隨著無人機市場的快速打開,人們擁有一臺“想飛就飛”的掌上“灰機”已經不再是難事,但是無人機“濫飛”“黑飛”事故頻發,傷人毀物,甚至可能被恐怖分子利用,造成重大安全隱患。除了出臺監管政策,必要的反無人機手段亟須上馬,因此無人機與反無人機必將上演一場場技術比拼、互尋漏洞的戲碼。
據數據統計,在2017~2022年間,反無人機市場將以每年約23.89%的速度增長,到2022年,市場總額將達到11.4億美元。其中,亞太地區的反無人機系統需求將占全球市場的30%,反無人機產品將長期保持高速增長。
1.反無人機系統的分類
反無人機系統是指利用技術手段對無人機進行監測、干擾、誘騙、控制、摧毀的一種裝置。當前,反無人機的技術手段主要有激光炮、信號干擾、信號欺騙、聲波干擾、黑客技術、無線電控制以及反無人機無人機等。
利用這些技術手段研制的反無人機系統大體上可分為三類:一是監測控制類,借助阻截無人機的使用的傳輸代碼控制無人機并引導其返航,同時避免無人機墜毀。二是直接摧毀類,主要是利用導彈、激光武器、微波武器、格斗型無人機以及常規火力等手段直接摧毀無人機。三是干擾阻斷類,通過向無人機發射定向大功率干擾射頻,切斷無人機與遙控平臺之間的通訊,迫使無人機自行降落或返航。
2.各國反無人機系統發展現狀
美國:高度重視研發各類反無人機系統
美國從2012年開始制定反無人機戰略,計劃設計建立有效的防空體系,既能迅速應對敵方無人機的威脅,同時不會誤傷友軍的飛機導彈。美國的這一戰略旨在利用其技術優勢,迅速搶占反無人機領域的制高點。
波音公司研制了多款反無人機激光武器,較為典型的是反無人機激光炮。激光炮的發射器和萬向架可以使激光炮精確瞄準無人機的任何一部分,在發現無人機的幾秒鐘內就可以擊落低空低速飛行的無人機。2016年8月,波音公司發布了一款反無人機激光武器系統(簡稱LWS)。通過發射10KW的激光束,該系統可以立即摧毀35公里外的無人機。LWS可拆分成四部分,可由兩人運送,15分鐘內就可以在野外組裝部署完畢。與傳統常規的動能或化學能武器不同,激光武器通過對目標施加能量(以光速或接近光速運動的光子或粒子)來破壞或摧毀目標。試驗表明,無人機在激光武器面前躲避攻擊的能力大大降低。精度高、成本低、發現即摧毀等優點使此類反無人機系統倍受親睞。
2015年10月,美國最大的非營利開發機構Battelle推出了一款反無人機設備Drone Defender。該設備外形特別像步槍,前端裝有一根白色的桿狀天線,是首款可精準快速阻止可疑無人機靠近的、可移動的非破壞性反無人機專用設備。使用者只要將其瞄準目標無人機,同時扣下扳機,目標就會被“擊落”。該設備有效打擊范圍為400米,僅對依靠GPS導航或實時遙控的無人機有效(如四軸和六軸飛行器)。
“無人機標識移動應用”(MAUI)是一款由諾斯羅普?格魯曼公司開發的、可以在安卓手機上運行的軟件。該系統利用手機自帶的麥克風可以探測重量小于9千克、飛行高度低于360米、飛行速度不超過185千米/小時的低慢小無人機。同時,利用現成的商用移動設備,MAUI系統軟件能夠在高噪音環境中探測識別視距范圍之外的無人機。另外,諾格公司研發的射頻攔截系統“基于已知電子戰技術的無人機訪問限制” (DRAKE),能夠為美軍應對低慢小無人機提供選擇性的、非動能的電子攻擊手段。DRAKE項目在執行反無人機和保護友軍通信等方面已經展示了可行性。
黑睿技術(Black Sage Technologies)公司成功將人工智能技術用于反無人機系統中。UAVX是該公司研制的一種無人機探測、識別、跟蹤系統。該系統利用人工神經網絡對目標無人機進行自動分類,降低誤警率。UAVX由一臺探測距離500米的小型監視雷達,一臺36倍變焦的白光攝像機,一臺15~100毫米連續變焦紅外攝像機以及一臺用于運行神經網絡智能算法的移動計算機組成。該系統的工作流程為探測、情報、分類和警告。首先,小型監視雷達可對500米范圍內的中型無人機進行探測,記錄下數百個雷達反射的數據樣本,同時系統會將數據樣本與數據庫中數千種常見無人機進行對比;探測到無人機后,遠程視頻跟蹤器(由紅外和日間攝像機組成)會指向無人機并精確跟蹤;此時,系統會通過郵件發送警報,也可以與已有的視頻/事故管理系統或安全系統集成。
美國依靠其技術優勢研發了各種類型的反無人機系統,使其反無人機能力一直處于國際領先水平,同時也促使了其他國家加速對反無人機系統的開發。
俄羅斯:加速研制各種反無人機裝備
為了提升俄羅斯無人機領域的建設與發展水平,縮小與世界軍事強國的差距,俄總統命令俄軍制定了詳細的無人機發展國家規劃。據俄國防部網站公布,2020年前,俄在無人機領域的軍費預算高達130億美元,主要用于建立無人機作戰系統科研體系以及加強軍用無人機與反無人機技術研發。
超高頻微波炮是俄羅斯國有防務公司研發的一種微波武器,對無人機的有效摧毀范圍為10千米,能360度發射。該系統由監控系統、鏡像天線、高功率相對論性發生器以及傳輸系統組成。此微波炮通過摧毀無人機的無線電電子設備,使其無法定位,同時可以對無人機精密制導系統進行破壞,甚至對低空飛行器的電子設備進行干擾并且攻擊地面交通工具。
PY12M7型機動式反無人機偵察指揮車是一種由俄羅斯“無線電工廠”公司研制的反無人機系統。該系統安裝在BRT-80輪式裝甲車上,由通信、自動控制、電源、生命保障等分系統組成,可同時對120個空中目標進行跟蹤,單車偵察距離25千米,最大聯合偵察距離200千米,最大偵察高度50千米。主要用于指揮防空兵(雷達兵、高射炮兵、防空導彈兵)團級以下作戰單位及航空兵戰機,實施區域協同部署和中近距離反無人機作戰。
肩扛式反無人機裝置SkyWall100是俄羅斯推出的一款專門用于反無人機的裝備。該裝備利用壓縮氣體驅動,通過發射網狀捕捉器捕獲非法入侵的無人機。操作人員肩扛SkyWall100瞄準目標無人機并發射捕捉導彈,從而捕獲無人機。導彈內置降落傘和磁力裝置,捕獲無人機后能夠讓無人機立即喪失移動能力,并利用降落傘讓無人機安全著地,確保后續反偵察作業的順利進行。
俄羅斯為了保持自己傳統軍事強國的地位,必將抓緊對反無人機系統的研制,以尋求與其軍事大國地位相稱的反無人機能力,進一步保持并鞏固其軍事威懾能力。
英國:注重研發反無人機防御系統
英國政府在2016年公布的無人系統戰略中,將反無人機技術作為一個重要部分,并成立了代號為COI4的反無人機信息中心,專門研究政府重點關注的由無人機使用不當引起的恐怖活動、襲擊事件、抗議、危險違禁品運輸等問題。
2015年6月,英國新研發了一種“反無人機防御系統(AUDS)”,該系統由一部光學干擾器、一個4頻段抑制/屏蔽系統和快速部署模塊組成,能夠防御8千米內的無人機,主要是小型固定翼和旋翼無人機。原理是首先用雷達和光學儀器準確定位無人機,然后通過發射定向大功率干擾射頻,切斷無人機和遙控設備之間的通訊,迫使無人機降落。
盡管這與完全控制無人機還有較大的差距,但已經向前邁出了很大一步。同時,英國還在研究AUDS系統的誘控能力,目的是讓系統操作人員能夠控制目標無人機。
英國無人機防務公司在2016年9月公布了新型反無人機裝備“無人機防御者”。該裝備可固定或在移動中使用。系統利用“蒂奴皮”E1000MP(Dynopis)便攜式干擾器干擾非法無人機,利用反無人機公司研制的“無人機追蹤者”進行探測識別,并通過“蒂奴皮”E1000MP進行干擾或用Net Gun X1射網槍進行打擊。“蒂奴皮”E1000MP便攜式干擾器總輸出功率超過100瓦,共有五個頻道,采用GPS中斷和定向電子對抗干擾技術,誘使無人機離開保護區或自動著陸。
英國威能公司成立的“無人機觀察和捕捉”項目,專門負責研制反無人機系統。該項目參考全息雷達技術,同時利用光電攝像機,能夠探測和識別7千米范圍內27千克以內的小型無人機。由該公司自主研制的全息雷達為靜態相控陣雷達,能夠對空域進行持續監視,探測并跟蹤非法無人機。試驗中,全息雷達成功探測到6.4千米處的一架四軸飛行器。
目前,英國的反無人機系統大部分用于恐怖襲擊、安保以及社會安全等領域。隨著反無人機系統功能的不斷完善以及軍事需求的不斷增加,將會有更多的反無人機系統被用于軍事等各領域。
以色列:積極開發反無人機干擾系統
以色列的國防工業和科技一直比較發達,其反無人機系統也一直處于領先水平。
2016年6月8日,以色列航空工業公司(IAI)推出了一款名為 “無人機警衛”(DroneGuard)的反無人機系統。該系統集成了光電傳感器、自適應3D雷達和專用電子攻擊干擾系統,可對小型無人機進行探測、識別和干擾。該系統使用了多款3D雷達,可在探測到短、中、長距離的無人機。同時,在特殊的偵察和跟蹤算法幫助下,也可以用光電傳感器來識別目標。此外,還可單獨使用“無人機警衛”的干擾系統來干擾無人機的飛行。自該系統推出以來,其在軍事、安全等領域的應用范圍不斷擴展。
“無人機穹(DroneDome)”是一種由以色列拉法爾先進防御系統公司開發無人機探測、跟蹤和壓制系統。該系統采用“端對端”的系統設計,可對空中實施有效防御,并且能夠阻止恐怖分子的無人機在空中進行襲擊、偵察等其他恐怖活動。“無人機穹”安裝了MEOS光電傳感器、RPS-42戰術空中監視雷達以及一個C-Guard寬頻信號干擾器,能夠在綜合分析收集到的所有數據后,對目標無人機發出警告。在當前的反無人機系統中,普遍采用的技術方法是發射射頻信號干擾無人機,阻止其與地面遙控裝置之間的通信聯絡。而“無人機穹”則不然,它可以對全球導航衛星系統信號進行干擾,使無人機無法進行自身位置,以致于在失去控制后不能返回到起飛地點。
以色列阿波羅盾公司開發出一種新型反無人機系統“阿波羅盾”(ApolloShield),用以探測、識別和對抗無人機。該系統是最新的反無人機系統之一,主要由“阿波羅賽博盒”(Apollo CyberBox)和 “阿波羅指揮中心”(Apollo Command Center)兩個子系統組成。“阿波羅賽博盒”通過聲、光以及無線傳感器探測無人機,并迫使非法無人機著陸;“阿波羅指揮中心”可安裝于掌上電腦, 供操作員對“阿波羅賽博盒”的各項功能進行控制。此系統還可與其他無人機探測裝置進行集成,利用信號阻斷器對無人機進行干擾,利用網物理捕獲無人機。
依靠其強大的國防工業科技,以色列將不斷推出更多先進的反無人機系統,以確保其國防和社會各領域的安全。
德國:抓緊進行反無人機系統開發研究
近年來,德國受無人機的干擾事件越來越多,迫使德國政府積極開發反無人機系統,以保證其公共秩序和社會的安全。
經過4年研發,安諾尼公司推出了新的無人機偵測系統。該系統可對無人機電磁發射的信號方向進行實時測量,偵測到非法入侵的無人機,當非法無人機進入偵測區域時,系統會立即發出警報并警告操作人員。系統的頻率范圍為9KHz到20GHz,偵測范圍取決于無人機/操控器的發射功率,等同于無人機和操控者之間的有效距離。該系統可在夜間、濃霧及惡劣天氣下工作,可捕捉到隱藏在建筑物、工廠和樹木間的無人機信號,允許7×24小時的無間隔監控和記錄。
德國Dedrone GmbH公司研制的無人機探測系統“無人機跟蹤者”(DroneTracker),主要由光電/紅外傳感器、聲波和超聲波設備及攝像機組成。該系統本身和數據處理系統可用計算機或智能手機進行管理。系統通過自帶設備可以連接到建筑物的外墻或特殊站位上,對空域進行高效監視。當非法無人機侵入安全空域時,無人機位置會在數字地圖上實時顯示,視頻證據會被自動保存,同時,警報會立即觸發,安保人員可以立即采取行動。2016年8月,“無人機跟蹤者”2.0版正式推出,新版本對無線網絡傳感器進行了升級,可以通過無線網信號探測無人機,不管這些無線網信號來自于控制無人機的智能手機,還是向地面人員傳輸視頻信號的機載攝像機,甚至連發射裝置的物理地址(MAC)都能夠被新的傳感器讀出。
2016年3月,迪爾防務公司發布了HPEM(大功率電磁)反無人機系統。與其他反無人機系統使用無線信號或GPS欺騙手段不同,該系統利用電磁脈沖使小型無人機失去控制并迫使其中止任務,同時還能夠自動觸發失效保護功能。在公共活動和軍事任務受小型無人機威脅越來越大的情況下,僅僅依靠基于干擾無線電信號和GPS干擾/欺騙的反無人機系統無法提供可靠的空域保護,HPEM利用電磁脈沖直接對小型無人機的電子控制裝置施加作用,造成任務中止。也就是說,在該系統電磁脈沖的影響下,不管使用自主控制還是無線電控制,小型無人機都會因觸發失效保護功能變得不可操作。HPEM反無人機系統可以對整個小型無人機群進行攔截,目前已在大型事件的安保工作中應用。
受社會安保和防范恐怖襲擊需求的牽引,德國政府必將大力加強反無人機系統的發展,同時,依靠其強大的工業基礎,德國的反無人機系統一定會處于世界先進水平。
法國:日益關注反無人機問題
法國政府也越來越關注無人機問題,專門開展了名為“全球反無人系統技術和方法的分析和評估”的計劃,其主要目的是幫助法國政府、警察和武裝部隊對非法無人機進行探測、識別、分類和壓制。
法國泰利斯公司推出了一套多功能反無人機系統。該系統由聲像探測器、雷達、射頻和視頻定位器、定向儀、激光掃描裝置等組成,可對無人機進行激光、GPS、電磁脈沖干擾,也可用高炮或狙擊步槍對無人機進行摧毀,還可以用攜帶干擾設備的無人機對目標無人機進行攔截。目前,針對四軸旋翼無人機和其他小型無人機,已成功進行了技術試驗。
法國馬勞技術無人機公司提出利用無人機攔截無人機的方法。通過在MP200六旋翼無人機下方懸掛攔截網來捕捉非法入侵無人機。此方法要求地面無人機操控員具備熟練的無人機操作技巧,因此,公司專門成立了培訓學校,提升無人機操控人員的操作水平。2016年2月的一次演示試驗中,MP200六旋翼無人機成功攔截了一架四旋翼無人機。
近幾年,法國恐怖事件頻發,非法無人機問題越來越突出,為了確保國內社會和大型公共活動的安全,特別是法國國內擁有較多的核電設施,法國政府一定會加大對反無人機問題投入,開發各類反無人機系統,滿足社會各方面需要。
意大利:研制新型反無人機系統
“獵鷹盾”是一套由意大利芬梅卡尼卡集團SelexES公司研發的無人機防御系統。該系統與雷達、攝像頭和麥克風相結合,可以對小型無人機進行探測、識別、跟蹤和擊落。“獵鷹盾”結合先進的情景識別雷達,采用SelexES公司的無源光電技術和電子監視傳感器,具有脅檢測、識別和跟蹤的能力。當檢測到威脅后,“獵鷹盾”系統可以遠程接管無人機并使其安全著落,同時該系統還能跟蹤射頻信號源進而定位無人機操控者。“獵鷹盾”系統還能對人口稠密的都市地區進行遠程覆蓋,將會被安裝在如足球場、核電站等可能引起嚴重后果的區域。
當前,意大利反無人機系統相對較少,隨著整個反無人機行業的迅速發展,意大利一定會積極發展其反無人機設備,開發出更多的反無人機系統。
日本:研發“麥克風”無人機探測器
日本為了探測非法闖入重要建筑物上空的無人機,由Alsok公司研發了一種新的無人駕駛探測器。該設備裝有一個可以監聽周圍150米范圍內任意方向聲音的麥克風,可以辨識無人機的聲音。每架無人機都有其獨特的“音頻指紋”,即螺旋槳的旋轉聲,當麥克風探測到建筑物上空的可疑無人機后,將探測到的音頻與無人機音頻數據庫進行比對,不但能夠確定無人機來自何處,還可以檢測出無人機的類型。特別是針對對雷達隱形的無人機,這種辦法簡單而有效。
日本的科技水平一直走在世界前列,隨著反無人機市場的迅速升溫,日本必將加大反無人機產品的研發力度,以求在反無人機市場上占據一席之地。
韓國:研究反無人機聲波共振干擾技術
韓國先進科學技術研究院(KAIST)希望利用無人機中的陀螺儀與聲波的共振現象,來研制反無人機設備。在試驗中科研人員發現,當外部聲波達到某一頻率時,可使無人機上的陀螺儀發生共振,擾亂無人機的平穩飛行,此時正常飛行的無人機會忽然從高空墜落。同時,研究人員還發現,當聲音足夠強(例如達到140分貝)時,利用聲波可以擊落40米外的無人機。該技術目前的難點為瞄準和跟蹤,需要與跟蹤雷達配合使用。短期內,此類武器尚不能成為反無人機的主要手段。
目前韓國在反無人機方面尚處于起步階段,隨著反無人機市場的牽引和社會需求的增加,韓國一定會加快反無人機系統的研發。
隨著無人機技術和產品的快速發展,反無人機問題越來越突出,需求越來越強烈,世界各國都加緊制定和推出了反無人機戰略,有力推動了反無人機技術和裝備的飛速發展,反無人機系統發展呈現出多樣化、專業化、智能化和低成本化的特點。與傳統的利用導彈和炮彈抵御無人機的方法不同,反無人機系統具有快速、靈活和效費比高的優勢,而這些優勢也成為各國爭相發展反無人機系統的重要原因。同時,在軍事、反恐、安保以及民用等領域,反無人機系統正發揮出越來越重要的作用,而這也會反過來促使反無人機系統的迅速發展。
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