無人機攔截技術(shù)分類與現(xiàn)狀

近年來，無人機攔截技術(shù)快速發(fā)展，呈現(xiàn)出了百花齊放、百家爭鳴的局面，其中國際上應(yīng)用較為廣泛的一類當(dāng)屬全向壓制式設(shè)備。本文從無人機攔截技術(shù)分類與現(xiàn)狀入手，首先從技術(shù)原理闡述了無人機壓制式干擾，然后從參數(shù)和應(yīng)用特點角度分析了該類設(shè)備，旨在為該類技術(shù)的良好發(fā)展提供一定的思路和建議。

一、無人機攔截技術(shù)分類與現(xiàn)狀

無人機攔截技術(shù)(又稱反無人機技術(shù))，是指用于無人機攔截的系統(tǒng)化技術(shù)。因為無人機可能會對民用和軍用設(shè)施構(gòu)成嚴(yán)重威脅，所以近年來各國政府對無人機潛在安全威脅的擔(dān)憂日益加劇。事實上，反無人機技術(shù)的新市場也正在快速迅速崛起[1]。

2017年9月，公安部裝財局和公安部特種警用裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心在連云港舉辦了無人機探測攔截裝備現(xiàn)場實測，參加測試的共有國內(nèi)91家單位的122臺(套)設(shè)備，按參試設(shè)備的技術(shù)路線分為探測(雷達(dá)、光電)系統(tǒng)、無線偵測定位設(shè)備、壓制式(定向或全向)干擾設(shè)備、欺騙干擾設(shè)備、毀傷(網(wǎng)捕或激光)設(shè)備以及上述技術(shù)集成系統(tǒng)。

針對無人機攔截技術(shù)，筆者通過調(diào)研并結(jié)合相關(guān)資料，將現(xiàn)有技術(shù)按照攔截技術(shù)的不同，進行如下分類：

表1 無人機攔截技術(shù)分類

從表1可以看出，現(xiàn)有無人機攔截技術(shù)呈現(xiàn)出了種類繁多、技術(shù)多樣化等特點。因為各類技術(shù)所具有的特點和局限性，表1末尾提到的組合技術(shù)成為了當(dāng)前無人機攔截技術(shù)的發(fā)展趨勢。

在實戰(zhàn)應(yīng)用過程中，用戶方一般更多關(guān)心的是無人機攔截系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，因此本文從實戰(zhàn)應(yīng)用角度，將前文提到的系統(tǒng)(設(shè)備)進行表2所示的如下分類：

表2 無人機攔截系統(tǒng)分類(平臺類型劃分)

從目前我國國內(nèi)裝備發(fā)展情況來看，表2中提到的地面架設(shè)式、車載式和手持式系統(tǒng)(設(shè)備)占到了90%以上，目前無人機機載式裝備因為體積、重量等限制，主要應(yīng)用于軍事化領(lǐng)域。

二、無人機壓制式干擾攔截技術(shù)原理

2.1 通信干擾技術(shù)

在無人機通信中，通常在接收有用信號的同時，不可能完全抑制外部干擾以及特征參數(shù)與有用信號相同或相似的其他信號，致使通信接收系統(tǒng)檢測有用信號時必然存在著不確定因素。利用這一特點，可以人為的施放干擾信號，迫使無人機的信號接收機獲得的有用信息量降低，以到達(dá)攔截的目的[2]。

因為無人機的諸多危害，無人機攔截技術(shù)應(yīng)運而生。在現(xiàn)有攔截方法中，無線電通信干擾技術(shù)因為具有攔截效果明顯、附帶損傷小等優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。對這種技術(shù)而言，其特點可歸納如下[3]：

(1) 對抗性

通信干擾是為了破壞或擾亂對方的無線電通信。無線電通信干擾的發(fā)射，目的不在于傳送某種信息，而在于用干擾中攜帶的干擾信息去壓制和破壞對方的通信。通信干擾是以對方的通信系統(tǒng)為目標(biāo)的，這一點十分明確。

(2) 進攻性

無線電通信干擾是有源的、積極的、主動的，它千方百計地"殺入"到對方通信系統(tǒng)內(nèi)部去，所以通信干擾是有進攻性的。即使是防御目的的通信干擾，也是具有進攻性的。

(3) 先進性

通信干擾每時每刻都以對方為對象，因此它須跟蹤對方通信技術(shù)的新發(fā)展，并且要設(shè)法超過對方，只有這樣才能開發(fā)出克敵制勝的通信干擾設(shè)備。但是世界各國通信技術(shù)的發(fā)展，特別是抗干擾技術(shù)的發(fā)展都是在高度機密的情況下進行的，對這些信息的探知比較困難。所以無線電通信干擾是一項技術(shù)含量非常高的，在無線電通信領(lǐng)域高技術(shù)頂峰上進行較量的，十分艱巨和困難的工作。

(4) 工作頻帶寬

無線電通信干擾設(shè)備隨著現(xiàn)代無線電通信技術(shù)額發(fā)展，需要覆蓋的頻率范圍已經(jīng)相當(dāng)寬，甚至可以達(dá)到十幾千赫到幾十千兆赫。在這樣寬的工作頻率范圍內(nèi)，不同頻段上電子技術(shù)和電磁波的輻射與接收都有不同的特點和要求。

(5) 反應(yīng)速度快

在跳頻通信、猝發(fā)通信飛速發(fā)展的今天，目標(biāo)信號在以一個頻率點上的駐留時間已經(jīng)分廠短促。在這樣短的時間里要在整個工作頻率范圍內(nèi)完成對目標(biāo)信號的搜索、截獲、識別、分選、處理、干擾引導(dǎo)和干擾發(fā)射，可見通信干擾系統(tǒng)的反應(yīng)速度須十分迅速。

(6) 技術(shù)難度高

首先，通信設(shè)備通常信號較強，所以對通信信號的干擾和壓制需要強大的功率。其次，通信一般采用窄帶進行，因此通信干擾所需頻率瞄準(zhǔn)精度較高。因為這兩個特點，通信干擾存在一定的技術(shù)難度，需要針對被干擾目標(biāo)進行不斷地更新和調(diào)整。

2.2 壓制式干擾技術(shù)介紹

干擾攔截技術(shù)可以按照其技術(shù)原理的不同分為壓制式干擾和欺騙式干擾兩類[4]。壓制式干擾顧名思義，即是通過發(fā)射干擾信號遮蓋無人機信號頻譜，使其通信接收機降低或完全失去正常工作能力的一種干擾方式。欺騙式干擾，即是有意識的通過模仿無人機的通信信號，把模擬的假信號"送進"無人機的通信網(wǎng)，造成其通信失誤或行動上的錯誤。

壓制式干擾按其信號的頻譜寬度不同，可以分為以下四類[5]-[6]：

A) 瞄準(zhǔn)式干擾。瞄準(zhǔn)式干擾是指干擾的載頻(中心頻率)與信號頻率重合，或干擾信號和通信信號的頻譜寬度相同。例如，甲臺發(fā)報給乙臺，干擾的作用是使乙臺收不到或聽不清甲臺發(fā)來的報文。于是，瞄準(zhǔn)式干擾所輻射的窄帶頻譜，就須與甲臺所發(fā)信號的頻帶基本相同，并與甲臺所發(fā)信號同時進入乙臺的接收機的選擇電路。

瞄準(zhǔn)式干擾的功率集中，干擾頻帶較窄，干擾能量全部用來壓制對方的通信信號，干擾功率利用率高，干擾效果好。但要求頻率重合度好，對干擾機性能要求高，且要求有引導(dǎo)干擾頻率的偵測部分。

瞄準(zhǔn)式干擾，通常每個干擾頻率對準(zhǔn)相應(yīng)的一個通信信號頻率實施干擾，但一機干擾多目標(biāo)的情況已逐漸被廣泛應(yīng)用。一般情況下，瞄準(zhǔn)式干擾在短波波段用于壓制對方重要的通信。

B) 半瞄準(zhǔn)式干擾。半瞄準(zhǔn)式干擾與瞄準(zhǔn)式干擾相比，頻率重合的準(zhǔn)確度較差，即干擾信號頻譜與通信信號頻譜沒有完全重合。通常干擾信號的頻譜比被壓制的通信信號的頻帶寬度寬一些。干擾頻譜能全部或絕大部分通過對方接收機的頻率選擇回路，雖然與對方信號的頻譜不一定重合或頻率重合度不高，但也能形成一定程度的干擾。

由于半瞄準(zhǔn)式干擾功率不集中，利用率低，只在特殊情況下使用。如對方信號出現(xiàn)時間短，來不及瞄準(zhǔn)，或者對有的通信方式來說不需要準(zhǔn)確的頻率重合也能取得較好的干擾效果等。

C) 阻塞式干擾。阻塞式干擾又稱為攔阻式干擾，起干擾輻射的頻譜很寬，通常能覆蓋對方通信臺站的整個工作頻段。阻塞式干擾又可分為連續(xù)阻塞式干擾和梳形阻塞式干擾兩種。連續(xù)阻塞式干擾在整個頻段內(nèi)發(fā)射干擾信號，同時壓制該頻段內(nèi)的通信信號；梳形阻塞式干擾的干擾頻帶呈梳形，落入這些頻帶的通信信號受到干擾。干擾頻帶可以為固定的或者移動的。

阻塞式干擾的有點是無需頻率重合設(shè)備，也不需要引導(dǎo)干擾的偵測設(shè)備，設(shè)備相對簡單，能夠同時壓制頻帶內(nèi)的多個通信臺站。但其缺點：一是干擾功率分散而且效率不高；二是在施放阻塞式干擾時，落入其頻帶內(nèi)的己方通信信號也將受到干擾。阻塞式干擾大多工作在超短波范圍內(nèi)。

D) 掃頻式干擾。掃頻式干擾是指干擾發(fā)射機的載頻在較寬的頻段內(nèi)按某種方式由低端到高端，或由高端到低端，連續(xù)變化所形成的干擾。

掃頻式干擾系統(tǒng)是自動化程度比較高的干擾系統(tǒng)。對預(yù)干擾信道，通過提前預(yù)置的方式進行存儲，并在一定的頻段范圍內(nèi)反復(fù)掃描，當(dāng)被預(yù)置信道的信號出現(xiàn)時，便可自動隨機干擾。這種干擾具有干擾反應(yīng)時間短、機動中仍可進行干擾、管理方式自動化等特點。

三、設(shè)備特點與應(yīng)用場景

從使用情況來看，目前國際上使用廣泛的無人機攔截設(shè)備當(dāng)屬壓制式干擾設(shè)備，其在戰(zhàn)場及社會公共安全領(lǐng)域發(fā)揮了極其重要的作用。對于該類設(shè)備而言，攔截效果好的當(dāng)屬全向壓制式設(shè)備。

全向壓制式設(shè)備，顧名思義就是可以不分方向的向設(shè)備的水平360°范圍內(nèi)釋放大功率壓制式干擾信號，下圖1所示的就是一個典型的全向壓制式設(shè)備。

圖1 全向壓制式設(shè)備(地面架設(shè)式)

以我國市場為例，市場上絕大多數(shù)無人機使用頻率不超過1575MHz±10MHz，2408-2440MHz、5.725-5.850GHz(5725-5850MHz)這三個頻段，因此市場上幾乎所有的無人機全向壓制式干擾產(chǎn)品都包含這三個頻段。

在此基礎(chǔ)上，全向壓制式設(shè)備通常還包含部分無線通信設(shè)備(如對講機、無繩電話等)頻段以及常見的遙控危險物頻段，因此此類設(shè)備通常具有通用性強等特點。

從現(xiàn)有使用情況來看，因為該類設(shè)備發(fā)射功率通常較大，覆蓋區(qū)域較廣，所以通常適用于特殊場合的強干擾性無人機攔截，如軍事化場所、核電站和囚車押運等。

圖2 全向壓制式設(shè)備(車載式)

圖2所示的是一類車載式全向壓制式設(shè)備，該類設(shè)備在國際上軍用和警用領(lǐng)域較為廣泛，發(fā)揮了較好的實戰(zhàn)效果。

四、參數(shù)與優(yōu)缺點解析

4.1 頻段解析

為了對不同頻率的無人機實施有效攔截，無人機全向壓制式設(shè)備通常可發(fā)射多個頻段的壓制式干擾信號。通過公安部特種警用裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對國內(nèi)常見的無人機全向壓制式設(shè)備頻段整理，大致統(tǒng)計了該類設(shè)備的典型頻段(圖3所示)。

圖3 無人機全向壓制式設(shè)備頻段統(tǒng)計

從圖3可以看出，國內(nèi)無人機全向壓制式設(shè)備基本涵蓋了我國和國外無人機控制的典型頻段，同時該類設(shè)備通常還具有一些非典型的無人機控制頻率，在此不再贅述。

4.2設(shè)備局限性

因為全向壓制式設(shè)備是以高功率壓無人機目標(biāo)信號，所以在保證工作范圍和有效工作距離的基礎(chǔ)上需要較大的發(fā)射功率，工作時對人體輻射強度大、易超國家限值范圍。按照GB8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》中電場強度限值不大于12V/m的規(guī)定，從檢測中心統(tǒng)計的8款典型設(shè)備輻射強度數(shù)據(jù)來看，該類設(shè)備通常都存在輻射值超標(biāo)情況，部分產(chǎn)品嚴(yán)重超標(biāo)，見下圖4。

圖4 無人機全向壓制式設(shè)備1m處輻射值統(tǒng)計

從上圖可以看出，8款典型的無人機全向壓制式設(shè)備在1m處的輻射值均存在超標(biāo)情況，超標(biāo)嚴(yán)重的設(shè)備輻射值214v/m，超過國家標(biāo)準(zhǔn)16倍多，輻射強度低的一個設(shè)備測試值也達(dá)到了25.7v/m，超出了國家標(biāo)準(zhǔn)1倍多。

除前文提到的輻射超標(biāo)缺點外，該類設(shè)備因以全向方式發(fā)射干擾信號，會對作用范圍內(nèi)同頻電子設(shè)備造成較強干擾，所以在舉辦大型活動需要用到諸如音響、舞臺遙控等無線設(shè)備時，通常不建議采用該類設(shè)備進行無人機攔截。

五、結(jié)論與展望

本文從無人機攔截技術(shù)分類與現(xiàn)狀入手，首先按照攔截技術(shù)路線對現(xiàn)有技術(shù)手段進行了解析和分類，然后通過應(yīng)用平臺的不同將該類系統(tǒng)(設(shè)備)進行了應(yīng)用方式區(qū)分。接下來，本文從技術(shù)原理角度闡述了無人機壓制式干擾攔截，并對該類設(shè)備進行了頻段和應(yīng)用場景分析。最后，本文從實際應(yīng)用角度分析了該類設(shè)備輻射強度大等缺點，介紹了該類設(shè)備的局限性。

通過文中數(shù)據(jù)對比可以看出，該類設(shè)備輻射強度大，存在嚴(yán)重超過國家安全限制的情況，因此僅適用于特殊場景和特殊場合的應(yīng)用，只有不斷降低設(shè)備輻射危害，才能更好地發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，為低空公共安全提供保障。