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黑科技|反无人机大作战:国外反无人机系统发展现状

来源:/news/27.html   发布时间:2017-06-14

随着无人机市场的快速打开,人们拥有一台“想飞就飞”的掌上“灰机”已经不再是难事,但是无人机“滥飞”“黑飞”事故频发,伤人毁物,甚至可能被恐怖分子利用,造成重大安全隐患。除了出台监管政策,必要的反无人机手段亟须上马,因此无人机与反无人机必将上演一场场技术比拼、互寻漏洞的戏码。


据数据统计,在2017~2022年间,反无人机市场将以每年约23.89%的速度增长,到2022年,市场总额将达到11.4亿美元。其中,亚太地区的反无人机系统需求将占全球市场的30%,反无人机产品将长期保持高速增长。


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反无人机系统的分类


反无人机系统是指利用技术手段对无人机进行监测、干扰、诱骗、控制、摧毁的一种装置。当前,反无人机的技术手段主要有激光炮、信号干扰、信号欺骗、声波干扰、黑客技术、无线电控制以及反无人机无人机等。


利用这些技术手段研制的反无人机系统大体上可分为三类:一是监测控制类,借助阻截无人机的使用的传输代码控制无人机并引导其返航,同时避免无人机坠毁。二是直接摧毁类,主要是利用导弹、激光武器、微波武器、格斗型无人机以及常规火力等手段直接摧毁无人机。三是干扰阻断类,通过向无人机发射定向大功率干扰射频,切断无人机与遥控平台之间的通讯,迫使无人机自行降落或返航。


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各国反无人机系统发展现状


美国:高度重视研发各类反无人机系统


美国从2012年开始制定反无人机战略,计划设计建立有效的防空体系,既能迅速应对敌方无人机的威胁,同时不会误伤友军的飞机导弹。美国的这一战略旨在利用其技术优势,迅速抢占反无人机领域的制高点。


波音公司研制了多款反无人机激光武器,较为典型的是反无人机激光炮。激光炮的发射器和万向架可以使激光炮精确瞄准无人机的任何一部分,在发现无人机的几秒钟内就可以击落低空低速飞行的无人机。2016年8月,波音公司发布了一款反无人机激光武器系统(简称LWS)。通过发射10KW的激光束,该系统可以立即摧毁35公里外的无人机。LWS可拆分成四部分,可由两人运送,15分钟内就可以在野外组装部署完毕。与传统常规的动能或化学能武器不同,激光武器通过对目标施加能量(以光速或接近光速运动的光子或粒子)来破坏或摧毁目标。试验表明,无人机在激光武器面前躲避攻击的能力大大降低。精度高、成本低、发现即摧毁等优点使此类反无人机系统倍受亲睐。



2015年10月,美国最大的非营利开发机构Battelle推出了一款反无人机设备Drone Defender。该设备外形特别像步枪,前端装有一根白色的杆状天线,是首款可精准快速阻止可疑无人机靠近的、可移动的非破坏性反无人机专用设备。使用者只要将其瞄准目标无人机,同时扣下扳机,目标就会被“击落”。该设备有效打击范围为400米,仅对依靠GPS导航或实时遥控的无人机有效(如四轴和六轴飞行器)。


“无人机标识移动应用”(MAUI)是一款由诺斯罗普格鲁曼公司开发的、可以在安卓手机上运行的软件。该系统利用手机自带的麦克风可以探测重量小于9千克、飞行高度低于360米、飞行速度不超过185千米/小时的低慢小无人机。同时,利用现成的商用移动设备,MAUI系统软件能够在高噪音环境中探测识别视距范围之外的无人机。另外,诺格公司研发的射频拦截系统“基于已知电子战技术的无人机访问限制”(DRAKE),能够为美军应对低慢小无人机提供选择性的、非动能的电子攻击手段。DRAKE项目在执行反无人机和保护友军通信等方面已经展示了可行性。


黑睿技术(Black Sage Technologies)公司成功将人工智能技术用于反无人机系统中。UAVX是该公司研制的一种无人机探测、识别、跟踪系统。该系统利用人工神经网络对目标无人机进行自动分类,降低误警率。UAVX由一台探测距离500米的小型监视雷达,一台36倍变焦的白光摄像机,一台15~100毫米连续变焦红外摄像机以及一台用于运行神经网络智能算法的移动计算机组成。该系统的工作流程为探测、情报、分类和警告。首先,小型监视雷达可对500米范围内的中型无人机进行探测,记录下数百个雷达反射的数据样本,同时系统会将数据样本与数据库中数千种常见无人机进行对比;探测到无人机后,远程视频跟踪器(由红外和日间摄像机组成)会指向无人机并精确跟踪;此时,系统会通过邮件发送警报,也可以与已有的视频/事故管理系统或安全系统集成。


美国依靠其技术优势研发了各种类型的反无人机系统,使其反无人机能力一直处于国际领先水平,同时也促使了其他国家加速对反无人机系统的开发。


俄罗斯:加速研制各种反无人机装备


为了提升俄罗斯无人机领域的建设与发展水平,缩小与世界军事强国的差距,俄总统命令俄军制定了详细的无人机发展国家规划。据俄国防部网站公布,2020年前,俄在无人机领域的军费预算高达130亿美元,主要用于建立无人机作战系统科研体系以及加强军用无人机与反无人机技术研发。


超高频微波炮是俄罗斯国有防务公司研发的一种微波武器,对无人机的有效摧毁范围为10千米,能360度发射。该系统由监控系统、镜像天线、高功率相对论性发生器以及传输系统组成。此微波炮通过摧毁无人机的无线电电子设备,使其无法定位,同时可以对无人机精密制导系统进行破坏,甚至对低空飞行器的电子设备进行干扰并且攻击地面交通工具。



PY12M7型机动式反无人机侦察指挥车是一种由俄罗斯“无线电工厂”公司研制的反无人机系统。该系统安装在BRT-80轮式装甲车上,由通信、自动控制、电源、生命保障等分系统组成,可同时对120个空中目标进行跟踪,单车侦察距离25千米,最大联合侦察距离200千米,最大侦察高度50千米。主要用于指挥防空兵(雷达兵、高射炮兵、防空导弹兵)团级以下作战单位及航空兵战机,实施区域协同部署和中近距离反无人机作战。


肩扛式反无人机装置SkyWall100是俄罗斯推出的一款专门用于反无人机的装备。该装备利用压缩气体驱动,通过发射网状捕捉器捕获非法入侵的无人机。操作人员肩扛SkyWall100瞄准目标无人机并发射捕捉导弹,从而捕获无人机。导弹内置降落伞和磁力装置,捕获无人机后能够让无人机立即丧失移动能力,并利用降落伞让无人机安全着地,确保后续反侦察作业的顺利进行。


俄罗斯为了保持自己传统军事强国的地位,必将抓紧对反无人机系统的研制,以寻求与其军事大国地位相称的反无人机能力,进一步保持并巩固其军事威慑能力。



英国:注重研发反无人机防御系统


英国政府在2016年公布的无人系统战略中,将反无人机技术作为一个重要部分,并成立了代号为COI4的反无人机信息中心,专门研究政府重点关注的由无人机使用不当引起的恐怖活动、袭击事件、抗议、危险违禁品运输等问题。


2015年6月,英国新研发了一种“反无人机防御系统(AUDS)”,该系统由一部光学干扰器、一个4频段抑制/屏蔽系统和快速部署模块组成,能够防御8千米内的无人机,主要是小型固定翼和旋翼无人机。原理是首先用雷达和光学仪器准确定位无人机,然后通过发射定向大功率干扰射频,切断无人机和遥控设备之间的通讯,迫使无人机降落。


尽管这与完全控制无人机还有较大的差距,但已经向前迈出了很大一步。同时,英国还在研究AUDS系统的诱控能力,目的是让系统操作人员能够控制目标无人机。



英国无人机防务公司在2016年9月公布了新型反无人机装备“无人机防御者”。该装备可固定或在移动中使用。系统利用“蒂奴皮”E1000MP(Dynopis)便携式干扰器干扰非法无人机,利用反无人机公司研制的“无人机追踪者”进行探测识别,并通过“蒂奴皮”E1000MP进行干扰或用Net Gun X1射网枪进行打击。“蒂奴皮”E1000MP便携式干扰器总输出功率超过100瓦,共有五个频道,采用GPS中断和定向电子对抗干扰技术,诱使无人机离开保护区或自动着陆。


英国威能公司成立的“无人机观察和捕捉”项目,专门负责研制反无人机系统。该项目参考全息雷达技术,同时利用光电摄像机,能够探测和识别7千米范围内27千克以内的小型无人机。由该公司自主研制的全息雷达为静态相控阵雷达,能够对空域进行持续监视,探测并跟踪非法无人机。试验中,全息雷达成功探测到6.4千米处的一架四轴飞行器。


目前,英国的反无人机系统大部分用于恐怖袭击、安保以及社会安全等领域。随着反无人机系统功能的不断完善以及军事需求的不断增加,将会有更多的反无人机系统被用于军事等各领域。

以色列的国防工业和科技一直比较发达,其反无人机系统也一直处于领先水平。


2016年6月8日,以色列航空工业公司(IAI)推出了一款名为 “无人机警卫”(DroneGuard)的反无人机系统。该系统集成了光电传感器、自适应3D雷达和专用电子攻击干扰系统,可对小型无人机进行探测、识别和干扰。该系统使用了多款3D雷达,可在探测到短、中、长距离的无人机。同时,在特殊的侦察和跟踪算法帮助下,也可以用光电传感器来识别目标。此外,还可单独使用“无人机警卫”的干扰系统来干扰无人机的飞行。自该系统推出以来,其在军事、安全等领域的应用范围不断扩展。



“无人机穹(DroneDome)”是一种由以色列拉法尔先进防御系统公司开发无人机探测、跟踪和压制系统。该系统采用“端对端”的系统设计,可对空中实施有效防御,并且能够阻止恐怖分子的无人机在空中进行袭击、侦察等其他恐怖活动。“无人机穹”安装了MEOS光电传感器、RPS-42战术空中监视雷达以及一个C-Guard宽频信号干扰器,能够在综合分析收集到的所有数据后,对目标无人机发出警告。在当前的反无人机系统中,普遍采用的技术方法是发射射频信号干扰无人机,阻止其与地面遥控装置之间的通信联络。而“无人机穹”则不然,它可以对全球导航卫星系统信号进行干扰,使无人机无法进行自身位置,以致于在失去控制后不能返回到起飞地点。


以色列阿波罗盾公司开发出一种新型反无人机系统“阿波罗盾”(ApolloShield),用以探测、识别和对抗无人机。该系统是最新的反无人机系统之一,主要由“阿波罗赛博盒”(Apollo CyberBox)和 “阿波罗指挥中心”(Apollo Command Center)两个子系统组成。“阿波罗赛博盒”通过声、光以及无线传感器探测无人机,并迫使非法无人机着陆;“阿波罗指挥中心”可安装于掌上电脑, 供操作员对“阿波罗赛博盒”的各项功能进行控制。此系统还可与其他无人机探测装置进行集成,利用信号阻断器对无人机进行干扰,利用网物理捕获无人机。


依靠其强大的国防工业科技,以色列将不断推出更多先进的反无人机系统,以确保其国防和社会各领域的安全。


德国:抓紧进行反无人机系统开发研究


近年来,德国受无人机的干扰事件越来越多,迫使德国政府积极开发反无人机系统,以保证其公共秩序和社会的安全。


经过4年研发,安诺尼公司推出了新的无人机侦测系统。该系统可对无人机电磁发射的信号方向进行实时测量,侦测到非法入侵的无人机,当非法无人机进入侦测区域时,系统会立即发出警报并警告操作人员。系统的频率范围为9KHz到20GHz,侦测范围取决于无人机/操控器的发射功率,等同于无人机和操控者之间的有效距离。该系统可在夜间、浓雾及恶劣天气下工作,可捕捉到隐藏在建筑物、工厂和树木间的无人机信号,允许7×24小时的无间隔监控和记录。


德国Dedrone GmbH公司研制的无人机探测系统“无人机跟踪者”(DroneTracker),主要由光电/红外传感器、声波和超声波设备及摄像机组成。该系统本身和数据处理系统可用计算机或智能手机进行管理。系统通过自带设备可以连接到建筑物的外墙或特殊站位上,对空域进行高效监视。当非法无人机侵入安全空域时,无人机位置会在数字地图上实时显示,视频证据会被自动保存,同时,警报会立即触发,安保人员可以立即采取行动。2016年8月,“无人机跟踪者”2.0版正式推出,新版本对无线网络传感器进行了升级,可以通过无线网信号探测无人机,不管这些无线网信号来自于控制无人机的智能手机,还是向地面人员传输视频信号的机载摄像机,甚至连发射装置的物理地址(MAC)都能够被新的传感器读出。




2016年3月,迪尔防务公司发布了HPEM(大功率电磁)反无人机系统。与其他反无人机系统使用无线信号或GPS欺骗手段不同,该系统利用电磁脉冲使小型无人机失去控制并迫使其中止任务,同时还能够自动触发失效保护功能。在公共活动和军事任务受小型无人机威胁越来越大的情况下,仅仅依靠基于干扰无线电信号和GPS干扰/欺骗的反无人机系统无法提供可靠的空域保护,HPEM利用电磁脉冲直接对小型无人机的电子控制装置施加作用,造成任务中止。也就是说,在该系统电磁脉冲的影响下,不管使用自主控制还是无线电控制,小型无人机都会因触发失效保护功能变得不可操作。HPEM反无人机系统可以对整个小型无人机群进行拦截,目前已在大型事件的安保工作中应用。

受社会安保和防范恐怖袭击需求的牵引,德国政府必将大力加强反无人机系统的发展,同时,依靠其强大的工业基础,德国的反无人机系统一定会处于世界先进水平。


法国政府也越来越关注无人机问题,专门开展了名为“全球反无人系统技术和方法的分析和评估”的计划,其主要目的是帮助法国政府、警察和武装部队对非法无人机进行探测、识别、分类和压制。


法国泰利斯公司推出了一套多功能反无人机系统。该系统由声像探测器、雷达、射频和视频定位器、定向仪、激光扫描装置等组成,可对无人机进行激光、GPS、电磁脉冲干扰,也可用高炮或狙击步枪对无人机进行摧毁,还可以用携带干扰设备的无人机对目标无人机进行拦截。目前,针对四轴旋翼无人机和其他小型无人机,已成功进行了技术试验。


法国马劳技术无人机公司提出利用无人机拦截无人机的方法。通过在MP200六旋翼无人机下方悬挂拦截网来捕捉非法入侵无人机。此方法要求地面无人机操控员具备熟练的无人机操作技巧,因此,公司专门成立了培训学校,提升无人机操控人员的操作水平。2016年2月的一次演示试验中,MP200六旋翼无人机成功拦截了一架四旋翼无人机。


近几年,法国恐怖事件频发,非法无人机问题越来越突出,为了确保国内社会和大型公共活动的安全,特别是法国国内拥有较多的核电设施,法国政府一定会加大对反无人机问题投入,开发各类反无人机系统,满足社会各方面需要。

“猎鹰盾”是一套由意大利芬梅卡尼卡集团SelexES公司研发的无人机防御系统。该系统与雷达、摄像头和麦克风相结合,可以对小型无人机进行探测、识别、跟踪和击落。“猎鹰盾”结合先进的情景识别雷达,采用SelexES公司的无源光电技术和电子监视传感器,具有胁检测、识别和跟踪的能力。当检测到威胁后,“猎鹰盾”系统可以远程接管无人机并使其安全着落,同时该系统还能跟踪射频信号源进而定位无人机操控者。“猎鹰盾”系统还能对人口稠密的都市地区进行远程覆盖,将会被安装在如足球场、核电站等可能引起严重后果的区域。


当前,意大利反无人机系统相对较少,随着整个反无人机行业的迅速发展,意大利一定会积极发展其反无人机设备,开发出更多的反无人机系统。


日本为了探测非法闯入重要建筑物上空的无人机,由Alsok公司研发了一种新的无人驾驶探测器。该设备装有一个可以监听周围150米范围内任意方向声音的麦克风,可以辨识无人机的声音。每架无人机都有其独特的“音频指纹”,即螺旋桨的旋转声,当麦克风探测到建筑物上空的可疑无人机后,将探测到的音频与无人机音频数据库进行比对,不但能够确定无人机来自何处,还可以检测出无人机的类型。特别是针对对雷达隐形的无人机,这种办法简单而有效。


日本的科技水平一直走在世界前列,随着反无人机市场的迅速升温,日本必将加大反无人机产品的研发力度,以求在反无人机市场上占据一席之地。


韩国先进科学技术研究院(KAIST)希望利用无人机中的陀螺仪与声波的共振现象,来研制反无人机设备。在试验中科研人员发现,当外部声波达到某一频率时,可使无人机上的陀螺仪发生共振,扰乱无人机的平稳飞行,此时正常飞行的无人机会忽然从高空坠落。同时,研究人员还发现,当声音足够强(例如达到140分贝)时,利用声波可以击落40米外的无人机。该技术目前的难点为瞄准和跟踪,需要与跟踪雷达配合使用。短期内,此类武器尚不能成为反无人机的主要手段。


目前韩国在反无人机方面尚处于起步阶段,随着反无人机市场的牵引和社会需求的增加,韩国一定会加快反无人机系统的研发。


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