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反无人机技术原来已经发展成这样了

2022-3-24 11:49| 发布者: 肥皂沫沫盘| 查看: 1351| 评论: 0

摘要: 2018年1月6日,多架无人机携带弹药袭击俄罗斯驻叙利亚的赫梅米姆空军基地和塔尔图斯补给站,针对此次扰袭事件,俄罗斯采用无线电干扰技术迫降6架无人机、采用 “铠甲”防空系统击落7架无人机。目前,针对民用和军用 ...

2018年1月6日,多架无人机携带弹药袭击俄罗斯驻叙利亚的赫梅米姆空军基地和塔尔图斯补给站,针对此次扰袭事件,俄罗斯采用无线电干扰技术迫降6架无人机、采用 “铠甲”防空系统击落7架无人机。目前,针对民用和军用领域数量暴增的无人机,无人机探测、干扰、毁伤技术已成为防务领域研究热点。自2002年起,美国国防部开始举办 “黑镖”演习,最初目的是验证无人机能力,后期逐步发展为反无人机技术演示验证。


截至2017年4月,演习已成功举办15届。其中,第14届(2015年)为最大规模的实飞实弹联合反无人机系统演示,演习共使用了16种无人机,测试了55种反无人机系统的能力。


一、反无人机技术发展背景


21世纪初以来,无人机数量、种类快速增长,功能不断增强,不仅可执行情报监视侦察、目标指示、通信中继、电子对抗等任务,还可搭载武器执行打击任务,其发展与使用受到各国高度重视。美军在21世纪初开始重视无人机,研发的RQ-21A、RQ-7、MQ-8B/C等无人机可提供中低空战术情报监视侦察能力,MQ-4C、RQ-4、MQ-1等无人机可提供全球全天时、全天候的高空情报监视侦察能力,美军实质上已依托无人机形成了多重、全方位的态势感知网络,为作战提供信息保障。与此同时,ISIS等恐怖组织开始使用无人机投放炸弹进行恐怖袭击,而愈发增多的无人机“黑飞”事件已经对民航安全构成威胁。在此背景下,为应对无人机带来的威胁,美国、俄罗斯、以色列及欧洲等率先开始发展反无人机技术,破坏无人机的机体、数据链或任务载荷,使其降低或丧失作战能力。


无人机可分为微型、小型、中型、大型四类,每类无人机各具特点:微型、小型无人机体积小、飞行高度低、速度慢、隐蔽性好、成本低,适于在局部区域执行情报监视侦察任务,如美国海军陆战队主要借助RQ-11、RQ-12、RQ-20、RQ-21A等小型无人机为营级以下作战单位提供战术情报支援;中型、大型无人机体积大、飞行高度高、速度快、隐身性好、成本高,适用于在远程大范围内执行持久情报监视侦察、通信中继、精确打击等任务,如美国空军借助RQ-4“全球鹰”、MQ-1“捕食者”大型无人机在全球范围内执行侦察任务。



二、反无人机技术发展现状


现有的反无人机技术可分为:干扰技术、毁伤技术、探测技术,其中的干扰技术、毁伤技术是主要的反无人机措施,对无人机的探测则通常借用其他武器系统的相关设备。


(一)干扰技术


干扰技术通过对无人机的光电、通信、导航、雷达等系统施加光学、电磁干扰,使无人机性能降低或失效。干扰技术的优点是安全性好、附带毁伤小、技术成熟度高,主要包括光电干扰、数据链干扰、导航干扰、雷达干扰等。其中,数据链干扰、导航干扰在反无人机技术领域应用广泛,而光电干扰和雷达干扰仅适用于对抗搭载光电/红外传感器或雷达的无人机(表1 )。


光电干扰利用发射、散射、吸收特定能量的光波,降低无人机侦察效果,分为有源干扰和无源干扰。有源干扰是利用光电设备发射或转发敌方光电设备光波,进行压制性或欺骗性干扰。无源干扰是利用遮障伪装、示假伪装、迷彩伪装等技术对己方目标进行适当伪装,使无人机光电设备侦察无效。2017年4月,美国陆军发布《反无人机技术》报告指出,在尚未明确来袭无人机性质之前,建议采取被动防空措施,如利用伪装技术保护己方作战力量不被无人机侦察。


数据链干扰主要采用控制信号干扰、窃听、入侵劫持与控制信号欺骗等攻击,扰乱、切断、入侵或接替控制站与无人机间的通信控制。英国布莱特监视公司、切斯动力公司和恩特普赖斯控制系统公司共同研发的 “反无人机防御系统”(AUDS)可以探测、跟踪8千米内的无人机,并干扰无人机的无线电系统。AUDS已在朝韩停火线地区进行了广泛测试。



导航干扰主要针对GPS制导的无人机,通过伪GPS发射器发射虚假GPS控制信号,干扰无人机的导航系统,使其不能按正常导航路径飞行,包括禁飞区欺骗、返航点欺骗、轨迹欺骗等欺骗技术。伊朗曾利用导航干扰技术成功俘获美军RQ-170“哨兵”无人机和 “扫描鹰”无人机。但导航干扰技术仅适用于装配GPS的无人机,对装配惯导等导航系统的无人机无效,而大中型高端无人机多采用混合制导方式,在GPS遭受欺骗攻击时,转变到惯性导航模式,可有效避免导航干扰。以色列拉法尔公司 “无人机穹”(DroneDome)反无人机系统装配RPS-42空中战术监视雷达、MEOS光电传感器和C-Guard宽频信号干扰器,在探测到无人机后,遂行GPS信号干扰,使无人机无法返回到起飞地点。


雷达干扰通过发射电磁干扰信号使无人机无法正常接收探测信号,最终致使无人机的雷达探测效能降低。雷达干扰技术可分为压制性干扰和欺骗性干扰。压制性干扰是通过发射大功率干扰电磁信号压制或遮盖正常信号。欺骗性干扰是使用虚假信号或目标,使无人机接收错误目标信号。


表1 反无人机干扰技术


国家或地区


型号/项目


研制/应用单位


系统组成


作用距离


美国


“伊卡鲁斯”


洛克希德·马丁公司


射频、声学和图像探测器、信息处理装置和网络非动能有效载荷



“无人机跟踪者”


反无人机公司


摄像机、声传感器和Wifi


500米


“无人机防御者”


巴特尔公司


发射装置、无线电台、天线、干扰电路


400米


“无人机探测器”


安诺尼公司


跟踪阵列天线、实时频谱分析仪及软件插件


>1千米


“阿德罗尼斯”


罗德与施瓦茨公司


紧凑型数字接收机、测向仪和多通道天线、跟随—干扰装置



欧洲


反无人机防御系统


布莱特监视系统公司


雷达、光电指示器、摄像机、定向射频抑制/干扰系统


2~8千米


“鹰盾”系统


塞莱克斯电子系统公司


高性能光电和电子监视传感器、专用雷达、电子干扰装置、 “万蒂”控制与态势感知架构


1千米


新型无人机探测与压制系统


空客公司


SPEXER500雷达、红外摄像机、MRD&测向仪、VPJ-R6多功能干扰装置


5~10千米


以色列


“无人机穹”


拉法尔公司


RPS-42战术空中监视雷达、光电传感器、分析干扰装置


3千米


“无人机卫士”


航宇工业公司


3D雷达、无人机探测与跟踪算法、光电传感器、电子干扰系统


10~20千米


(二)毁伤技术


毁伤技术主要利用激光、微波、常规火力等摧毁无人机。鉴于激光武器技术和微波武器技术应用前景广阔,近几年军事强国争相发展(表2),但现有反无人机激光武器和微波武器功率有限,距离作战应用尚需时间。



激光武器利用高能激光束烧毁无人机机体或关键部件,其优点是精度高、附带毁伤小、抗电磁干扰能力强,但作战效果受限于雨、雪、雾等天气因素影响严重。反无人机激光武器主要包括舰载型、便携式、车载型三类,最大输出功率已达60千瓦级。2014年,美国海军使用功率33千瓦的AN/SEQ-3舰载激光武器击落1架 “扫描鹰”无人机,验证了舰载激光武器在海洋环境下对抗无人机的能力;2015年8月,波音公司在演示中利用2千瓦的 “紧凑型激光武器系统”(便携型)击落1架无人机;2016年4月,美国陆军利用高能激光机动车发射的高能激光束烧毁无人机飞行控制部件,使无人机迫降;2017年3月,洛克希德·马丁公司向美国陆军交付的60千瓦的高能激光机动车,是目前输出功率最高的车载激光武器系统。


微波武器利用高能电磁脉冲毁伤无人机,表现为高压击穿、器件烧毁、微波加热、电涌冲击、瞬间干扰,其优点是频谱范围广、毁伤范围大,适用于对抗无人机集群。实施软、硬杀伤的高功率微波武器的微波脉冲峰值功率在100兆瓦以上、频率在1~300吉赫之间,按运行方式分为一次性使用的高功率微波弹和可重复使用的高功率微波定向发射系统两种。20世纪70年代以来,美、英、法、德、日等国竞相开展了高功率微波源和高功率武器杀伤机理的研究,到 21世纪开始逐渐朝军用平台和进攻型武器的方向过渡。美国雷声公司研发的陆基高功率微波武器 “相位器”(Phaser)可跟踪无人机,并发射高功率微波,一次脉冲即可清除数千平方米区域内的无人机。2016年11月,美国陆军对其进行了测试,验证了其对抗无人机集群的能力。


常规火力利用传统高炮、防空导弹等拦截无人机,其优点是技术成熟度高,不足是高炮拦截命中率低、导弹拦截成本高,且易造成附带毁伤。美国陆军在 “扩展区域防御与生存能力”(EAPS)项目中研发了50毫米加农炮,通过发射指令制导炮弹毁伤无人机,在2015年8月的试验中成功击落2架无人机。俄罗斯最新版 “铠甲”-SM弹炮一体防空系统在“铠甲”-S1功能基础上增加反无人机功能,防空探测距离达70千米,有效防御半径达40千米,2016年完成设计,计划2018年投入生产。


表2 反无人机毁伤技术


国家或地区


型号/项目


研制/应用单位


系统组成


作用距离


美国


“扩展区域防御与生存能力”项目


陆军


50毫米加农炮、指令制导炮弹、雷达、射频收发系统、火控计算机


1.5千米(已验证)


“网络步枪”


陆军


天线、Wifi无线电、计算机



“相位器”高功率微波武器


陆军


雷达、高功率微波发生器



“移动式陆基防空定向能”项目


海军陆战队


轻型战术车辆、30千瓦激光武器(已达到10千瓦)



紧凑型激光武器系统


波音公司


中波红外传感器、Xbox360游戏机手柄、计算机、10千瓦激光器



欧洲


高能激光武器


欧洲导弹公司


光纤激光器


3~5千米


俄罗斯


“微波枪”


联合仪器制造公司


微波发生器、天线、定向发射装置


1千米


“铠甲”-SM弹炮一体防空系统



防空导弹、高炮


40千米


(三)探测技术


探测技术通过运用地面目视侦察装备、雷达、预警飞机、卫星等地基、空基、天基探测装备对无人机进行探测、识别和跟踪,为后续反无人机作战提供信息支援(表3)。不同类型的无人机所适用的探测技术不同,低慢小无人机适用地面目视侦察装备、雷达等,中空/高空长航时无人机适用雷达、预警飞机、预警飞艇、预警气球、卫星等。目前,传统武器的探测技术较为成熟,但专用的反无人机探测装备较少,主流是与具备干扰或毁伤效果的相关技术集成使用,或在现有探测装备的基础上增加无人机探测功能。


表3 反无人机探测技术


国家或地区


型号/项目


研制/应用单位


系统组成


作用距离


美国


“空中天网”


DARPA


系留式或无人机机载传感器、监控中心等


305米以下空域


UAVX


黑睿技术公司


摄像机、小型监视雷达、计算机


500米


瑞典


“长颈鹿”雷达


萨博公司


雷达


30千米内


瑞典萨博公司研发的 “长颈鹿”系列陆基、海基雷达,在常规对空监视能力基础上,增加低慢小无人机探测、识别和跟踪功能,能发现超过100个雷达反射截面不小于0.001㎡的空中目标,探测距离30千米。2016年3月,萨博公司展示了最新版 “长颈鹿”雷达——“海上长颈鹿”1X舰载相控阵雷达,整个系统质量小于300千克,无需冷却,适合巡逻艇搭载执行无人机探测任务。



2016年9月,DARPA启动“空中天网”项目,寻求无人机探测、识别和跟踪技术,对大型城市中飞行高度低于305米的所有无人机实施持久广域监视,并与其他反无人机系统共同对抗无人机。


2016年10月,斯特拉斯克莱德大学基于卫星的无人机探测装备GUAPO获得2016年“伽利略”创意竞赛,该装备通过在地面布置被动雷达探测来自卫星雷达的信号,一旦无人机进入空域,被动雷达探测到信号干扰并及时预警。


三、反无人机技术未来方向


根据反无人机技术属性和各国开展的研究可以研判,数据链干扰、激光武器和微波武器将是未来反无人机技术的发展重点。数据链干扰几乎可对抗所有类型的无人机,激光武器能够实现精确杀伤,微波武器可抵消无人机集群优势。目前,受限于技术成熟程度,反无人机装备距大规模应用尚需时间。同时,反无人机领域挑战不断涌现:数据链干扰方面,直接序列扩频、快速跳频等数据链抗干扰技术正逐渐失去优势,MIMO、OFDM、编/解码、扩/跳频综合技术、智能天线、认知无线电、物理层安全通信等新型数据链抗干扰技术不断发展,致使数据链干扰难度增加;激光武器和微波武器杀伤方面,实现高功率和小型化是军方和工业界一直探索的目标。这些挑战将是反无人机技术未来重点攻克方向。


(本文选自国防工业出版社出版的《世界国防科技年度发展报告(2017)》 作者:中国船舶重工集团公司第七一四所 孙明月 于宪钊 白旭尧)


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