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无人机反制系统
本文由支点军事（ID:ZDJS）授权转载，作者：刘庆顺无人飞行系统是当代作战环境的要素，近期在市场上已出现反制无人机系统、中间人攻击，以及抗干扰手段，从中破坏无人机的飞行信息与目标追踪指令。因此，在未来战场上交锋，敌我双方势必发动无人机攻势。以往，美国及其盟国进行打击作战经常由「联合特种作战司令部」(Joint Special Operations Command , JSOC)及中央情报局等组织支援，旨在制压位于东西非、中东，以及中南亚等偏远地区的高价值目标。这些作战构想认为武装「掠夺者」(PREDATOR)无人攻击机与「死神」(REAPER)无人飞机系统，在与配备突击步枪与「火箭推进枪榴弹」(RPG)的敌部队交战时，享有绝对制空权。然而，近期在北非与东欧的作战已凸显出对抗「人携式防空武器」(MAN PADS)与「电子战」(Electronic Warfare, EW)干扰系统时，保护这些昂贵装置的重要性。此外，过去数年来，市场引进大量配备可远距侦测、识别、追踪与扰乱无人飞机系统之雷达、电子光学，以及射频等装置的「反制无人飞行载具」(Counter-UAV, CUAV)系统。而扩增的项目还有动能手段，另外，当代作战环境显然是目前严重威胁无人飞行载具在现代战场作战的要素。反制无人飞行载具系统目前在市场上可获得的反制无人飞行载具的选项，包含由「布莱特监视系统」(Blighter Surveillance Systems)、「契斯动力」(Chess Dynamics)，以及「企业管制系统」(Enterprise Control Systems)等公司研发的反无人飞行载具防卫系统；「李奥纳多」(Leonardo)公司研发的「猎鹰之盾」(FALCO NSHIELD)；「拉斐尔」(Rafael)公司产制的「无人机穹」(DRONE DOME)；以及「空中巴士防卫暨太空」(Airbus Defence & Space)公司产制的反制无人飞行载具系统。世界各国部队目前的考量，就是如何提供这些昂贵空中装备最佳防护，避免遭受攻击，使其得以安全返航，为未来作战效力。位于美国马里兰州帕塔克森特河(Patuxent River)的「美海军航空系统司令部」(US Naval Air Systems Command)，已于2013年执行了该领域的第一个广泛研究项目之一，研究结果产生配备抗干扰技术的小型无人飞机系统，作为概念验证演练。在「通信暨全球定位系统导航项目办公室」(Communications and GPS Navigation Program Office)的运作下，已将美海军航空系统司令部设计发展的小型天线系统整合在「航空防卫系统」(Aeronautics Defence Systems)公司产制的「航空之星无人飞机系统」(AEROSTAR UAS)上，并且在受全球定位系统干扰信号影响前，置于充满吸收信号物质的空间内。一名美海军官员在当时说明，「即使敌人试图干扰或扰乱全球定位系统频率，该天线系统仍能追踪及获取真正的全球定位系统卫星。海军正在做的，是展示及量化在小型无人飞行载具上的天线价值。海军希望能取得依据，并且展示较小型的全球定位系统防护方案。」在实验室测试过程中，于2013年底，装置整合式小型天线系统的航空之星无人飞机系统，也被用来支援美陆军在路易斯安那州波克堡(Ft Polk)举行的部署前兵棋推演想定。结论显示，「该新型抗干扰系统，减少以往此种系统所需的覆盖区，这对无人飞行载具目前的整合与服役是极为理想的。料敌从宽才能使美军比敌人更机灵，且始终领先敌人一步。小型天线系统是最新发展出的全球定位系统抗干扰能力，可有效协助战斗人员打击敌人。」美陆军官员在2015年陆军协会(AUSA)上曾解释，该抗干扰方案为何能在未来无人能力愿望清单中居高不下。美陆军官员还表示，这份清单内容包括保证定位、导航与定时、抗干扰和安全通信能力，以及包括对「通用原子航空系统」(General Atomics Aeronautical Systems)公司「灰鹰」(GRAYEAGLE)无人机在内的全体无人机系统机队进行升级。美陆军无人飞机系统计划协调官柯特(Courtney Cote)上校指出，「假使要本人从远处着眼，我会告诉你，最让我感到兴趣的是保证定位、导航与定时、抗干扰，以及数据和通信链路的完整性。」中间人攻击美陆军也指出将进一步扩展无人飞行载具能力，使其超越传统情报、监视、目标获得与侦察的作战能力。不过，美陆军官员却针对这些新任务的确切内容，以及是否需要网络防护及抗干扰技术提出质疑。然而，美陆军官员指出，小型化的有效酬载仍是关键议题，该如何将其整合至小型战术无人飞机系统，而这份声明表示：「假使美陆军拥有多功能电子酬载，那么将其整合在无人系统就颇为合理。然其利弊为何？成本多高？陆军有该兵力编组吗？准则、组织与训练为何？」业界人士表示，所谓的「中间人攻击」(Man-in-the-Middle attacks)乃是一种主要威胁，黑客会从战术管制站拦截，或是改变赋予无人飞行载具的飞行资讯与目标追踪指令。据业界消息指出，2011年12月，曾发生所谓的黑客与伊朗部队夺取美空军RQ -170哨兵(Sentinel)无人侦察机事件，引起现代部队的关注。当时伊朗政府对外宣称，一支专业网络战部队，已在距阿富汗边境220公里处擒获一架RQ-170无人侦察机。战术「中高度长续航型」(MALE)及「高高度长续航型」(HALE)无人飞机系统长期以来一直配备电子战酬载，可进行地面及空中敌军侦察，提供定向、信号和通信情报，以及干扰/欺敌能力，但武装部队直到现在才考量整合专业软件与酬载，目的是为了防护无人飞行载具，并且保护其免于遭受黑客入侵或破坏。然而，诚如某业界人士在2016年「特种作战产业大会」(SOFIC)向《德国军事科技月刊》指出，与有人驾驶飞机相较，无人飞机系统发展的根本前提，就是用来提供较不危险且价格较低廉之情报、监视、目标获得与侦察能力。至于提及保护机身避免受到拦截与反制黑客之技术整合可能性时，业界人士指出，「酬载与成本是个问题。无人飞机系统系设计用来搭载情报、监视、目标获得与侦察的仪器，以及酬载弹药，而大多缺乏搭载额外自我防护套件的必要能力。根本上，无人飞机系统被设计成有人驾驶飞机的消耗品。事实证明，如同RQ-170无人侦察机情况一样，无人飞机系统易受黑客攻击而危及军事系统。网络安全是在该领域中必须更为严肃看待的问题，更必须在无人飞机系统可发挥其作战潜能前加以解决。」抗干扰技术「诺维特」(NoVatel)公司指出，全球定位系统技术澈底改变了现代战争，军事部队也持续极度依赖源自太空的信号，俾进行精准定位、定时与通信。该公司发言人解释，「地球接收的全球定位系统信号非常微弱，也很容易遭抵销与干扰。事实上，这些信号经常被热噪音遮蔽，且仅能使用『调谐信号分析仪』(tuned signal analyser，亦即全球定位系统接收器)观察到。一部简单低功率干扰器可经由全球信息网轻易获得，其能盖过范围广泛的全球定位系统信号，阻绝定位功能与定时。」直到最近，诺维特公司解释，全球定位系统抗干扰技术一直受到体积、重量、功率与成本考量的限制，这意味着抗干扰系统仅能用于诸如战略飞机及主力舰等昂贵的资产上。该公司的全球定位系统抗干扰技术是运用小巧实惠的「波形因素」(form factors)，设计成供无人飞行载具使用，其中还包含静声成形系统。诺维特公司在说明该系统如何在40分贝干扰下运作时指出，「静声成形系统可以在保留天线全球定位系统卫星视图的同时，忽略干扰器及确保计算精确位置所需之卫星信号仍然可用。全球定位系统抗干扰技术的产品较其他产品成本低廉许多，可提供抗干扰性能，而且能以现有系统提供快速部署。当然，性能取决于状况，但这仍有效意味着与无防护设施相较下，吾人可在靠近干扰器时进行更安全一百倍的作业。整体系统性能等同于全球定位系统抗干扰技术的干扰抑制功能，再加上装设接收器本身所提供干扰抑制功能之总和。」日，诺维特公司透露，其已将全球定位系统抗干扰技术整合至「西贝尔」(Schiebel)公司的S-100「坎姆考伯特垂直起降无人飞行载具」(CAMPCOPTERVTOL UAV)上，而且该载具早已配备诺维特公司高精准全球导航卫星系统的定位技术。该消息系遵循奥地利诺维特公司达成「单位决议」(UOR)后，对外发布的2015年全球定位系统抗干扰技术评估方案。诺维特公司供应西贝尔公司未公开数量的天线，并且在适切的时限内快速送抵客户手中。诺维特公司的解决方案，就是与「奇内提克」(Qinetiq)公司共同研发，最终产品将使无人飞机系统接收器，在执行任务期间遭受干扰攻击时，发现且持续修复全球定位系统信号，而不致蒙受任何干扰损失。该系统被描述为全球「第一个独立运作、单一机壳全球定位系统的抗干扰系统」，诺维特公司发言人解释：「全球定位系统的刻意干扰与意外干扰，可以完全阻绝广域的定位功能与定时。全球定位系统抗干扰技术内含有七元件组控制接收模式的天线，其可使干扰器失效，并且确保在遂行作战、训练或其他乘车任务期间，保持全球定位系统的定位能力。身为外部安装的单机壳体，载具内部不须额外的电子设备；仅需要电源与射频电缆连接至传统的全球定位系统接收器。其设计的简单性使得安装更加快速、最少现役车辆受到影响，以及训练便利，而天线更容易整合至新载台，或是改装至现有载台或车队上，并且与标准军民用全球定位系统一起使用。」诺维特公司「军事暨国防集团」(Militaryand Defence Group )业务经理索尔( P eter Soar)对《德国军事科技月刊》表示：「全球定位系统抗干扰技术的抗干扰天线具备优异性能，使西贝尔公司很快即决定提供全球定位系统抗干扰技术天线，作为其坎姆考伯特S-100垂直起降无人飞行载具的标准选项。吾人并非总是拥有时间上的主动权。但能有机会展现因应紧急状况的需求，并且在真实状况下展示天线的能力，将可掳获买家的心，并且赢得一桩好买卖。」2015年7月，加拿大陆军也开始在无人载具上测试诺维特公司的「全球定位系统抗干扰技术─电子天线」(GAJT-AntennaElectronics)，已于2016年3月完成该项测试。业界要员表示，该计划旨在证实该技术具有六或七级的「技术成熟等级」(Technology Readiness Level,TRL)。「全球定位系统抗干扰技术─电子天线」支持整合在一架未公开的无人飞机系统上进行测试，如同加拿大部队向《德国军事科技月刊》所说明的一般，这代表了较小尺寸载具的快速部署方案。这早期出现在整合于中高度长续航型、小型及微型无人飞行载具上的反制措施，尤其是受到体积、重量、功率与成本的限制。然而，假使作战环境持续保持现况，尤其是包括俄罗斯等对手持续展示成熟的电战能力时，该系统将很快成为其寻求精进无人机武装部队的必备要件。资料来源：
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“无人机侦测反制系统”（或称无人机监控预警防控系统）是通过实时测量无人机图传信号来波方向和遥控器信号来波方向，实现对入侵的未知无人机和遥控器的侦测。当无人机或遥控器进入该区域时发出警报并警告操作人员，操作人员可选择干扰设备迫降或强制驱离无人机。无人机侦测反制系统不限制侦测范围，通常其侦测范围等同于无人机与遥控器之间的可用距离，一般取决于无人机/遥控器的发射功率，单台设备可独自侦测10公里以上范围；如果架设多个设备进行组网，覆盖范围可无限扩展。与目前同类产品比较具有：体积小、重量轻、耗电省，兼具测向、监测和压制等多功能，能满足多种用途，实现多种战术的特点。系统操作软件功能全面、界面友好、操作简单、使用便捷。同时还可以根据现场作业和实战需要，对无人机侦测反制系统进行进一步优化和完善。系统特点1.全天候，能适应多种环境要求专业无人机侦测软件，能识别消费级无人机信号特征及型号；信号实时采集、证据回放（200MHz宽带实时采集与回放国内领先水平）；有效排除WiFi信号对测量的影响；标准GPS/北斗接收机，用于绘制地图；电子地图标记无人机及遥控器位置全天候不间断工作，能够常态化布设可在夜间、浓雾及恶劣天气下工作；2.超远距，能满足广域和无遮蔽监控需求（单台半径≥10KM）360°全向覆盖，单台设备探测半径最远可达10公里以上(取决于无人机和地形，国内首台全向360°覆盖，且探测距离超远的)可捕捉隐藏在建筑物和树木间的无人机图传和遥控器飞控信号（国内首台即具有远距离侦测又可以抵近侦测的设备）；可根据用户需求范围和区域大小灵活扩展；装备小型化、便携化、便于车载装配和开设；可实现移动中侦测，车速≤40KM；无侦测近场盲区，自适应调制接收机检测阈值；（同等条件下，国内首创）3.精度高、频带宽，可同时监测跟踪“无人机”和“操控者”高跟踪定向精度，测向精度1.5°左右；工作频率范围2.4GHz到6GHz，一套设备可以同时侦测2.4 GHz和5.8GHz两个频段的图传和遥控器飞控信号，可在频率范围根据用户需要定制频段，另外还可以利用2幅天线实现30MHz到6GHz的全覆盖；（16U处理主机，可以任意扩展所需侦测的频段）实时测量无人机UAV、遥控器等的射频信号；40MHz采集带宽支持实时频谱分析和跳频信号监测；可同时监测跟踪无人机和飞控信号，侦测速度快，具有遥控器一开机即发现定位功能，便于早期预警和处置；4.被动式、功耗低，可防止被侦测被动式雷达，无辐射、工作隐蔽，不易被发现工作时，不会对其它开机设备造成任何电子干扰。无辐射，长时间使用不会对人体造成任何不良影响；开设快捷，开机即用；无人机侦测反制系统功耗低，＜100W/时,可外接扩展电池和电源，延长现场操作时间；5.可扩展性强探测频段具有可扩展性，目前设备可以探测2.4GHz、5.8GHz和5GHz，当有新的无人机测控频段出现时，可以迅速对探测主机进行升级完善；信号具有扩展性，可识别市面上常见无人机，当新的无人机品牌和系列出现时，可以迅速对已有的数据库进行更新；无人机侦测反制系统具有扩展性，可集成到雷达、光电及干扰控制系统，定位精度能够精确引导光电设备实施跟踪、精密确认，然后引导干扰设备实施有效干扰；无人机侦测反制系统具有扩展性，具有专业的无人机侦测软件，可以根据用户需求进行多台设备组网，形成无人机探测态势，添加黑白无人机名单，建立专用指挥中心。侦测系统组成1.单台系统▲单台系统连接及工作示意图2.多台系统▲多台组网工作示意图如图所示，我们可以根据需求，进行组网，依据统一的技术体制对安保区域进行无限延伸。各个分设备获取侦测信息后，通过局域网或无线网传回指挥中心，由指挥中心统一指挥，各个分点无需有人值守。侦测系统战技指标1.监测频率范围2.4GHz～6GHz，可根据需要扩展为30MHz到6GHz的全覆盖。（国内频率最全）2.测向距离（根据需求，定制不同天线前端和处理芯片2.4GHz无人机测向距离：≥2000米、≥5000米、≥10000米（三款可选）5.8GHz无人机测向距离：≥2000米、≥5000米、≥10000米（三款可选）。3.测向准确度（标准信号源）探测距离≥2000米条件下，≤1.5°（RMS）左右；探测距离≥5000米条件下，≤2°（RMS）左右；探测距离≥10000米条件下，≤3°（RMS）左右。4.机动性单人员操作，设备开设/撤收时间不大于5min。5.供电、功耗直流24V供电，可外接交流适配器；电池连续供电不小于4h；总功耗不大于100W。6.设备重量探测距离≥2000米条件下，整套设备≤15kg；探测距离≥5000米条件下，整套设备≤35kg；探测距离≥10000米条件下，整套设备≤65kg。侦测应用场景1.城市单栋建筑“点式目标”防护针对城市中某一单独建筑开展无人机入侵防护，典型场景为独栋高层大楼的防护：根据大楼的环境特点，在大楼制高点或选定重点高度方向布置“无人机探测主机”1个（根据实际安装情况酌情添加少量红外进行补盲），可对环绕大楼的空间实现全覆盖探测；楼顶中央布置“红外补盲传感器”，可对楼顶向上空间补盲探测，最终形成对大楼外围全部立体空间的探测覆盖，最大探测距离10000米，可有效发现突发的微型无人机。大楼顶布置有两台多模反制枪，可实现对全空域的自动一体化无人机反制。反制枪也可由巡逻人员或保卫人员随身携带，实时接收探测引导信息，由人工对无人机实施干扰。分布式布置的主传感器、补忙传感器、反制枪通过网络汇集到监控指挥中心服务器，监控指挥中心布置于大楼内部任意位置，最低配置为2台高性能服务计算机加两块屏幕。无人机侦测反制系统工作流程为：分布式融合传感器网络发现无人机——服务器智能分析识别是否有威胁——监控指挥中心报警并自动调度最近的摄像头对准入侵无人机——监控人员视频复核——发出反制指令——距离入侵无人机最近的自动对准实施干扰。▲单建筑群区域防护图▲无人机侦测反制系统单建筑群工作流程图2.多建筑群“面式目标”区域防护针对城市中某块区域开展无人机入侵防护，典型场景为大院的防护：根据大院环境特点，不同于大楼，探测传感器不能只布置于一栋建筑，需沿大院外围建筑圈布置“融合探测主传感器”若干个，可对环绕大院的空间实现全覆盖探测；大院里面每栋楼顶中央布置“红外补盲传感器”，可对楼顶向上空间补盲探测，最终形成对大楼外围全部立体空间的探测覆盖，最大探测距离10000米，可有效发现抵近的微型无人机。在大院四个角落的大楼顶布置有多模反制枪，可实现对全空域的自动一体化无人机反制。无人机反制枪也可由巡逻人员或保卫人员随身携带，实时接收探测引导信息，由人工对无人机实施反制。分布式布置的主传感器、补忙传感器、反制枪通过网络汇集到监控指挥中心服务器，监控指挥中心布置于大楼内部任意位置，最低配置为2台高性能服务计算机加两块屏幕。系统工作流程与单栋建筑相似。▲多建筑群区域防护图▲无人机侦测反制系统多建筑群防护工作流程图3.狭长型“线式目标”区域防护主要针对开阔的狭长地域进行防护，典型场景为边境线和高铁沿线的防护。4.移动式“运动目标”伴随防护以车载的形态，主要针对运动中的移动目标进行防护，典型场景为国际马拉松、自行车等赛事或移动警卫目标的伴随防护。