科学网

 找回密码
  注册
搜索
热搜: 科学 论文
查看: 3114|回复: 0

反制无人机的新动向和新思维(2)

[复制链接]
发表于 2018-7-31 08:32:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
无人机的新动向和新思维(2)
New trend and new thinking of anti UAV
都世民(Du Shimin)
摘要:本文讨论反无人机的相关问题。面对无人机广泛应用的同时,却出现“黑飞、恐袭、杀人无人机及其上战场等危害人类的前提下,反无人机技术应运而生,逐渐形成产业。近几年来,反无人机的兴起,出现的新技术和新动向与早先的思维有相当大的差异。
关键词:无人机,反无人机,新动向,科普
反无人机的传统思维
1. 无人机在军事上的应用
早先无人机是作为新武器打靶时的靶机、侦察监视、目标指示,后来逐渐扩展应用于电子战、指揮控制、舰艇护航、毁坏评估、无线电中继站、诱饵、作战武器平台、后勤保障等诸多应用。
尽管无人机有很多功能为人类造福,可是事物都有两重性。
2. 无人机也会有负面作用
无人机空中拍摄会侵犯隐私无人机可携带武器系统、化学有毒物质、爆炸物,可从事恐怖、间谍活动无人机从事走私、贩毒等破坏活动无人机会干扰军机训练;会干扰民航机场正常运行;会干扰直升机救火会干扰大型赛事活动和危及民众安全。
3.其典型事例
1)2013年9月15日,默克尔参加一场竞选集会时,一架无人机降落在她的旁边。
2)2014年7月,在伦敦希思罗国际机场,正准备降落的A320客机险些撞上无人机;
3)2015年1月27日,一架白色小型4轴旋翼无人机坠毁在白宫南部草坪;
4)2015年4月22日,日本首相官邸房顶发现一架经过改装的无人机;
5)2016年4月17日,还是在希思罗机场,一架A320客机在降落过程中撞上无人机;
6)2017年7月,为了避风,一名业余摄影师将一架4轴无人机迫降在“伊丽莎白女王”号航母上并且没有被发现
7)无人机闯入机场、大型活动现场、军事管制区等事件则几乎是每天都在上演。
8)据统计机构数据显示从2013年开始,全球无人机市场规模每年以40%左右的增长率在急速扩张,预测到2019年全球民用无人机销量可达393万架(消费级约为300万架、工业级约为93万架).无人机有可能沦为恐怖袭击工具已经成为困扰各国安全部门的大问题。
9)无人机的快速发展与无序管理的状态危害极大,单纯靠控制无人机使用及限制使用条件,不能避免无人机可能带来的风险及危害。不可小视!
10)2017年中国民用无人机产量290万架,增长67.0%,到2020年,民用无人机产业持续快速发展,年产值达到600亿元,年均增速达40%以上。民用无人机的应用分为娱乐消费级无人机和工业级无人机两个层次,专家依据工业级无人机市场的刚性需求判断,工业级无人机市场未来五年将呈爆发式增长,成为国民经济的一个重要产业。只不过,这繁荣发展背后所面临的挑战也不可忽视。依据2017年的相关统计,我国目前约有2万架无人机处于“黑飞”状态。民用无人机干扰航班起降事件,也令公众对无人机飞行安全监管问题颇为关注。
图为肩抗式反无人机火箭筒
反无人机的难点
1.反制无人机的难点首先是探测难
相对有人驾驶飞机,无人机的优势有如下几方面:隐身性能好;突防能力强;神出鬼没,机动性强;效费比高;
因无人机体积小、重量轻、大部分用复合材料等非金属材料制成,只有发动机、电机、导线、电池之类是金属,形成的雷达散射截面积小,不易捕获。降低了雷达探测距离和发现概率。
无人机噪声源主要是发动机和飞行中产生的空气噪声,量值小。声学探测难。
防空高炮大都用红外火控技术。其它防空武器也有红外探测、激光探测技术,因无人机红外辐射低,难探测。在抗激光探测方面,釆用吸波、导光和透波等方式,已减小其反射。光电探测也难。
因此单一探测方式难奏效,采用多种探测方式是必要的。探测无人机信息主要是目标位置、操控频率、视频图像相关参数等。
2. 从放飞处击落不可能
无人机放飞多种多样,无需建大型机场起降,不同类型的无人机可以有不同方式起降,选择灵活,费用低。想从无人机起飞处发现和击落几何无可能。
3. 考虑效费比
因机上无人,无救生装置,可长时间续航。无人机造价低廉,通常是有人机的十分之一。另外培训费和燃料费也低。所以要以简单方式和低廉设备,击落无人机是困难的。
4. 从无人机飞行控制角度反制
无人机飞行控制通常有两种方式:一是预先编制的控制程序,实现自控飞行;二是通过遥控站控制无人机自控飞行。
无人机作为人类使用的工具,可完成各式各样任务,由早先的服务型,执行艰苦、肮脏、危险之类的任务,转变为攻击型、后勤保障型之类的任务。分布在海陸空和临近空间的各个层面。几乎各个兵种都可使用无人机。从飞行控制和执行任务的特点寻找反制方法是反无人机的常規思路。
无人机的运行是受地面控制。地面控制系统由遥控器。控制电路、无线数传电台和遥控接收机几部分组成。由遥控器产生遥控编码信号指令、測距基准信号,再经放大和调制,经发射天线发射,来控制无人机运行。而接收机要接受来自无人机的信息,进行解调,生成控制芯片。反制无人机切入点就是去接收这一过程的无线电信息。然后发出欺骗信号和干扰信号。从电子学科角度,这是电磁兼容学科的研究范畴。
另外,无人机在飞行过程中有GPS定位系统精确定位。无人机采用GPS卫星导航系统和惯性导航系统相结合的方式进行飞行控制。若要反制无人机可以干扰和欺骗无人机的卫星导航信号。利用信号发生器产生干扰无人机通信的电磁信号,经功率放大后,由高增益定向天线辐射,来干扰无人机定位导航信兮,使其只能通过惯性导航飞行。在缺少GPS卫星导航精确定位时,无人机的定位就会混乱。不难看出,无人机的飞行控制和导航定位都是通过无线电波载体实现信息传输。这些信息通过专业手段可以截获、解调和解码。由此产生了反无人机常規技术思维模式,主要分为三类。
一是干扰阻断类,主要通过信号干扰、声波干扰等技术来实现。
二是直接摧毁类,包括使用激光武器、用无人机反制无人机等。
三是监测控制类,主要通过劫持无线电控制等方式实现。
景小平院士曾指出:目前反无人机手段主要分为电磁干扰、声波干扰、物理摧毁三大手段。
电磁干扰:成本不高携带便利,缺点是不能自主检测,需要人工配合;
声波干扰:难度大成本高且尚处于理论阶段;
物理摧毁:自带传感器,击落无人机速度快,且适应环境性强,不过成本很高只适合军用。要人工配合;
以上两种说法无本质差异,都是常规思维模式。这里所述的干扰和欺骗模式存在下列问题,如果要大范围启用反无人机手段来打击“黑飞”现象则又会产生许多新问题,比如干扰地空通讯,高空坠落的风险等等又将成为新的安全问题。在双方无人机对陣搏击时,这类方法也受到限制。因此频率干扰必须是窄带,辐射功率和空域都不能过大。在战场上反制无人机就无这些限制,就可以干扰GPS卫星导航,切断网络互连。这就不是常规思维模式。无人机最依赖的技术是未来战争最先挑战的反制技术。这包括对AI技术的反制。
现有反无人机的方法
1) 抓无人机
一些出境率较高的如执法部门训练鹰以“空战方式”击落无人机.。法国某空军基地2016年10月25日举行演习时,一只老鹰在空中用双爪拦截了一架无人机。法国空军宣称,他们已经训练出专门对付无人机的老鹰。荷兰警方就曾训练老鹰抓捕无人机,据称聪明的老鹰自己会避开高速旋转的螺旋桨。
2) 网捕无人机
英国OpenWorks Engineering公司研制的SkyWall100无人机防御系统,以压缩空气为动力,最大射程100米英国人发明的火箭筒射出一个网法国日本等国家还尝试将无人机底下更大号的网,将小型旋翼捕获。用降落伞软着陆。
我国航天科工集团二院206所研制的网捕无人机装置,一架黑色无人机装上摄像头,如同安装了眼睛,机下有两个发射筒,当摄像头捕获白色四旋翼无人机后。地面操控人员锁定目标后,发射筒弹出白色网,一举击落白色无人机。
3) 高炮摧毁
对付高空、高速的大型无人机可以使用战斗机、远程防空导弹;对于一般的战术无人机,高炮亦可以有效摧毁之。在民兵预备役中这些高炮亦有大量装备。
4) 激光防空系统
央视新闻中曾报道国外捕捉无人机的信息,其中有用影像定位,较远距离摧毁或压制无人机的通信网络,从而迫降无人机;激光武器反无人机等。更小型、更低空、更慢速的民用小型无人机,掌握好提前量,用普通枪械亦可击落。
而在大型演唱会等集会活动中,还可以部署“低空卫士”激光防空系统精准摧毁2公里范围内的小型无人机。
5) “黑客”越权接管无人机
俘获消费级无人机的技术难度则更低,在315晚会上,央视就当众表演了“黑客”如何越权接管无人机。据了解这并非大疆“精灵”第一次在媒体面前被劫持,据媒体报道:2015年10月24日的GeekPwn黑客大赛中选手们就现场入侵了大疆“精灵”无人机,并成功操纵其飞行。
6)干扰全球卫星定位系统
据美国《大众机械》月刊网站报道称,俄军正在积极尝试对叙利亚上空的美军无人机实施干扰,通过干扰全球卫星定位系统信号的发射破坏飞行行动。干扰行动“严重影响”美无人机俄军干扰无人机来阻止美军收集情报。干扰设备由俄军研发,甚至影响带有反干扰技术的导航设备,也非常有效,足以影响加密通信。受到干扰的是小型无人机
7)电磁干扰枪
电磁干扰枪是一种具有枪型的电磁干扰设备,有枪的模样,还有夹板形状。“电磁步枪”不是真枪,只是外形制造成步枪模样,该设备可由天线发射无线电波,能够以30度的圆锥轮廓扫上空,对可疑无人机控制信号GPS卫星导航信号进行干扰,有效作用距离为400m。无人机在收到干扰后,会因失联而迫降。
此干扰枪不是无人机打成了碎片,只是将其缓缓降落在了地上。英国国际财经时报称,这种武器的原理是发射2.4GHz到5.8GHz之间干扰电波,中断遥控设备和无人机之间的联系。因为大部分无人机遥控器是这个频段范围内据报道称解放军在演习中用电磁干扰枪成功击落过无人机。
8)反无人机系统
2015年9伦敦防务展DSEI上,出现反无人机系统产品,它先侦察,后劫持,然后控制该无人机,强迫使其降落。
英国三家公司:布莱特监控公司(B1ighter 5urvei11ance System)、切斯动力公司(Chess Dynamics)和恩特普赖斯控制系统公司(Enterprise Control Systems)共同开发。用来探测、跟踪、分类、干扰、压制8km范围内的无人机。还能有效对付2km以内的微型无人机。该系统的全集成技术包括传感器、效应器。全智能化包括探测、跟踪、分类、压制等功能。工作站可以固定式也可移动式
参考消息网2017年12月1日报道 英国《简氏防务周刊》网站发表题为《中国测试新的激光反无人机系统》的报道称,中国国防部11月28日公布的图像显示,在北京进行了疑似新型反无人机系统的测试。该系统是车载,一辆车上装有侦察和干扰设备,车顶上配备有雷达、电子干扰系统和一个小型光电转塔,另一辆车顶上装载着激光武器、踪系统(光电和热能)和一个激光测距器。这些车辆很可能载有发电系统,以及控制台和通信系统。据中国媒体报道,不到10秒内,反无人机系统就能发现一公里外的“敌方无人机”,并发射激光。该系统可有效针对600米以低空飞行的无人机。
9) 大才小用 爱国者反制无人机
2018-07-24  中国国防报刊文:“尴尬了!以色列用爱国者导弹打下自家卖的无人机”。 最近,有一架无人机从叙利亚方面越过紫线,以色列使用昂贵的“爱国者”拦截弹将其击落。以色列多次警告叙利亚“从紫线(1967年联合国划定的叙以戈兰高地停火线)东面过来的不明物体,都会导致严重后果”。以色列军人发现:这正是以色列的“搜索者”Ⅱ无人机以色列击落的这架无人机是前两年以色列卖给俄罗斯的,俄罗斯称其为“前哨”无人机以色列出口给俄罗斯的主要是中近程的战术无人机,包括2架“鸟眼-400”、8架“I-View MK150”和2架“探索者”Ⅱ,其中“探索者”Ⅱ被仿制,俄罗斯称其“前哨”。爱国者导弹反制“前哨”无人机毕竟是大才小用。
10)反超高音速无人机
凡是武器都会出现矛与盾的不停转化,再复杂的系统也会有被制约的可能。导弹系统是攻击型武器,反导系统是防御型武器。无人机是进攻型武器,反无人机是防御性武器。一正一反,在创新推动下,技术不断更新。
如今美、俄、中等国都在研制超高音速无人机,俄罗斯已宣布拥有这类武器,在速度、飞行高度、携带核武器以及对全球攻击能力及速度方面其威慑力显而易见。要反制这类武器首要解决探测难的问题,这与微型无人机探测难不是同一概念,如何增加响应时间,防止在自己领空造成威胁和破坏。这个问题必须与航天探测接轨,不能用通常防空技术应对这种武器。这类武器尚未在战场中出现,也就不可能有这种武器被反制的报道。
据报道美国洛克希德·马丁公司目前正在阿拉斯加建造“远程识别雷达”,但该雷达无法探测到从朝鲜射向夏威夷的导弹。该雷达价格很高,但更换的X波段雷达不能用于防御高超音速助推滑翔器或巡航导弹攻击。为应对来自中国和俄罗斯的新威胁,美军还需要基于太空的传感器,因为地面雷达受到地球曲率的限制。当然,部署在夏威夷的远程地面雷达仍然是必要的,因为它们扩展了太空雷达的覆盖范围。不难看出,反超高音速无人机的新威胁早已进入美军方视野,首先要解决的是快速探测难题。
11)各国针对“低慢小”无人机的反制系统,可谓是“百花齐放”。军工企业研制的反无人机系统以激光拦截和传统火力打击等“硬杀伤”为主,科技公司研制的防控装备则以无线电干扰以及“网式”拦截等“软杀伤”为主,还有一些出境率较高的如执法部门训练鹰以“空战方式”击落无人机等。美国《国家利益》报道称,在2015年的美国“黑镖”反无人机演习中,多达55种反无人机系统“登台献技”也就是说针对各类无人机的反制技术会不断增加,这也会形成一种新的产业。
应当指出的是,地面上的机器人正沿着飞行机器人的发展道路,驶入快车道,它面临的未来会不会与今日无人机的局面相似,或者规模更大,威胁更强,是令人忧心的全球问题。
“蜂群”作战的思维模式
“蜂群”作战古有之,早在十三世纪蒙古人远征作战行动中就可以看到这一战术的影子。只是近年随着无人机、人工智能、自主系统、大数据等前沿技术的发展与应用,无人机“蜂群”作战又重回人们的视野。这是古为今用,还是返古思维?是一个值得探讨的问题!
作为无人机“蜂群”作战技术的先导国家,美国正致力于这一颠覆性技术的发展,主要有战略能力办公室的“山鹑”项目、国防部高级研究计划局的“小精灵”项目、空军研究实验室的“忠诚僚机”项目、海军研究局“低成本”项目等。美国把无人机“蜂群”技术列为“第三次抵消战略”五大支撑技术之一,甚至宣称无人机“蜂群”技术是核武器技术以来军事技术领域内最重要的发明。或者说,这是用中国古代思维破解当今前沿科技的难题的必由之路!
1)无人机“蜂群”作战特征
今天的无人机“蜂群”作战,通过模拟群聚生物的协作行为与信息交互方式,以自主化和智能化的整体协同方式完成作战任务。它有5个重要特征:
一是去中心化,即没有一个个体处于主导地位,其中任何一个个体消失或丧失功能,都不影响群体功能。
二是自主控制,即所有个体只控制个体行动,并观察临近个体位置,实时自主协同。
三是集群组合,即集群受外力改变群体结构、位置时,新的集群结构会快速自动形成并保持稳定。
四是功能放大,即集群能够克服个体能力的不足,通过协同实现整体能力放大,即1+1>2的效果。
五是零伤亡化,这使得“蜂群”作战运用具有较低决策门槛和政治风险的优势。
2)无人机“蜂群”作战优势
抵近侦察无人机“蜂群”作战都是微小型无人机,易突防,不易被雷达、红外、声波、光电等探测到。易接近敌方陣地,提供可靠的战地情报。通过蜂群传回数据链。这种方式可打破传统无人机操控方式中信息泄漏、易被干扰和欺骗带来的损失。
“蜂群”电子战:“蜂群”无人机可携带电子干扰设备,既可以伪装诱餌,又可以充当干扰机。作为诱餌时,可让敌人暴露防空设备的频率及甚它参数,获取这些信息后,可施放强电磁干扰,让敌方雷达信号飽和。为主攻武器开辟通路。
察打一体“蜂群”无人机可根据任务需要,组合成多个编队,分别配置侦察、火力模块,再组成一个大型突击编队,形成侦察探测和火力攻击为一体的块组合,入敌方纵深高危和重要标实施一条龙攻击,也可以看成将几方面战斗住务分为几部分组合协同完成。这就形成了一种新的作战理念。
3)有人与无人机协同作战
有人机与“蜂群”无人机协同作战,是大量集群式无人机作战的必然选择。一方面可避兔对GPS卫星导航的干扰,也可以避免敌方迫降。另外,有人机可在空中放飞“蜂群”无人机和回收“蜂群”无人机。这也避免了对无人机控制站的攻击。“蜂群”无人机作战也可以掩护有人驾驶飞机安全。不难看出,无人机集群战术表面上看是无人战争,在敌方陣地上空是无人,可避免人員伤亡,实际上仍然有人操控,千万不要以为AI技术就可以决定一切。无人战场决非无人,只是为了减小人員伤亡至零。人不在双方交战的区域内,隐藏在区域外,如同古时峰火台和旗语,都是有人在操控。这已经不依賴网络和AI技术,借助生物技术来实现上述目的。
参考文献
[1] 小身材大威力!美军自杀式无人机:可摧毁坦克 单兵能携3架来源:参考军事。2018-06-12 10:50:20 .
[2] 俄媒:不明无人机袭击驻叙俄军 搭载雷管由“外国制造”来源:参考军事,2018-07-03 14:53:18 http://www.cankaoxiaoxi.com/mil/20180703/2287502.shtml
[3]农业农村部:2017年全国保有植保无人机14000多架 将大规模推广统防统治,来源:环球网2018-07-06 08:30 http://uav.huanqiu.com/hyg/2018-07/12428360.html
[4]扶青南方日报:让无人机“黑飞”无所遁形 来源:南方日报 2017-03-10 11:09
[5]“反无人机”三大模式 来源: 猎云网,2017-10-24
http://uav.xinhuanet.com/2017-10/24/c_129725771.htm
[6]鹰拦截无人机来自/联合早报2016年11月19日
[7]王枝鑫等,无人机反制技术概述,来源:万方数据,2017年7月。
http://www.ccaonline.cn/news/hot/343268.html
[9] 反无人机系统类别及工作原理详解来源:电子发烧友 时间:2016-08-10
[10]  鹰抓、激光照、机枪扫!各国“脑洞大开”开发反无人机武器,来源:参考军事2018-07-16
[11] 低空无人机杀手!英媒称中国车载激光武器能烧穿金属板来源:参考军事,2017-12-01
[12] 尴尬了!以色列用爱国者导弹打下自家卖的无人机来源中国国防报2018-07-24
[13] 无人机,飞越你的想象来源:半月谈网,2018-07-26 09:58
[14] 英国:无人机如何造福城市?这五个方面值得关注来源: 网易科技报道,2018-07-26http://uav.huanqiu.com/hyg/2018-07/12576695.html
[15] 无人机改有人机!俄六代机原型机选定“猎人”攻击型无人机 来源:参考军事
2018-07-23 12:56:01
[16] 无人机反制系统到底是什么?来源:百度百科词条.
[17] “低慢小”无人机如何监测与反制?来源: 民航资源网(合肥)2017-04-24 09:34:34 
[18]雍黎 杨仑  ,无人装备,颠覆当下作战规则来源:科技日报2018-06-27 10:350
http://www.81.cn/jskj/2018-06/27/content_8071684_3.htm
[19]美军急推新款X波段雷达 能监控中俄高超音速武器来源:环球时报,2018-07-13 。

回复

使用道具 举报

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2018-8-22 13:52

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

快速回复 返回顶部 返回列表