偷窥者 “低慢小”无人机侦测反制系统的技术比较

摘要:

近年来，民用无人机技术越来越成熟，民用无人机引发的控制事故及相关安全问题也越来越正常。介绍了目前主要的无人机探测与对抗技术，并对无人机对抗系统的组合与选择进行了综合论述。

首先，非法飞机带来的挑战

近年来，民用无人机技术越来越成熟，应用越来越广泛。与此同时，民用无人机引发的管制事故及相关安全问题也越来越正常。民用无人机有很多有益的应用前景，但也可能越来越被恶意使用。

随着我国经济社会的快速发展，信息网络、电力网络、核电厂、能源基地、交通枢纽、大型水利设施、政府机构等重要场所的数量和分布日益增多，安全保护环境复杂多变；此外，中国经济实力大幅提升，对外交流日益扩大，大型活动越来越多，其特点是规模大、规格高，往往在人口密度大、建筑密度高的政治经济中心举办。由于重要设施和大型活动周围的建筑环境、电磁环境、气象环境和交通环境非常复杂，预防和应对无人机(主要是多旋翼无人机)引发的事故和恐怖袭击的任务将非常艰巨。

从整体上看，非法无人机可能对维护公共安全和正常生产生活秩序构成潜在和现实的威胁，主要分为三个方面:

1.空中的“偷窥狂”

无人机的飞行高度超过了大多数障碍物，可以轻松拍摄高围墙大院内的重点部门。无人机拥有相对完整的相机稳定技术、飞行记录系统和实时图像返回系统。具有定点巡航拍摄、后续拍摄、环绕声拍摄功能，无需改装即可用于窃取机密。

无人机“偷窥”/图片来自网络，版权归原作者所有

2.危险的“中转站”

由于重大活动现场或重要设施周围地面安保严密，防控措施到位，犯罪分子可能通过无人机向现场投掷爆炸物、生物制剂、放射性物质或非法宣传材料。利用GPS导航技术，即使在漆黑的夜晚，无人机也能穿越目标区域的墙壁和围栏，准确地将有害物质运送到指定地点，完全不用报警警卫和报警设备。针对委内瑞拉总统的无人机炸弹给社会敲响了警钟！

无人机“恐怖袭击”/地图来自网络，版权归原作者所有

3.无法控制的风险

一些航模或航空摄影爱好者，甚至普通人，出于娱乐、好奇或无意，会驾驶无人机前往活动现场或重要区域。近年来，在一些敏感地区，如民航机场、监狱码头、重要物资仓库、重要机构、会议场所等。，已经出现了因微型无人机入侵而造成的混乱，甚至造成了重大损失(比如往年各地民航机场被取缔/[

同时，除了无人机非法闯入自身的风险外，空内的碰撞、坠落、火灾、爆炸等事故也可能因为DIY无人机自身质量差，以及在这些关键地方的控制原因而发生，也将造成很大的隐患。

图片来自网络，版权归原作者所有

于是，这种慢而小的无人机的防范，或者说反制系统，应运而生。

二、无人机对抗系统主要技术介绍

低速小型无人机的对抗系统主要由探测和对抗两部分组成。其中，对于探测，有两种技术体系:频谱探测和雷达探测。至于反技术，则有更多的技术体系，比如压制干扰、欺骗干扰、物理破坏、直接捕捉等等。但不管是哪个系统，都会覆盖压制欺骗干扰，因为无线电压制欺骗干扰是低速小无人机最快、最有效、成本最低的技术手段。以下将对上述技术进行简要介绍。

1.抑制无线电干扰

如上所述，对于“慢而小”的无人机来说，压制无线电干扰可能是成本最低的最直接有效的对抗措施。压制对抗其实就是对非法无人机的遥控链路、信息传输链路、GPS导航信号进行无线电压制干扰，使得非法无人机在某些区域盲、聋、哑。即使有无人机的惯性导航功能，也只能短时间保持原来的姿态，不能按照控制器的意愿继续移动。

一般来说，消费类低慢速无人机的无线数据链中常用的频段约有2-3个，分别是2.4GHZ、5.8GHz和915MHZ。这三个频段往往是消费类非法无人机的主要频段。对于专业无人机，中国工信部规定的无人机数据链专业频段为845MHZ和1.4GHZ，一般来说，国内专业无人机经常被政府部门甚至执法部门使用，受到严格控制，非法使用的概率很低。另外，这两个特殊频段的无线数据链产品输出低，价格高，一般消费类无人机很少使用这两个频段。所以一般的反干扰机主要集中在3个频段:2.4GHZ、5.8GHz和915MHZ。

无人机除了无线数据链，还有一个重要的频点，就是导航用的“卫星导航信号频点”！目前无人机常用的卫星导航系统有三种，分别是美国的GPS、俄国的GLONASS和中国的BD。目前大多数卫星导航芯片兼容这三种系统，主流芯片技术采用两种或全部三种系统的融合算法。这三个系统的频率点如下:

GLONASS频率表:

原则上，只要无线电压制信号的幅度足够强，频率能够覆盖上述卫星导航频点，无人机就失去了自动导航的能力。

从上面的分析可以看出，对抗被压制的无人机并不存在技术难度，因为通信数据链和导航信号的频点是开放的，只要产生同频点、足够强幅度的噪声信号，就可以达到压制效果。简单来说，这个反措施就是最简单粗暴不熟练的解决方案！但这个方案简单却有效。

当然，这种简单的压制方式对于一些专业无人机，甚至军用无人机也是有效的，除了消费者的低慢系统，但对发射功率的要求更高。暂时不在这里讨论。

2.欺骗性无人机干扰系统

与简单的压制干扰对抗系统相比，欺骗性或诱导性对抗系统具有更高的技术含量。欺骗反措施包括数据链欺骗和导航信号欺骗。

很难骗过数据链。首先要检测目标无人机的数据链，并进行分析。如果我们能破解整个数据链的所有参数，比如频率、带宽、调制方式、通信协议，就意味着我们可以完全接管非法入侵的无人机！这项工作难度相当大，特别是对于不同加解密技术的跳频通信和数据链路。如果基于数据链破解技术对抗市场上已知的各种无人机，工作量和难度几乎是不可能的。即使某无人机破解成功，如果厂商调整数据链的技术体系和加密方式，所有工作都要重新做！军方经常采用基于数据链破解技术的反措施系统，即研究并破解某一特定类型的地方军用无人机并接管捕获。伊朗多次缴获美国RQ47无人机，并采用了这一技术路线。

卫星导航信号欺骗是干扰，主要针对GPS/GLONASS/BD导航系统，发射虚假的卫星导航信号。如果假卫星导航信号的功率远高于真实的GPS导航信号，无人机将根据假导航信号飞行，直到飞出保护区，自行着陆或坠毁，从而实现保护重点区域的目的。导航信号的频率和格式相对固定，甚至是透明的。因此，通过发送虚假卫星导航信号的对策比数据链管道技术更简单。如果能利用虚假导航信号诱导非法无人机降落并完美捕获，对今后破案取证会更有效。这个技术系统比暴力干扰无人机并使其着陆和坠毁更具技术性。

当然，最好的技术解决方案是既能接管数据链，又能发布虚假导航信号，为无人机完美捕捉和破案失败提供证据！但是，在民用领域，各种经济对策也很重要。如果耗费大量的人力物力，似乎仅仅为了几千元或者几万元的“低慢”就不值得；而且如果有可能完美捕捉到一个美国RQ47(比如伊朗)或者一个以色列苍鹭系列，那就意义重大了。

3.物理对策

物理反制，说白了就是直接破坏或者捕获！

对于一国与敌对国之间的无人机反击，如果对方侵犯领土空，被侵犯方有权谴责并强行击落，如直接导弹击落。

对于“低、慢、小”，用导弹击落是不划算的！国内外已经报道了许多使用激光击落的实验。作者认为激光击落将是一个重要的发展方向。

还有一种低成本的解决方案来应对“低速小尺寸”，即捕捉更大规格的小型无人机。比如有一种利用无人机携带网枪进行喷网，从而捕捉“低慢小”目标的方法。按照目前的技术，这种捕获仅限于微型多旋翼无人机的捕获。对于“低慢小”的固定翼无人机，由于速度快，很难被网住。

三、无人机探测技术的引入

对于无人机的实时探测技术，目前大概有两条技术路线:一是主动雷达探测技术；二是机会频谱分析的被动探测技术。

1.基于雷达系统的检测技术

雷达原理是二战以来比较成熟的技术。近年来，雷达技术发展突飞猛进。随着高速计算机技术的飞速发展，各种新型雷达层出不穷，如相控阵雷达、脉冲多普勒雷达、激光雷达、合成孔径雷达等。随着雷达技术的快速发展，应用范围越来越广，应用的普及反过来又大大降低了雷达的成本，贴近人民群众。从早期的航海雷达，到各种无人车、无人船、无人飞行器的探测和避障雷达，再到各种安防行业的防盗报警雷达。雷达的应用已经渗透到国民经济的各个领域。

对于无人机雷达探测，主要问题是解决城市环境中的建筑物反射和电磁干扰问题。“低慢小”无人机可能出现的主要场景是城市环境，那里有很多高层建筑。雷达信号上的各种反射会影响真实的目标信号。因此，能否采用不同的算法来消除这些干扰，将直接影响探测雷达的实际效果。所以我们直接使用海对海空的远程军用雷达进行低空慢速探测不一定有效，主要是环境问题。而雷达探测，对于低速、小速度，一定是最经典、最有效的手段。

多普勒频移公式如下:

雷达探测技术的主要理论基础是多普勒频移原理，也就是说，当雷达反射的信号击中运动目标时，目标反射的电磁波信号会产生多普勒频移。雷达天线检测到这种频移，推导出移动的速度和方向，并形成一条轨迹显示在屏幕上。

综上所述，我们可以看到雷达探测系统的两个问题:一是环境中被风吹动的树木会造成一定的虚警概率；另一种是低慢小目标悬停在空时雷达检测不到——误报和失效！

2.被动频谱分析与检测技术

被动频谱探测，顾名思义，就是探测设备本身不发射电磁信号，只接收空内“低-慢-小”无人机的信号。光谱探测技术也有两种技术解决方案:一种是探测无人机的辐射光谱，我们称之为“辐射光谱探测技术”；另一种是检测无人机对其他信号(如城市数字电视信号)的反射或散射信号，我们称之为“散射光谱检测技术”。

首先，我们讨论辐射光谱检测技术。无人机由地面人员控制，一定会发出无线信号。然后，在接收到这些信号之后，检测设备分析这些设备的无线电信号，并将这些信号与预先存储在后台数据库中的信号进行比较。如果该信号符合数据库中某无人机型号的特征，则确认该信号是某无人机型号。然后后台电脑通知干扰器施放干扰，从而达到反测的目的。被动辐射光谱探测技术存在以下几个问题:

1)市场上各种无人机无线数据链信号必须提前采样保存。对于数据库中没有的模型，会有遗漏。比如，目前DJI无人机市场份额较大，信号特征非常清晰，一般没有问题。但是对于一些不法分子为了保全自己的机器(比如委内瑞拉无人机炸弹)，你无法提前知道他们数据链接的特点，所以你也无能为力。

2)频谱检测设备灵敏度普遍较高，无人机的辐射通过建筑物反射造成的多径效应会影响目标数量和坐标的准确性。

3)频谱检测系统必须设置多个接收点(3个以上)，才能准确检测目标的距离和方位。

4)因为消费类无人机使用的频段大部分是ISM(工业、科研、医疗)自由频段，所以社会上的各种通信设备，比如手机，也使用这个频段。这样误判的机会就多了。

然而，被动辐射光谱探测技术的最大优势也很突出:

1)一是本身没有辐射，不会对电磁环境造成污染；

2)二是天线可以更大，灵敏度会比雷达系统高很多，也就是探测距离往往比雷达系统长。

3)第三个优点是可以根据数据库对比确定入侵无人机的产品型号。

对于散射检测技术，相对来说更具有确定性。不需要提前建立无人机样本数据库，只需要提前了解当地电视频道，选择信号幅度最强的一个即可。这项技术介于雷达探测和辐射光谱探测之间，有利有弊。有两个主要优势:

1)无辐射，类似“辐射光谱检测技术”。

2)不受ISM频段干扰，类似雷达探测技术。

3)这种技术比辐射探测和雷达探测的探测距离更长！

这项技术还有一个致命的缺点。如果电视信号停止播放，或者电视信号换台，就彻底失败了！

四、无人机自动计数系统组合

无人机自动对抗系统对于重要场所和会议的安全至关重要。然而，无人机对抗系统如何才能真正发挥作用，是一个需要认真探讨的课题。不同的应用场景要做不同的配置，比如不同的场合，不同的入侵者。

一种是对于一些临时性的商务会议现场安保任务，当防范对象是航空摄影爱好者时，简单配置一把干扰反枪，武警可以手动守护。这是因为，一方面见面时间不会太长，而业余航空摄影爱好者一般属于非恶意入侵，出于好奇和排场，不会导致严重后果。

第二类是为了高层领导的现场安全，需要配置高度可靠的无人机反测量系统，可以移动部署，确保万无一失。这种系统必须具有自动检测、自动报警和自动反测功能。

第三类是固定的重要场所，例如重要的国家机关、重要的仓库(粮库、油库、弹药库等)。)，重要监狱等。，由于需要长期防范，有必要装备一套固定的全方位无人机探测、报警和反措施一体化自动反措施系统。

自动无人机的计数系统应包括自动探测、自动报警和自动处置的所有系统。自动探测系统(雷达型和频谱型)发现目标后，立即向值班人员发出声光报警，同时将热备份中的抗干扰系统(压制和欺骗)天线对准目标。这分为两个选项。一种是天线对准目标后立即自动开启干扰装置，对非法无人机的数据链和卫星导航信号施加干扰(压制或欺骗)，直接迫使非法无人机在保护区外降落或坠毁。

另一种选择是增加人的判断环节，值班人员通过光学或热成像相机观察确认目标后开启干扰抑制。

最后一种选择是将取证无人机飞向目标空，进行取证摄影，尝试寻找非法管制员的证据(迫降或坠毁无人机模型、管制员照片等)。)通过拍地面。

总之，对这类系统的评价应该集中在“系统可靠、智能高、对策有效、取证成功率高”四个方面。

动词 （verb的缩写）无人机对抗系统主要技术指标

雷达或光谱探测距离:1-5公里

距离检测精度:小于5米

探测角度覆盖范围:180-360°

干扰抑制距离:1-5公里

不及物动词无人机对抗系统选择的注意事项

1.合理选择探测距离和干扰距离

在这些基本参数中，“干扰抑制距离”原则上可以通过增加发射功率来提高，但这样做可能会引起其他问题，即电磁污染。特别是对于GPS/BD干扰，会影响周围正常GPS用户的权益，比如可能干扰手机基站，甚至远程机场导航等。目前，我国对无人机对抗的输出功率没有明确的质量标准或规定，很多厂商从对抗的有效性角度出发，任意增加发射功率，不科学。建议对抗的厂商尽可能降低发射功率，增加发射天线的增益，使能量集中在目标上，增加工作距离。我们应该停止使用全向天线辐射和任意增加功率。在这方面，有必要建立相关的技术标准。

对于“低、慢、小”的探测雷达工作范围，也要采取因地制宜的做法，而不是“杀鸡转刀”。任意选择大功率雷达也会造成环境污染。比如在500m×500m的保护区，使用作用距离和干扰距离大于1000m的系统就足够了，不需要配置距离大于2KM的计数器系统。理论上，如果干扰器的距离增加一倍，发射功率必须增加4倍。高功率增加了成本和对周围环境的污染！

2.检测系统的合理选择

上面已经介绍了不同检测系统的原理。根据工作原理、实际使用环境和预防对象，我们基本上可以做出合理的选择:

1)比如我们的防范目标是类似DJI的常规航模，防范区域是市内某体育馆的演唱会。这种情况下，配几把反枪就够了。

2)如果是重要场所，如监狱、油库或弹药库、危险品仓库等，需要24小时站岗，因此需要配备全自动雷达检测技术的反测量系统(不宜采用频谱检测)。这种地方的设备工作在1公里左右的距离就足够了(在城市环境中，由于建筑物对地形的影响，设备不能远距离工作)。

3)对于偏远地区重要目标的防范，可以购买频谱探测(辐射型和散射型)和自动干扰系统。动作距离尽可能远，例如3-5公里以上。空可以充分发挥光谱探测距离长的优势。

4)对于边境地区敌对国家的无人机骚扰，为了不引起外交纠纷，最好的解决办法是通过频谱检测、破解等技术手段诱导对方无人机在中国迫降。

5)如果无人机反制重要领导的安全，反制目标是“恶意无人机”，建议选择全自动雷达进行探测干扰，配置有效的物理破坏装置！确保安全。

注意，在这个应用中，不建议选择频谱检测设备，因为恐怖分子绝不会让你提前知道他的无人机的频谱参数并输入数据库！

6)对于边境地区敌对国家的无人机骚扰，为了不引起外交纠纷，最好的解决办法是通过频谱检测、破解等技术手段诱导对方无人机在中国迫降。

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