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無人機攔截技術(shù)分類及全向壓制式設(shè)備特點分析

發(fā)布日期:2019-07-30??來源:安防行業(yè)網(wǎng)??作者:李牧博士我要投稿我要評論

  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、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??砂l(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。

  參考文獻

  [1]李牧,謝峰等.警用無人機激光攔截系統(tǒng)設(shè)計與分析[J].中國安防認(rèn)證,2016(6):15-17.

  [2]歐洋,江偉明,劉勇.任意波形發(fā)生器用于產(chǎn)生多路信號[J].國外電子測量技術(shù),2001,(5).

  [3]肖聰.無線電信號壓制性干擾研究與驗證.電子科技大學(xué),碩士學(xué)位論文,2010,(5).

  [4]DavidL.Adamy,楊才義等譯.通信電子戰(zhàn).北京:電子工業(yè)出版社,2017.

  [5](美)RichardA.Poisel,無則平等譯.通信電子戰(zhàn)系統(tǒng)導(dǎo)論.北京:電子工業(yè)出版社,2003.

  [6]樊昌信,曹麗娜.通信原理(第6版)[M].國防工業(yè)出版社,2007.

  文章鏈接:安防展覽網(wǎng) http://www.afzhan.com/Tech_news/detail/315452.html

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