開展電磁反制技術與武器研究，主動應對無人機蜂群防御與反制問題。

（2）深度掌握外軍蜂群信息

由于電磁手段具有較強的針對性，需要持續(xù)跟蹤外軍無人機蜂群發(fā)展方向和進展，深度掌握外軍無人機蜂群氣動外形、通信頻段、工作特點、使用方式等信息，做好防御無人機蜂群信息儲備、反制預案。

（3）前向完善預警探測網(wǎng)絡

靈敏有效的預警探測是防御和反制無人機蜂群的基礎。由于體積小、雷達反射面小、低空/超低空飛行等特點，無人機蜂群遠距探測困難、跟蹤要求高、目標數(shù)量多，為應對其威脅，應組合式探測集成雷達、光電、紅外、聲音和其他傳感器，建立空中探測與地面?zhèn)鞲衅魈綔y相結合的預警探測網(wǎng)絡，各級嚴密劃分探測空域、實時共享偵察信息，合理分配目標、安排打擊次序，協(xié)同防御反制。

（4）后向集成綜合反制手段

由于電磁手段通常難以物理毀傷無人機，應通過及時有效手段評估反制效果。由于無人機蜂群攜帶任務載荷多為微小型電子設備，部分電子設備在未完全毀傷、有電源或電池供電條件下仍可以偵察、監(jiān)視或釋放干擾信號，如“蟬”無人機即使落地仍能正常偵察情報，所以電磁手段需向后與其他反制手段、與毀傷評估結合起來，評估對無人機機體的打擊效果、任務載荷毀傷情況，判斷其是否仍處于工作狀態(tài)，是否需要進一步打擊。

結束語

綜上分析，常用電磁手段作用距離短，較適用于反制低、慢、小無人機;反無人機技術尚處于起步階段，在反無人機基礎上，無人機蜂群防御與反制方法手段尚處于探索階段，雖然各類反無人機武器層出不窮，但能用于實戰(zhàn)有效克制無人機蜂群的武器系統(tǒng)尚需一段時間，本文研究為利用電磁手段防御與反制無人機蜂群提出了意見與建議。