淺析反無人機技術

顧竹鑫 張棟

摘要：隨著科技的快速發展，無人機因其尺寸小、價格低、操作容易和難以被探測的特征，無人機廣泛應用于世界各地。裝載了探測器與武器的無人機被用于實施恐怖襲擊，對社會和個人安全造成了巨大威脅。本文將全面概述反無人機技術的特點、探測無人機技術和打擊無人機技術，并分析每一種技術在不同場景下的適用性，為模塊化反無人機系統提供指導方針。

關鍵詞：反無人機;無人機探測;無人機打擊

1.引言

目前，無人機抓住了從農業工程到軍事任務等多個工業領域的發展機遇，正在經歷爆炸式增長，并已廣泛應用于航拍、交通監控、災害監測等許多領域。

然而，無人機產業的快速增長對公共安全和個人隱私構成了巨大威脅，無人機引起的事件越來越頻繁。例如，攻擊者將炸藥或其他危險材料綁在無人機上進行攻擊;犯罪分子使用無人機跨界走私非法材料;不法分子控制攜帶高保真相機的無人機飛越墻壁并監視居民的私人信息。

建立反無人機防御體系，同時應對多層次、多類型、多方位的無人機入侵。反無人機系統集成了多種無人機探測模式和無人機打擊模式，可根據不同類型無人機的特點選擇合適的探測模式和打擊模式制定反無人機方案，稱為反無人機指揮控制系統。隨著無人機的加速發展趨勢，有計劃、有針對性的無人機入侵必將成為常態，模塊化的反無人機指揮控制系統必將成為未來的發展趨勢。

由于無人機體積小、低空飛行速度低，無人機監視是一項具有挑戰性的任務，許多技術，例如雷達監視、音頻監視、視頻監視、射頻（RF）監視，具有潛在的應用價值。無人機檢測和定位。每種技術都有其優點和缺點。一些反無人機系統已經基于這些技術中的一種或幾種開發出來。這些系統的性能依賴于所使用的技術，而它們的應用場景也因所使用的技術而異。

在本文中，我們將全面回顧無人機探測和打擊中使用最廣泛的一些技術。

2.反無人機技術的特點

無人機威脅目標主要表現在以下幾個特點：目標反射截面太小，難以被發現。現代無人機具有明顯的隱身性，特別是微型無人機在不需要任何專門技術措施的情況下已經具備相當大的雷達隱身能力，而且由于噪聲極弱，雷達、聲光探測器等難以發現。

其次，無人機執行的任務多樣化，難以判斷。模塊化設計多應用于現代無人機機載系統，可根據任務需求搭載不同的任務裝備，執行情報偵察、戰場監視、電子對抗、目標指示、對地打擊等不同任務。而且，不同的裝備可以重新裝載在外觀相同的無人機上，這樣它們就可以改裝成不同用途的無人機。當這些無人機不發射電磁波時，它們的功能幾乎無法區分。因此，當無人機威脅目標出現在空中時，目標類型的識別變得更加困難。

三是將微型無人機作為主要對抗目標。其隱身性和成本低，只需稍加改造就可以變成攻擊系統，而且很難被發現，因此微型無人機對抗將成為各國軍隊的重點。

雖然大型無人機可以被傳統的防空武器系統打擊，但是使用導彈和炮彈的反無人機方法容易受到極端成本不對稱的影響。此外，由于體積龐大，這些系統無法抵抗微型廉價無人機集群的入侵。

3.無人機探測

無人機通常會發出熱量、聲音和射頻信號來與遠程操作員進行通信，探測系統收集傳感器數據以確認附近區域是否存在無人機。

·熱量探測

電機、電池和內部硬件等物理組件會散發大量熱量，熱像儀可以識別這些熱量。通過熱特征來檢測目標無人機，與基于雷達的探測系統相比，熱探測在天氣適應性、識別可用性和較低成本方面具有優勢。然而，實際探測范圍比大多數其他方法要短得多，因此提高熱量探測的靈敏度或提高熱成像相機的分辨率是主要挑戰。

·電磁波探測

使用雷達通過感應反射的電磁波信號來探測目標并確定其形狀、距離、速度和方向。雷達是探測和跟蹤大型飛機的有效手段，但在探測和跟蹤無人機方面面臨著嚴峻的挑戰，因為無人機的雷達截面小，通常在低空低速飛行。即便如此，雷達監視在探測和跟蹤無人機方面已經取得了突破。已經驗證，通過分析多基地雷達獲得的微多普勒特征，可以提高目標的辨別力，從而使無人機能夠高精度地檢測和跟蹤，雷達探測的距離比大多數其他方法要大得多。需要注意的是，雷達是一種具有高電磁能量晝夜不停工作的有源傳感器。因此，在擁擠的城市地區部署大功率雷達可能是不合適的。

·光學探測

基于光學圖像的無人機探測是利用計算機進行圖像和模式識別，根據對象的外觀特征，即顏色、輪廓線、幾何形狀以及運動特征來識別對象。在沒有運動信息的雜亂背景中，基于外觀特征的方法很難將無人機與其他類似的小型物體（例如鳥類）區分開來。通過比較連續的圖像，可以通過基于運動的方法確定運動對象的位置和運動方向，這些方法也用于對象跟蹤。有人建議通過觀察飛行模式來區分無人機和鳥類，因為鳥類會比無人機以更隨機的模式飛行。但是，這種方法可能會在鳥類滑翔時失敗。對于無人機檢測，有希望結合運動特征和外觀特征，這將使檢測具有更高的精度。

基于光學圖像的無人機探測設備成本極低，易于實現，通過密集部署實現高精度的跟蹤系統。然而，包括相對較短的距離、高度依賴天氣和對無法穿透障礙物等缺點迫使與其他探測手段融合使用。

·聲信號探測

在無人機飛行過程中，電機和快速旋轉的螺旋槳產生的聲音可以通過配備聲學傳感器的系統用于無人機的檢測、分類和定位。聲信號探測系統的實施成本低。然而，聲信號探測對環境噪聲敏感，檢測范圍有限。

·射頻信號探測

市場上現有的無人機或定制的無人機通常在某些特定頻段與其控制器通信，例如DJI Phantom 4 為2.400-2.483GHz和5.725-5.825GHz。然而，在實際環境中，許多其他射頻信號的存在，例如與無人機共享同一頻段的WiFi，使得基于射頻的無人機檢測具有挑戰性，這種方法很可能會引起誤報，因為未知的射頻發射器不一定是無人機。識別無人機的媒體訪問控制（MAC）地址也是一種可行的方法。但是，這種方法只能檢測具有開放 MAC 地址的無人機。隨著無人機種類的不斷增加，構建和更新無人機 MAC 地址的綜合數據庫變得更加困難。

4.無人機打擊

·激光武器

激光武器主要使用高能量的激光束對遠程的目標進行快速高效的精確打擊。激光武器的射程遠、能量高、威力大，一旦瞄準目標可實現瞬間擊傷或者擊毀。激光武器可使用地基方式、車載的方式來實現對無人機目標的打擊，配套無人機搜尋和定位設備，可快速追蹤到目標，進而實現對目標的擊傷或者擊毀。使用激光武器的缺點在于造價昂貴、受天氣和環境影響較大、對目標的及時精準定位和瞄準存在一定困難。

·火力攔截

火箭彈、地基輕型導彈、空空輕型導彈可實現對目標無人機的摧毀性打擊，一般在較為重要的大型活動安保、政府首腦護衛場景的外圍區域可使用此種方法來對重要可疑無人機實施緊急反制與打擊。但此種攔截與打擊方法造價昂貴、存在對地面目標的安全隱患，非緊急情勢下，需慎用此方法。

·信號誘騙

誘騙引導分為GPS誘偏和操作信號誘偏，欺騙無人機信號可用于控制其飛行路線。無人機通常通過操作員的射頻信號控制其位置和高度，破解無人機的控制通信協議，實現對無人機的劫持和控制，使其降落在安全區域。GPS 信號是無人機目標在手動或自主飛行中確定當前無人機位置的關鍵數據，生成虛假 GPS 信號來欺騙無人機的 GPS 接收器，并使無人機錯誤地計算其位置。

·信號干擾

通過干擾無人機和遙控器之間的射頻控制信號，使目標無法接收通信信號陷入不受控制狀態，實現對無人機目標的攔截。根據不同的目標和覆蓋范圍，干擾技術可以分為多種類型：

定向干擾、全向干擾、窄帶干擾、寬帶干擾和GPS干擾等。

無論無人機目標采用何種通信協議，都可以通過多種方式實現無人機傳感器的干擾，可能會由于無人機不受控制導致墜毀等事故，所以需要一定范圍的安全區域內采用信號干擾手段，防止墜毀的無人機對地面目標造成損傷。

信號干擾是一種簡單、有效、范圍廣且故障風險低的解決方案，因此大多數反無人機系統采用干擾作為其主要的方案。然而，由于干擾技術主要使用電磁信號，它們可能會干擾電視廣播、電信等公用信號，不宜在城市電磁信號復雜的地方使用信號干擾技術。

5.總結

在本文中，我們對反無人機技術的特點進行了深入分析，并全面回顧了無人機探測和打擊中使用最廣泛的幾種技術。

從目前世界戰爭的發展趨勢來看，反無人機作戰已經提升到國家安全保障的層面。單個反無人機武器只能針對特定目標，無法應對不同類型的無人機。尤其是隨著無人機應用領域的擴大，多機型無人機同時作戰成為必然。因此，融合多種反無人機探測技術和反無人機防御手段的智能無人機指揮控制系統，必將在未來的戰爭中占據主導地位。

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作者簡介：顧竹鑫，男（1992.02-），漢族，江蘇南通人，碩士，通信工程師，研究方向：電磁場與微波技術;

張棟，男（1993.04—），漢族，河南南陽人，碩士，通信工程師，研究方向：通信與信息系統。

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