新出现的威胁

商业无人机的激增

无人机系统（UAS，又称无人机）在各个行业中几乎无处不在。根据Research And Markets（2019）对全球无人机服务市场的分析，如今的无人机是一个超过44亿美元的行业，预计到2025年该行业将达到640亿美元。无论是用于航空测绘和摄影、运输服务、救灾、执行安全或农业行动，无人机技术都在向积极的方向发展。毫无疑问，UAS将会留在并将成为我们上方空域中较为杰出的装置。

增加风险和广泛威胁

无人机的持续扩散增加了“有利用途”的机会，但同样也增加了不良行为者利用这些能力执行不良行动的机会。

反无人机作为一个行业仍然是一个新兴的概念，它是在过去几年中新出现的。在如此短的时间内，正如无人机行业本身一样，对抗无人机能力的需求也已经几乎扩展到所有行业。军事、执法、监狱可能是反无人机的主要市场，然而活动和威胁的增加使机场、关键基础设施和全球能源生产商也变得脆弱。

无人机本身并不是一种新的威胁，而是一种传递现有常规威胁（如有效载荷或监视）的新方法。

值得注意的无人机事件

利用无人机进行犯罪活动的新闻几乎每周都会出现在头条新闻中。这些事件有粗心的操作人员妨碍紧急行动，到更险恶的袭击者，如美国的袭击油田和袭击政府大楼和人员。仅在过去几年，就发生了多起全球范围内非常著名的事件。

一些跨越商业和军事行动的例子包括：

盖特威克机场（2018）

•机场1公里（0.62米）范围内报告的无人机活动

•从2018年12月19日至21日，报告的主要中断，影响了大约140000名乘客和1000次航班

•2019年4月，盖特威克不得不再次关闭另外3个航班，原因是发现了未授权的无人机。

沙特阿美油田（Abqaiq Kurais攻击）（2019）

•无人机群被用来攻击沙特阿美石油公司，位于沙特阿拉伯东部阿比克和库赖的国有石油加工设施。

•袭击导致两个设施关闭，沙特阿拉伯的石油产量减少了50%（占全球供应量的5%）

对美军的攻击（2020）

•来自西弗吉尼亚州国民警卫队的美军遭遇了小型无人机（SUA）向其上方投掷简易爆炸物的多日袭击。

•无法识别UAS和附件，无论它们是多么复杂的3D打印组件

主权战争（2020）

•2020年，亚美尼亚和阿塞拜疆在有争议的纳戈尔诺-卡拉巴赫地区重新开始了一场酝酿已久的冲突，双方广泛使用无人机，包括小型kamikaze/loitering无人机

•冲突还包括土耳其湾，TB2无人机被亚美尼亚防空部队击落。亚美尼亚已经暂停向土耳其出口军事技术，因为土耳其国防部官员声称，在被击落的土耳其无人机上发现了加拿大制造的光学和目标捕获系统。

图1：亚美尼亚武装部队使用的无人机

图2：一名士兵在检查一架被击落的无人机残骸

威胁分类

按下面三个方面对无人机进行分类：

1.有效载荷交付-炸药、违禁品和类似包装

2.情报收集-监视、收集敏感信息和图像

3.骚扰活动-疏忽使用、抗议或粗心操作

图1：UAS威胁类别

虽然本指南侧重于无人机系统（UAS），但风险和威胁也适用于陆基和海上无人自主车辆（UAV）。

图3：无人地面车辆（UGV）图4：无人地面车辆（USV）

由于通信信号在水下的传播方式，水下无人驾驶飞行器通常需要不同类型的探测和探测技术。

与无人机操作员相关的威胁通常被归为3个“C”-无知、粗心和犯罪。通常无法确定是无意还是恐怖分子造成的，直到太晚了。在许多情况下，例如机场，操作者的意图并不重要，因为在禁飞区域内出现一架无人机即会对机场产生影响。

UAS类型

UAS价格范围很广，可以从100美元的货架产品到百万美元的军用平台。区分不同类型的UAS很重要，美国国防部为UAS创建了以下分类系统：

不同组之间的主要区别在于大小：越高的组越大、越重，并提供更大的有效载荷能力。更高的群组通常需要或利用更高的飞行高度、更高的速度和飞行时间。非国家行为者一般都有机会进入群组1和群组2，例如大疆的平台和其他商用无人机。正是这两个组推动了不对称战争的兴起，在不对称战争中，无人机变成了廉价、易于获取的武器和犯罪活动的平台。本手册重点介绍这两类无人机。

小型UAS类型

小型的UAS（sUAS）通常分为多旋翼和固定翼两种类型：

图4：小型无人机分类

其他分类包括人工起飞和着陆，或垂直起降，多旋翼和固定翼的混合，以及气球无人机、飞碟和风筝。众所周知，恐怖分子将风筝与燃烧的燃料或炸药组合，并让它们顺风飘向目标，即“风筝战”。

国家与非国家解决方案

除了非国家行为者以犯罪目的使用无人机之外，一些军队和其他政府机构也越来越多地将小型无人机纳入其行动中。

美国海军在最近的低成本集群技术（蝗虫）研究中使用了一项新的研究：

图5：美国海军低成本无人机集群技术（蝗虫）演示

中国最近公布了无人机群炸系统：

图6和图7：中国电子与信息技术研究院（CAEIT）9月进行的swarm无人机测试期间，一架中国无人机从安装在轻型战术车辆上的发射器上开火。

与此同时，俄罗斯武装部队发布了一种新产品，用于武装直升机米-28NM，允许ittofiremini无人机和自杀式导弹发射管：

图8：俄罗斯米-28NM直升机，具备小型无人机/自杀式无人机能力

反无人机解决方案

反无人机解决方案是以下能力的典型组合：检测、识别、跟踪和对抗。对反无人机行动进行分类的最简单方法是“检测和响应”的能力。

实现安全防护的第一步是知道威胁何时出现，它的位置或者无人机群中多个威胁的位置，以及理想情况下源（或飞行员）的位置。在实时跟踪无人机的同时，可以根据其位置做出适当的响应，例如逮捕无人机飞行员等。

识别无人机，有时也称为分类，也很重要。即使是Group1中的无人机系统，也有一个相当大的范围——从低于100g（可见距离非常短，有效载荷能力可以忽略不计）到像大疆Matrice 600这样的系统（它的载重量可以超过6公斤）。

识别无人机系统是否携带摄像机和/或额外的有效载荷也是有用的，可以帮助评估威胁登记。尽管最初设计有效载荷的用途是农业或大型摄像机，但这些无人机可以很容易地被用于进行恐怖袭击或其他犯罪行为。

图5：重型小型无人机示例

检测方法

1.射频（RF）

无源射频检测是有效对抗无人机系统的基础。射频传感器通过将无人机通信协议与已知的无人机射频特征匹配来提供检测能力。商用和消费级UAS使用各种协议，其中一些是专有的。基于射频的探测系统，只需扫描无人机常用的频段，例如，那些使用Wi-Fi扫描仪或“sniffer”的系统的误报率极高。

 

射频传感器通常是“无源”的，不广播或发射信号。这使得射频对抗无人机系统能够在不干扰网络或作战区域内其他通信的情况下工作。与无源射频系统不同的是那些主动使用协议操纵或试图“入侵”无人机的系统。

 

除了射频系统的无源优势外，使用射频对抗无人机系统通常还存在其他需要的特性。关键功能取决于操作场景和环境，但在评估射频解决方案时，需要考虑以下因素：

•大型、可升级的射频特征库或检测引擎，提供高检测概率和低虚警率

•能够标记或过滤错误警报，随着时间的推移可优化和提高性能

•针对无人机或无人机探测进行方位角和俯仰角的覆盖优化

•无人机及其控制器的射频测向能力

考虑到每个传感器的成本，射频传感器通常比雷达系统提供更远的探测范围。基于射频的测向能力也可以提供类似于雷达系统的跟踪能力。

射频可以是一种适用于无人机检测的技术，创新的解决方案证明了这一点，例如，穿戴式、手持式和车载产品在野外环境和“移动”操作中提供了对抗无人机的能力。

与所有方法一样，任何有效的系统都需要克服一些挑战。多路径存在于大多数实际环境中，它会显著降低射频系统的精度。这是由于信号反射，系统同时从多个方向接收到信号。任何有效的系统都应该能够以高精度确定这些信号的方位，尽管存在多路径。

图6：无人机位置的射频三角测量

射频无人机探测（和对抗）技术将如何发展？

随着LTE控制的无人机的出现，射频传感器技术必须继续发展。

另一个常见的问题是“自主”无人机的射频传感器的性能。虽然许多所谓的自主无人机仍发射遥测和视频数据，使其可被射频传感器检测到，但那种带有SD卡（或类似卡）并使用相机导航或惯性导航系统（INS）的无人机更难被发现，因此需要依赖其他传感器来接收射频。

无人机射频通信大致分成五类：

•爱好者无人机的遥控频段，这些频段不能用于低波特率遥测控制以外的其他用途。

•ISM（科学或工业）波段，爱好者基本上没有许可证，并且在应用、输出功率和频谱纯度方面受到管制。

•商用无人机，在各自国家民事监管机构分配的频段内合规运行

•军用无人机，不受使用传统军用通信频段的民事监管机构监管，其细节未分类。

前三类以外的任何射频控制操作均被视为非法操作，违反各自国家的无线电通信法。

在某些特定的国家提供的第三方收发机、调制解调器和上/下变频器可能被非法进口和使用，并且有能力的无人机制造商在这些发展出现时及时了解了最新情况。

对抗无人机的技术能力和创新能力呈指数级增长，提供有效的无人机和遥控器探测及对抗产品，以在必要时应对和挑战先进的无人机技术。

2.雷达

雷达可有效地跟踪目标的运动轨迹，除了跟踪无人机，还有很多其他的应用。对于反无人机应用，关键是使用具有足够高分辨率的雷达，在典型距离上（通常为1公里或更远）检测小型无人机，例如大疆的无人机平台。许多雷达，如低频段脉冲雷达，已被设计用于探测飞机和直升机等大型金属物体，但不适用于探测RCS较小、飞行较低的物体，例如Group1和2中的无人机。

评估反无人机雷达方案时的其他考虑因素包括：

处理地杂波：地杂波会干扰雷达探测，并且树木和建筑物等物体容易产生虚警，因为这些物体在雷达上看起来很像无人机叶片。先进的雷达系统将应用各种技术来减少这种影响。

方位覆盖：方位角是雷达的水平覆盖角。系统的典型范围是90度到360度。在不到360度的情况下，可以使用多个雷达来提供大角度甚至整个范围的覆盖。

俯仰角度：雷达的俯仰角容易被忽略。市面上很多雷达的俯仰角都很窄，在10-30度之间，这就导致了俯仰覆盖范围内存在巨大的盲区。虽然通常不需要90度的垂直覆盖，但40-80度的探测范围被认为是理想的。

2D与3D：与二维雷达相比，三维雷达有几个优点，最显著的是，它能提供无人机的高度信息。通过过滤超过一定高度的物体来减少杂波的能力有助于消除地面虚警。

频段：反无人机雷达波段包括X波段（也常用于船上）、K波段（最初用于自动驾驶汽车，但适用于反无人机）、Ku波段和S波段（与军事部署通用）。这些波段的使用对雷达的尺寸也有影响，例如，K波段雷达的外形尺寸通常较小。

移动面板与固定面板：根据不同的使用情况，较少的活动部件可能是最好的，因为这样可以减少磨损和损坏的可能性。有些雷达可以在“凝视”和旋转两种模式下使用，凝视模式提供更好的性能，但覆盖角减小。

雷达发射模式

无人机探测雷达可以使用不同的技术方法。反无人机解决方案中使用的雷达使用以下三种技术之一：脉冲（有源）、连续波（有源）和无源模式。每种方法都有不同的特点，各有优缺点：

有源雷达-脉冲：发射一个很短但高功率的脉冲，等待目标的反射回波。发射脉冲和回波接收时间窗的减小会影响性能。脉冲宽度越短，距离分辨率越高。因此，脉冲雷达一般设计用于远距离。

有源雷达-连续波：雷达连续发射一个射频信号，同时接收到反射回波。由于受到多普勒效应的影响，接收端可以通过测量频移来确定物体的速度和轨迹。连续波系统在发射信号中不包含定时基准就不能进行距离测量。

无源雷达：利用现有的环境广播、通信或无线电导航发射的信号来检测接收区域中是否存在物体。系统发射器和接收器位于不同的位置，用户只能控制接收器。可用于UAS检测的潜在发射信号包括FM、DVB、GSM、GNSS或WIFI。这种方法对于终端用户喜欢使用非发射设备的很有吸引力，这样在操作过程中就不会产生明显的特征。

图7：探测无人机的微多普勒雷达

雷达发展现状

雷达制造商一直在利用微多普勒和人工智能等技术来精确区分人类和其他类似大小的物体。作为潜在的技术障碍，一旦法律要求无人机转子叶片被防护罩覆盖，微多普勒效应就会显著降低（鉴于报告有UAS叶片在接触身体和眼睛时导致受伤的事件，这是一个预期的安全发展问题）

合规性

合规性是购买雷达的一个重要部分，因为它是一个有源发射器。联邦通信委员会（FCC）正在全球范围内监督雷达的认证。

3.声学

目前用于无人机探测的声学硬件主要有两种：阵列和单麦克风；阵列的优点是可以更精确地确定源的位置。然而，阵列麦克风的成本明显更高，并且与单麦克风硬件相比有更大的外形尺寸。

声学检测软件的工作原理是从无人机叶片和/或电机产生的噪声中去除背景杂波，并将其与声学特征数据库进行比较。与早期的射频检测一样，多个无人机对应到“特征”和一个特征库，并且需要定期更新以保持准确和有效。最近的一些无人机比早期的无人机安静得多，这使得声传感器的工作更具挑战性。

图10：无人机防御警报声传感器安装

声传感器技术有望对人工智能做出很好的适应，但迄今为止，它还没有以一种有意义的方式被纳入。

目前，声学探测技术正在取得进展，这使其成为对抗无人机作战的一个可行的补充方案，然而，与雷达或射频传感器等其他方法相比，基于声学的无人机探测能力缺乏一定的独立性。

4.光学

光电（EO）和红外（IR）相机也是常用方法，通常与其他传感器配合使用，以形成对抗无人机的综合或多传感器解决方案。

使用光电或光电/红外摄像机时，需要考虑视野（FOV）和距离之间的性能补偿。监视的角度越大，距离越短。即使是价格昂贵、高质量的90度视角摄像机，在没有雷达或射频等传感器的提示下，也很难探测到几百米以外的无人机。

光学检测是一种从最近的先进技术和计算机视觉中受益的方法。在过去的12个月里，新技术已经出现，允许非常高精度的检测和分类算法。

图11和12 红色覆盖表示被软件跟踪的被识别为“无人机目标”

在一个多传感器系统中，摄像机可以基于主传感器提供的检测来执行一个旋转指示功能。摄像机指向检测出的无人机，然后可以缩放目标和跟踪。在这个点上，视频分析可以提供进一步的无人机活动的识别或拍摄图像和视频，作为无人机入侵的证据。更先进的分析有助于识别无人机的有效载荷和执行其他自主威胁评估任务。

5.多传感器系统

目前主要的无人机探测方法包括射频、雷达和声学传感器，以及用于进一步确认的光学和热传感器，提供多层面的检测。从而提供更有效的解决方案，以应对各种UAS威胁，因为组合传感器通常可以缓解任何单一方法的潜在能力缺陷。多个传感器的加入使得系统更加全面和复杂，因此，与单一方法解决方案相比，可能导致更高的成本。

图13：多传感器检测系统

反无人机有更多的特殊探测传感器，如光探测和测距或激光雷达，但这些传感器的应用范围有限，迄今尚未得到有效应用。

重要的是要认识到，反无人机解决方案不存在“一刀切”，反无人机制造商和供应商的目标是跟上不断发展的商用无人机技术，并随其一起发展。

对抗方法

如今，在反无人机领域可用的对抗和规避方案包括“软杀伤”和“硬杀伤”两种解决方案。“软杀伤”的解决方案涉及的方法不会故意损坏无人机。软方法可能包括频率干扰技术或无人机“黑客攻击”。“硬杀伤”的解决方案包括物理方法，有可能用另一个物体或炮弹击中无人机，这种解决方案需要从寻找无人机到激光或弹药等动力学整个流程。

软杀伤由于是非动力学，通常具有较少的附带损害风险，并且在操作时更加微妙和谨慎。因此，硬杀伤和动能方法只供政府使用，几乎只供军事使用，很少有例外。虽然使用更广泛的非动力方法也会遇到不同级别的操作权限，即使是在政府机构中。

1.射频干扰技术

射频干扰机的工作原理是采用UAS用来与控制器或操作员通信相同频率的发射信号。当UAS处的干扰信号比控制器发送给无人机的信号“更强”时，UAS将失去连接，迫使其进入预设的紧急协议，导致UAS飞回起始点、悬停或着陆。

Group1和Group2在已知的、未分配的频带内通信，例如2.4GHz和5.8GHz。这些频率既用于UAS和控制器之间的通信，也用于第一人称视角或FPV的视频传输。UAS制造商需要在未分配的频谱内进行，商业上使用的其他不太常见的射频频段包括433 MHz和915 MHz的 ISM频段。

干扰机有定向和全向（360度）两种解决方案。全向可能提供更多的覆盖范围，但是定向或基于扇区的解决方案可以提供更精准的覆盖并减少对其他设备的意外干扰。

图14：干扰机准备装运

2.全球导航卫星系统（GNSS）干扰

全球定位系统（GPS）可能是最常见和已知的导航系统，但是世界范围内还使用了其他流行的全球导航卫星系统，如GLONASS（俄罗斯）、伽利略（欧洲）和北斗（中国）系统。商用和消费型无人机通常具有多种全球导航卫星系统功能。

如果干扰了无人机的射频频率，它仍然可能利用GNSS飞回原点，或者沿着预先编好的导航路径继续飞行。通过干扰RF和GNSS，导致UAS与通信和导航链路均断开，无人机才无法正常或继续飞行。基于无人机的能力，一旦被干扰，它可能会试图着陆，也可能只是悬停在被干扰的地方。

3.电子欺骗

欺骗或“黑客”涉及的是协议操纵，这种方法包括模拟控制器并获得对无人机的控制，同时充当控制器。这种对抗方法成功后，允许系统的控制者重新编程UAS，特别是在某些案例中。电子欺骗包括欺骗GNSS信号，有效地误导无人机的航向。

这种方法的一个限制是，同样或类似的欺骗技术并不对所有的UAS均有效。因此在保护系统中总是有一个“漏洞”，即使是有效的技术也容易受到UAS制造商或成熟的UAS运营商所做的软件更改的影响。

4.定向能

定向能对抗方法包括激光和高功率微波系统，这些方法虽然仍然不常见，但正在变得越来越频繁。由Group1和Group2无人机构成的威胁，利用定向能对抗无人机仍处于起步阶段，目前正在开发和评估军事应用。

图15：定向能武器

5.对抗无人机

神风无人机和无人机搜索无人机展示了各种对抗方法。神风无人机的商业用途是有限的，因为它们基本上是通过物理破坏无人机来禁用非法无人机。其他无人机搜索无人机需要尽快用网络或改装弹等来攻击无人机。

图16：神风无人机

使用无人机来捕获或对抗无人机很难扩大规模，并且对多个或一群无人机则会失去防御。而神风式方法有这个问题，同时附带损害或伤害的风险很高。

图17：无人机捕获无人机

6.其他动力学解决方案

其他成熟的具有无人机对抗能力的方案，已经成为比早期弹道和爆破更理想的选择。干扰的精确性、效率和最小的附带损害为对抗无人机提供了更安全、更经济的方法。然而，下一代武器的出现，如激光武器系统，似乎在战场上也可成为更极端的威胁武器。

图18：反无人机远程武器站（RWS）

传统的动能解决方案在对抗无人机中仍有一席之地，它们一般是作为军事用途。

 

7.分层对抗

就像反无人机探测方法一样，如果可能的话，分层方法提供了更多的能力。分层方法可以包括软杀伤和硬杀伤选项，也可以包括多种方法，因此用户可以根据作战环境或目标的变化采用理想的对抗措施。

分层对抗解决方案对于成本考虑或商业组织可能不可行，因为许多方法涉及成本限制的技术。

8.部署方法

C-UAS系统通常有三种方式部署：

1.徒步手持2.搭载在车、船、飞机上3.固定场地、基地防护

选择合适类型的设备来完成这项工作非常重要，因为一个方面并不适合所有——例如，紧凑的外形是徒步手持优先考虑因素，而远程性能是固定场地系统优先考虑的因素。

图19，图20

图21：无人机盾牌无人机哨兵商标自主探测与对抗定点系统

9.“反反无人机”

随着无人机在军事应用中的不断崛起以及旨在对抗它们的C-UAS系统，人们越来越关注能够抵抗对抗的隐身无人机。

射频域的隐身通常可以通过双向射频静默的无人机实现，既不接收飞行员的指令，也不发回任何信息（例如其位置或传感器反馈）。这是不常见的，因为有一个巨大的成本（如无法共享记录的数据，或控制有效负载释放）。

在系统的雷达部分，UAS可能需要既不能移动（因为雷达是一个运动跟踪器），也不能有转动的叶片（因为雷达能检测出叶片的微多普勒），这就使得“雷达隐身”在普通价格范围内对无人机来说非常具有挑战性。

在对抗的前线，抗干扰的无人机是具有挑战性的，因为需要飞行员或通过卫星/GNSS进行控制，如果两者都被干扰，无人机将需要依赖其他技术，如惯导，这些技术对于无人机飞行需求来说还处于早期阶段。

反UAS提供商

随着反无人机技术迅速进入市场以应对快速增长的无人机威胁，这项技术的预期用户越来越难以根据其特定需求确定成本效益高、性能高的解决方案。

 

解决方案提供商通常有三种类型：

1.初创公司

对抗无人机现在是一个不断发展的行业，每年都有许多初创公司进入。对抗无人机初创公司的起源各不相同，但很多时候都是开发项目、特定技术或知识产权许可证的结果，并建立了生产环境。

来自初创公司的创新可能是令人鼓舞的，但初创公司的稳定性也应是一个重点。商用无人机技术正在快速发展，与公司能力同等重要的是，他们工程团队的愿景和技术能力，以及能否维护并拓展其解决方案，并随着快速跟随商业和售后市场部门提高能力。这一领域的许多公司尚未获得必要的团队专业知识或资源来支持其中一个或多个领域的工作。

初创公司和项目公司可能会提供一些有益的选择，比如成本效益高的产品和解决问题的创新方法，考虑因素和潜力的权衡来自于公司在不断发展的商业发展中保持相关性和绩效的能力，以及对采购产品的整体质量和可持续性。

2.主承包商

主承包商和大型系统集成商通常可以在反无人机市场提供重要的能力。在过去几年中，利用他们的访问权限或以前为不同的场景开发的高端解决方案，例如检测雷达和IED干扰器。主解决方案还利用现有的产品，如雷达或射频传感器，这些产品来自第三方公司，这些公司在各自领域拥有专业技术，提供更大的“系统体系”或更完整的分层解决方案。

一个关键的考虑因素是主解决方案的价格通常较高，这使得大多数解决方案只对军方可行。此外，与专为无人机作战的细微差别而构建的技术相比，重新确定用途或“多用途”技术往往会带来能力上的权衡或缺陷。时间和限制是其他因素，因为这些技术通常来自客户资助多年的开发计划，因此在出口或商业用途方面可能受到限制。

3.老牌小企业

处于中间位置的是那些在创业成长的阵痛中幸存下来的公司，他们在相关领域拥有行业专业知识，并且能够提供动态团队的能力。在这个阶段，这些公司应该是从单一产品公司发展而来的，并具有经证明的规模化生产能力，以满足更大客户的需求。他们通常有一个资金基础和/或收入来源，为其持续发展提供稳定支持。

C-UAS并非一刀切的解决方案，因此，它有利于看到一家公司致力于持续发展，并在快速产品开发方面取得的成功，以应对不断发展的商业技术。该领域有能力的公司应提供所需的C-UAS专注性和灵活性的平衡，需要上级的解决方案。

因此，对于每个公司来说，成长的眼光都是不同的，因此，建立企业，包括产品成熟度、质量控制、客户支持的各个方面，最重要的是，开发的专业知识；他们的团队工程能力，不仅仅是单一的产品或解决方案，未来产品开发的愿景。公司的能力，规模生产，支持部署的解决方案，满足客户的独特要求，也是一个成功解决方案和反无人机行动成功所必须的。

原文始发于微信公众号（雷达通信电子战）