近年來(lái),低成本商用無(wú)人機(jī)攻擊戰(zhàn)法已經(jīng)徹底改變了戰(zhàn)場(chǎng)的常規(guī)戰(zhàn)法,各國(guó)在構(gòu)建無(wú)人化作戰(zhàn)體系及增強(qiáng)作戰(zhàn)攻擊能力的同時(shí),也著重提高相關(guān)防御能力。同時(shí),隨著我國(guó)低空經(jīng)濟(jì)建設(shè)的如火如荼,低空安全成為越來(lái)越重要的現(xiàn)實(shí)命題。
在低空防御領(lǐng)域,靈巧干擾正以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì),有效地解決了DIY FPV穿越機(jī)和各種高抗干擾無(wú)人機(jī)的反制難題,為低空防御領(lǐng)域提供了精準(zhǔn)打擊解決新方案。
高抗干擾性無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)反無(wú)人機(jī)技術(shù)提出了新挑戰(zhàn)
為了提升無(wú)人機(jī)的抗干擾性,目前普遍采用的技術(shù)有MIMO技術(shù)、隱藏頻點(diǎn)、大功率、跳頻FHSS、擴(kuò)頻DSSS、信號(hào)加密及自適應(yīng)濾波技術(shù)等。
MIMO天線能大幅增強(qiáng)無(wú)人機(jī)的接收靈敏度,確保能在更遠(yuǎn)的距離接收到遙控器發(fā)出的指令信號(hào)并不被其他類似信號(hào)干擾。而多個(gè)隱藏頻點(diǎn)和大功率技術(shù)作為常規(guī)無(wú)人機(jī)抗干擾技術(shù)的兩大發(fā)展方向,前者往往通過(guò)不公開的特殊頻點(diǎn)來(lái)動(dòng)態(tài)規(guī)避反無(wú)人機(jī)設(shè)備的固定頻段配置;后者則采用有意加大遙控器發(fā)射功率的方式,達(dá)到遠(yuǎn)距離傳輸和抗VCO壓制干擾的目的。
另外,跳頻FHSS技術(shù)通過(guò)偽隨機(jī)序列快速切換載波頻率來(lái)傳輸信號(hào),形象描述就是“打一槍換一個(gè)地方”,讓敵方難以鎖定或干擾通信鏈路。
擴(kuò)頻DSSS技術(shù)通過(guò)將信號(hào)能量分散到更寬的頻帶進(jìn)行傳輸,犧牲頻譜效率換取抗干擾性、隱蔽性和可靠性,如穿越機(jī)常用的Lora技術(shù)就是一種線性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù),上行和下行都是采用頻率隨時(shí)間線性變化的調(diào)頻信號(hào)(Chirp),即使信號(hào)被噪聲部分淹沒(méi),仍可提取有效信息,其信噪比(SNR)容忍度可達(dá)-20dB, 通過(guò)將信號(hào)能量分散到更寬頻帶實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低功耗傳輸目的。
自適應(yīng)濾波器則可以根據(jù)特殊算法識(shí)別出哪些是干擾信號(hào),哪些是通信信號(hào),針對(duì)干擾信號(hào)通過(guò)自適應(yīng)濾波器進(jìn)行過(guò)濾,避免被干擾。
特別是一些新型無(wú)人機(jī)在抗干擾方面性能特別突出,其中MIMO、多頻點(diǎn)、跳頻、大功率遙控器等技術(shù)都在發(fā)揮重大作用。各種FPV穿越機(jī)多數(shù)都采用了基于Lora的擴(kuò)頻技術(shù),其抗干擾性能非常優(yōu)秀。
這些技術(shù)的應(yīng)用使得常規(guī)反制設(shè)備越來(lái)越難以發(fā)揮出有效作用,給無(wú)人機(jī)反制帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn),如何應(yīng)對(duì)快速跳變的通信信號(hào)是目前無(wú)人機(jī)反制行業(yè)面臨的重大現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。
靈巧干擾技術(shù)及其特點(diǎn)
靈巧干擾技術(shù)是一種智能化、自適應(yīng)的電子干擾技術(shù),主要用于電子戰(zhàn)或通信對(duì)抗領(lǐng)域。其核心特點(diǎn)是能夠根據(jù)目標(biāo)信號(hào)的特征(如頻率、波形、調(diào)制、協(xié)議等)實(shí)時(shí)調(diào)整干擾策略,以更高效、隱蔽的方式破壞無(wú)人機(jī)通信系統(tǒng)或者導(dǎo)航系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
靈巧干擾技術(shù)的底層仍然是軟件無(wú)線電SDR技術(shù)。
軟件無(wú)線電(SDR)作為當(dāng)今無(wú)線通信領(lǐng)域的新技術(shù),是通信領(lǐng)域繼模擬技術(shù)到數(shù)字技術(shù)、固定通信到移動(dòng)通信之后的新無(wú)線電通信體制,正在引起國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的關(guān)注。
SDR干擾技術(shù)是基于軟件無(wú)線電架構(gòu),對(duì)不同類型無(wú)人機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)干擾。針對(duì)類型繁多的新型無(wú)人機(jī),必須采用靈活多變的干擾算法才能達(dá)到精準(zhǔn)干擾的目的。軟件無(wú)線電系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)通用、功能軟件化、互操作性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。
靈巧干擾技術(shù)有以下特點(diǎn):
1. 針對(duì)性:傳統(tǒng)干擾(VCO功率壓制、噪聲阻塞)會(huì)覆蓋整個(gè)頻段,而靈巧干擾專注于特定信號(hào)的關(guān)鍵參數(shù),干擾效率更高;
2. 動(dòng)態(tài)適應(yīng):利用數(shù)字信號(hào)處理和人工智能AI技術(shù)。實(shí)時(shí)分析目標(biāo)信號(hào)的變化(跳頻、雷達(dá)波形切換),并同步調(diào)整干擾信號(hào);
3. 欺騙性:可生成和真實(shí)信號(hào)高度相似的虛假信號(hào)(偽造通信報(bào)文),誤導(dǎo)無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng),而非單純壓制;
4. 低功耗與隱蔽性:因干擾能量集中且精準(zhǔn),所需功率較低,降低了被敵方偵測(cè)與反制的風(fēng)險(xiǎn);
5. 精準(zhǔn)打擊:僅針對(duì)特定目標(biāo)或關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行干擾,而非全頻段覆蓋。例如,在戰(zhàn)場(chǎng)上選擇性干擾敵方指揮鏈中的關(guān)鍵通信鏈路,癱瘓其協(xié)同作戰(zhàn)能力;
因此,靈巧干擾和傳統(tǒng)的VCO壓制技術(shù)對(duì)比如下:
不同品牌和類型的無(wú)人機(jī),其控制系統(tǒng)的通信方式和編碼調(diào)制機(jī)制不同,SDR干擾技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同品牌和類型無(wú)人機(jī)輸出不同的干擾碼,對(duì)其進(jìn)行遙控鏈路干擾,使其迅速中斷,用最小的功率實(shí)現(xiàn)最遠(yuǎn)的有效干擾距離。
基于此進(jìn)階的靈巧干擾技術(shù),以“先偵后打”為核心,即先偵測(cè)到具體無(wú)人機(jī)通信頻點(diǎn)后,只在該頻點(diǎn)上輸出極低功率的專用干擾碼,就能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)打擊,真正達(dá)到“四兩撥千斤”的效果。
靈巧干擾系統(tǒng)包括偵測(cè)模塊和SDR2.0數(shù)字源模塊,其中數(shù)字源模塊采用了寬帶功放技術(shù),可以真正實(shí)現(xiàn)與“頻率無(wú)關(guān)”的無(wú)人機(jī)反制。
偵測(cè)單元實(shí)時(shí)偵測(cè)無(wú)人機(jī)遙控信號(hào),將跳頻圖譜傳遞到數(shù)字源模塊中,數(shù)字源模塊快速根據(jù)跳頻圖譜實(shí)時(shí)發(fā)送專用干擾碼,達(dá)到同步跟蹤打擊無(wú)人機(jī)的目的。
靈巧干擾的另外一大優(yōu)點(diǎn)是可以持續(xù)進(jìn)行算法迭代,確保能在既有的硬件平臺(tái)上支持反制新型無(wú)人機(jī),持續(xù)保持產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力并滿足客戶需求。
在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)對(duì)抗測(cè)試過(guò)程中,基于靈巧干擾技術(shù)的無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)表現(xiàn)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)VCO壓制技術(shù)的無(wú)人機(jī)反制設(shè)備,特別是在FPV穿越機(jī)的反制上體現(xiàn)得尤其明顯。
基于SDR2.0的靈巧干擾技術(shù)將在低空防御領(lǐng)域發(fā)揮至關(guān)重要的作用
結(jié)合低空防御領(lǐng)域的場(chǎng)景需求,基于靈巧干擾的單兵、班組、車載和固定營(yíng)地無(wú)人機(jī)反制解決方案應(yīng)運(yùn)而生:
單兵反無(wú)重點(diǎn)聚焦如何防御FPV穿越機(jī)掛彈襲擊,主要采用靈巧干擾進(jìn)行FPV穿越機(jī)的反制,干擾距離在150米之外即可,同時(shí)能兼顧成本和重量,適合單兵配置。
班組反無(wú)主要是如何有效防止FPV和UAV的襲擊,在偵測(cè)各種無(wú)人機(jī)的同時(shí)要有很強(qiáng)的反制手段確保敵方無(wú)人機(jī)無(wú)法有效靠近前線班組,多以背負(fù)、便攜式反無(wú)系統(tǒng)為主。
裝甲車載無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)主要含偵測(cè)和打擊兩部分,主要防止UAV掛彈直投和FPV掛彈抵近襲擊裝甲要害部位,如油箱、空調(diào)出風(fēng)口和炮塔車體結(jié)合部。偵測(cè)到無(wú)人機(jī)后再進(jìn)行反制可以有效防止敵方反輻射系統(tǒng)發(fā)現(xiàn),暴露己方位置。也可以根據(jù)技戰(zhàn)術(shù)要求,裝甲坦克出掩體后直接打開反制系統(tǒng),防止敵方無(wú)人機(jī)或者無(wú)人機(jī)蜂群靠近車體,形成一個(gè)1公里的防護(hù)帶,保護(hù)裝甲裝備。
營(yíng)地?zé)o人機(jī)反制的要點(diǎn)是手段齊全,不同的營(yíng)地需求稍有差異,如有些要地以全天候偵打一體為主;有些野外布防重地采用EWALL系統(tǒng)防止無(wú)人機(jī)襲擊斬首。
近年來(lái),低空經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為我國(guó)未來(lái)十年的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè),全國(guó)各地都在如火如荼地展開各種形式的無(wú)人機(jī)商用試點(diǎn)及商業(yè)落地,其中,低空安全體系建設(shè)成為核心命題——在規(guī)范化飛行申報(bào)流程外,如何有效控制黑飛對(duì)正常航線無(wú)人飛行器構(gòu)成的潛在威脅是個(gè)重大課題;面對(duì)億萬(wàn)級(jí)低空基礎(chǔ)設(shè)施投入,如何構(gòu)建具備長(zhǎng)效運(yùn)維能力的保障機(jī)制,確保資產(chǎn)投資效能可持續(xù)釋放,正成為各級(jí)政府的戰(zhàn)略關(guān)注重點(diǎn)。
確保低空經(jīng)濟(jì)安全基座持續(xù)穩(wěn)固的方法之一就是采用靈巧干擾技術(shù)的反無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)打擊系統(tǒng)。精準(zhǔn)打擊能真正解決在城市環(huán)境下正常飛行和黑飛無(wú)人機(jī)的識(shí)別難題,并對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性有效打擊。
同時(shí),靈巧干擾可以通過(guò)持續(xù)算法迭代來(lái)確保系統(tǒng)與時(shí)俱進(jìn),不僅能及時(shí)有效地解決新出現(xiàn)的各種UAV常規(guī)無(wú)人機(jī)和DIY FPV穿越機(jī),還能有效保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施投資。
在低空經(jīng)濟(jì)生態(tài)下,無(wú)人機(jī)技術(shù)正在根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景展開技術(shù)迭代,多向著長(zhǎng)續(xù)航、安全自主飛行、大載荷、多功能掛載單元等方向演進(jìn),滿足日益豐富的低空經(jīng)濟(jì)場(chǎng)景需求。與之相對(duì)的反無(wú)人機(jī)技術(shù),主要是依靠“黑白名單+精準(zhǔn)打擊”技術(shù)預(yù)防黑飛。
同時(shí),結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景看,反制裝備在產(chǎn)品形態(tài)方面將逐步按小型化、經(jīng)濟(jì)性、網(wǎng)格化、邊緣算力強(qiáng)等方向演進(jìn)。
值得注意的是,城市密集環(huán)境對(duì)反制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化能力和獲取安裝站點(diǎn)的服務(wù)能力也提出了更高的要求,這預(yù)示著在低空經(jīng)濟(jì)時(shí)代,反無(wú)人機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備無(wú)論從產(chǎn)品形態(tài)到服務(wù)模式等一系列商業(yè)模式都將被重構(gòu)。
結(jié)論
基于SDR的靈巧干擾技術(shù)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì),在對(duì)有抗無(wú)人機(jī)的反制中展現(xiàn)出顯著成效,其實(shí)際效果已經(jīng)得到了驗(yàn)證從技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理可以看出,在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)無(wú)人化跨域協(xié)同作戰(zhàn)和低空經(jīng)濟(jì)安全領(lǐng)域應(yīng)用都有著不可替代的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
作者:
楊金才,歐洲科學(xué)院院士,世界無(wú)人機(jī)聯(lián)合會(huì)主席,世界無(wú)人機(jī)大會(huì)主席
王小亮,陜西理工大學(xué)電子工程,計(jì)算機(jī)科學(xué)雙學(xué)士,西安交通大學(xué)工商管理碩士(MBA),深圳市安衛(wèi)普科技有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人、總經(jīng)理。