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无人机拦截技术分类及全向压制式设备特点分析

归档日期:08-17       文本归类:根据需要守听      文章编辑:爱尚语录

  近年来,无人机拦截技术快速发展,呈现出了百花齐放、百家争鸣的局面,其中国际上应用较为广泛的一类当属全向压制式设备。本文从无人机拦截技术分类与现状入手,首先从技术原理阐述了无人机压制式干扰,然后从参数和应用特点角度分析了该类设备,旨在为该类技术的良好发展提供一定的思路和建议。

  无人机拦截技术(又称反无人机技术),是指用于无人机拦截的系统化技术。因为无人机可能会对民用和军用设施构成严重威胁,所以近年来各国政府对无人机潜在安全威胁的担忧日益加剧。事实上,反无人机技术的新市场也正在快速迅速崛起[1]。

  2017年9月,公安部装财局和公安部特种警用装备质量监督检验中心在连云港举办了无人机探测拦截装备现场实测,参加测试的共有国内91家单位的122台(套)设备,按参试设备的技术路线分为探测(雷达、光电)系统、无线侦测定位设备、压制式(定向或全向)干扰设备、欺骗干扰设备、毁伤(网捕或激光)设备以及上述技术集成系统。

  针对无人机拦截技术,笔者通过调研并结合相关资料,将现有技术按照拦截技术的不同,进行如下分类:

  从表1可以看出,现有无人机拦截技术呈现出了种类繁多、技术多样化等特点。因为各类技术所具有的特点和局限性,表1末尾提到的组合技术成为了当前无人机拦截技术的发展趋势。

  在实战应用过程中,用户方一般更多关心的是无人机拦截系统的战术技术指标,因此本文从实战应用角度,将前文提到的系统(设备)进行表2所示的如下分类:

  从目前我国国内装备发展情况来看,表2中提到的地面架设式、车载式和手持式系统(设备)占到了90%以上,目前无人机机载式装备因为体积、重量等限制,主要应用于军事化领域。

  在无人机通信中,通常在接收有用信号的同时,不可能完全抑制外部干扰以及特征参数与有用信号相同或相似的其他信号,致使通信接收系统检测有用信号时必然存在着不确定因素。利用这一特点,可以人为的施放干扰信号,迫使无人机的信号接收机获得的有用信息量降低,以到达拦截的目的[2]。

  因为无人机的诸多危害,无人机拦截技术应运而生。在现有拦截方法中,无线电通信干扰技术因为具有拦截效果明显、附带损伤小等优点,得到了广泛的应用。对这种技术而言,其特点可归纳如下[3]:

  通信干扰是为了破坏或扰乱对方的无线电通信。无线电通信干扰的发射,目的不在于传送某种信息,而在于用干扰中携带的干扰信息去压制和破坏对方的通信。通信干扰是以对方的通信系统为目标的,这一点十分明确。

  无线电通信干扰是有源的、积极的、主动的,它千方百计地杀入到对方通信系统内部去,所以通信干扰是有进攻性的。即使是防御目的的通信干扰,也是具有进攻性的。

  通信干扰每时每刻都以对方为对象,因此它须跟踪对方通信技术的新发展,并且要设法超过对方,只有这样才能开发出克敌制胜的通信干扰设备。但是世界各国通信技术的发展,特别是抗干扰技术的发展都是在高度机密的情况下进行的,对这些信息的探知比较困难。所以无线电通信干扰是一项技术含量非常高的,在无线电通信领域高技术顶峰上进行较量的,十分艰巨和困难的工作。

  无线电通信干扰设备随着现代无线电通信技术额发展,需要覆盖的频率范围已经相当宽,甚至可以达到十几千赫到几十千兆赫。在这样宽的工作频率范围内,不同频段上电子技术和电磁波的辐射与接收都有不同的特点和要求。

  在跳频通信、猝发通信飞速发展的今天,目标信号在以一个频率点上的驻留时间已经分厂短促。在这样短的时间里要在整个工作频率范围内完成对目标信号的搜索、截获、识别、分选、处理、干扰引导和干扰发射,可见通信干扰系统的反应速度须十分迅速。

  首先,通信设备通常信号较强,所以对通信信号的干扰和压制需要强大的功率。其次,通信一般采用窄带进行,因此通信干扰所需频率瞄准精度较高。因为这两个特点,通信干扰存在一定的技术难度,需要针对被干扰目标进行不断地更新和调整。

  干扰拦截技术可以按照其技术原理的不同分为压制式干扰和欺骗式干扰两类[4]。压制式干扰顾名思义,即是通过发射干扰信号遮盖无人机信号频谱,使其通信接收机降低或完全失去正常工作能力的一种干扰方式。欺骗式干扰,即是有意识的通过模仿无人机的通信信号,把模拟的假信号送进无人机的通信网,造成其通信失误或行动上的错误。

  压制式干扰按其信号的频谱宽度不同,可以分为以下四类[5]-[6]:

  A) 瞄准式干扰。瞄准式干扰是指干扰的载频(中心频率)与信号频率重合,或干扰信号和通信信号的频谱宽度相同。例如,甲台发报给乙台,干扰的作用是使乙台收不到或听不清甲台发来的报文。于是,瞄准式干扰所辐射的窄带频谱,就须与甲台所发信号的频带基本相同,并与甲台所发信号同时进入乙台的接收机的选择电路。

  瞄准式干扰的功率集中,干扰频带较窄,干扰能量全部用来压制对方的通信信号,干扰功率利用率高,干扰效果好。但要求频率重合度好,对干扰机性能要求高,且要求有引导干扰频率的侦测部分。

  瞄准式干扰,通常每个干扰频率对准相应的一个通信信号频率实施干扰,但一机干扰多目标的情况已逐渐被广泛应用。一般情况下,瞄准式干扰在短波波段用于压制对方重要的通信。

  B) 半瞄准式干扰。半瞄准式干扰与瞄准式干扰相比,频率重合的准确度较差,即干扰信号频谱与通信信号频谱没有完全重合。通常干扰信号的频谱比被压制的通信信号的频带宽度宽一些。干扰频谱能全部或绝大部分通过对方接收机的频率选择回路,虽然与对方信号的频谱不一定重合或频率重合度不高,但也能形成一定程度的干扰。

  由于半瞄准式干扰功率不集中,利用率低,只在特殊情况下使用。如对方信号出现时间短,来不及瞄准,或者对有的通信方式来说不需要准确的频率重合也能取得较好的干扰效果等。

  C) 阻塞式干扰。阻塞式干扰又称为拦阻式干扰,起干扰辐射的频谱很宽,通常能覆盖对方通信台站的整个工作频段。阻塞式干扰又可分为连续阻塞式干扰和梳形阻塞式干扰两种。连续阻塞式干扰在整个频段内发射干扰信号,同时压制该频段内的通信信号;梳形阻塞式干扰的干扰频带呈梳形,落入这些频带的通信信号受到干扰。干扰频带可以为固定的或者移动的。

  阻塞式干扰的有点是无需频率重合设备,也不需要引导干扰的侦测设备,设备相对简单,能够同时压制频带内的多个通信台站。但其缺点:一是干扰功率分散而且效率不高;二是在施放阻塞式干扰时,落入其频带内的己方通信信号也将受到干扰。阻塞式干扰大多工作在超短波范围内。

  D) 扫频式干扰。扫频式干扰是指干扰发射机的载频在较宽的频段内按某种方式由低端到高端,或由高端到低端,连续变化所形成的干扰。

  扫频式干扰系统是自动化程度比较高的干扰系统。对预干扰信道,通过提前预置的方式进行存储,并在一定的频段范围内反复扫描,当被预置信道的信号出现时,便可自动随机干扰。这种干扰具有干扰反应时间短、机动中仍可进行干扰、管理方式自动化等特点。

  从使用情况来看,目前国际上使用广泛的无人机拦截设备当属压制式干扰设备,其在战场及社会公共安全领域发挥了极其重要的作用。对于该类设备而言,拦截效果好的当属全向压制式设备。

  全向压制式设备,顾名思义就是可以不分方向的向设备的水平360°范围内释放大功率压制式干扰信号,下图1所示的就是一个典型的全向压制式设备。

  以我国市场为例,市场上绝大多数无人机使用频率不超过1575MHz±10MHz,2408-2440MHz、5.725-5.850GHz(5725-5850MHz)这三个频段,因此市场上几乎所有的无人机全向压制式干扰产品都包含这三个频段。

  在此基础上,全向压制式设备通常还包含部分无线通信设备(如对讲机、无绳电话等)频段以及常见的遥控危险物频段,因此此类设备通常具有通用性强等特点。

  从现有使用情况来看,因为该类设备发射功率通常较大,覆盖区域较广,所以通常适用于特殊场合的强干扰性无人机拦截,如军事化场所、核电站和囚车押运等。

  图2所示的是一类车载式全向压制式设备,该类设备在国际上军用和警用领域较为广泛,发挥了较好的实战效果。

  为了对不同频率的无人机实施有效拦截,无人机全向压制式设备通常可发射多个频段的压制式干扰信号。通过公安部特种警用装备质量监督检验中心对国内常见的无人机全向压制式设备频段整理,大致统计了该类设备的典型频段(图3所示)。

  从图3可以看出,国内无人机全向压制式设备基本涵盖了我国和国外无人机控制的典型频段,同时该类设备通常还具有一些非典型的无人机控制频率,在此不再赘述。

  因为全向压制式设备是以高功率压无人机目标信号,所以在保证工作范围和有效工作距离的基础上需要较大的发射功率,工作时对人体辐射强度大、易超国家限值范围。按照GB8702-2014《电磁环境控制限值》中电场强度限值不大于12V/m的规定,从检测中心统计的8款典型设备辐射强度数据来看,该类设备通常都存在辐射值超标情况,部分产品严重超标,见下图4。

  从上图可以看出,8款典型的无人机全向压制式设备在1m处的辐射值均存在超标情况,超标严重的设备辐射值214v/m,超过国家标准16倍多,辐射强度低的一个设备测试值也达到了25.7v/m,超出了国家标准1倍多。

  除前文提到的辐射超标缺点外,该类设备因以全向方式发射干扰信号,会对作用范围内同频电子设备造成较强干扰,所以在举办大型活动需要用到诸如音响、舞台遥控等无线设备时,通常不建议采用该类设备进行无人机拦截。

  本文从无人机拦截技术分类与现状入手,首先按照拦截技术路线对现有技术手段进行了解析和分类,然后通过应用平台的不同将该类系统(设备)进行了应用方式区分。接下来,本文从技术原理角度阐述了无人机压制式干扰拦截,并对该类设备进行了频段和应用场景分析。最后,本文从实际应用角度分析了该类设备辐射强度大等缺点,介绍了该类设备的局限性。

  通过文中数据对比可以看出,该类设备辐射强度大,存在严重超过国家安全限制的情况,因此仅适用于特殊场景和特殊场合的应用,只有不断降低设备辐射危害,才能更好地发挥技术优势,为低空公共安全提供保障。

  [3]肖聪.无线电信号压制性干扰研究与验证.电子科技大学,硕士学位论文,2010,(5).

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