無人機已成為美國軍事任務和行動中不可或缺的一部分,并且已實現商用化。隨著普及程度越來越高,恐怖分子、犯罪分子、狂熱分子等利用無人機制造了嚴重威脅。這使得反無人機技術和系統成為軍方、國土安全部、主要執法機構及生產無人機的承包商的首要優先事項。
反無人機技術分為兩個主要領域:探測與跟蹤系統以及遮斷。前者包括雷達、無線電射頻、光電、聲學和復合傳感器。遮斷包括干擾射頻和全球導航衛星系統(GNSS,包括GPS和GLONASS)、欺騙、激光、捕捉目標的實體阻攔網、投射物、電磁脈沖、水炮、“自殺”無人機以及這些手段的組合。
系統搭載方式
反無人機系統可以是地基、空基甚至是手持式的。如今市場上絕大多數系統被設計為僅用于探測或遮斷,地基系統占多數。例如,正由多家公司聯合開發的一種高速機動戰場反無人機系統——遠征機動空中防御一體化系統(X-MADIS)。該系統能夠以每小時30英里的速度穿越崎嶇地形,同時遠距離探測、識別并擊退無人機。其研制公司表示,該反無人機系統、雷達和光電/紅外設備被集成在一輛商用越野車上,可探測、定位、識別、跟蹤、利用并擊退威脅機場、關鍵基礎設施或進入禁飛區的有敵意無人機。
反無人機任務高度依賴先進傳感器、長航時平臺、用以提供警戒空域圖像的數據融合以及用以整理并分析傳入數據的人工智能。這一過程遠比將原始無人機傳感器數據傳至人類操作員更具效用。
反無人機傳感器能力的提升
傳感器在敏感度、作用范圍和降低尺寸和功率需求方面也進展迅速。結合高速無線聯網、機載數據融合及人工智能,傳感器顯著提升了反無人機系統的能力。
反無人機的任務圍繞著多種傳感器進行架構設計,通過跟蹤空域內所有移動物體,以最佳方式呈現空域情況并實現最低的誤報警率。但大型鳥類和小型無人機在雷達上可能看上去相同,因此需要查找通信鏈路,同時使用能掃視空域的照相機更好地進行查看。
如今,操作員需要對顯示屏上的圖像進行評估,確定無人機攜帶的可能是何種載荷。目前,研究人員正在就自動圖像查找開展工作,從而使操作員無需參與分辨鳥類和無人機的工作。當前工作的重點是消解低空空域沖突和安全空域集成,從而實現超視距飛行,并使用傳感器繪制空域態勢的精確3D圖像。這一數據還可用于關鍵基礎設施周邊的安保應用。
軍事領域反無人機技術的發展
軍事目的的反無人機技術更為復雜。這些軍事項目包括消滅執行情報、監視與偵察任務的無人機和阻止對部隊發起攻擊或破壞關鍵基礎設施的獵-殲無人機等。
在2017年的“機動火力一體化試驗”期間,陸軍對一套反無人機防御系統進行了測試。該系統包括兩臺背靠背安裝的180度雷達和一臺照相機,前者可提供360度實時覆蓋,后者用于確認目標身份。一旦無人機被確認為具有敵意,操作員可對其進行摧毀,或干擾其通信,使其返回出發地或是墜毀。
雷聲公司開發的多頻譜瞄準系統(MTS)結合光學與紅外傳感器,用以捕獲和跟蹤空中目標并引導激光光束
軍方也在對商用開發技術進行改造和改進,以應對威脅。在商用領域,那些針對軍事用途得到強化的技術正得到更廣泛的運用。商用界一直在推動傳感器成本的降低,這些傳感器的體積也在不斷變小,從而使得現有無人機上能安裝更多的傳感器。
1) 傳感器融合
傳感器融合是針對多模雷達和照相機圖像開展的其中一項工作。
2017年10月,美陸軍與LeonardoDRS公司簽訂了機動低空慢速無人機一體化防御系統(MLIDS)生產合同,以滿足其對抗用作機載簡易爆炸物的小型低價無人機(如商用四軸旋翼機)的需要。今年7月,陸軍宣布授予該公司一份價值1300萬美元的合同,用以繼續開展MLIDS的工程設計與測試。
MLIDS安裝于兩輛防地雷反伏擊全地形車上。其中一輛攜帶DRS監視與戰場偵察設備(光電/紅外傳感器),另一輛是Leonardo公司和Moog公司開發的可重新配置的一體化武器平臺,能夠發射多種動能武器和一架小型無人機。
Leonardo DRS公司開發的MLIDS系統
軍用反無人機系統依靠的是光電/紅外、射頻掃描器、雷達、照相機、干擾器和跟蹤軟件等多層探測技術,它們還采用從槍炮和火箭彈到激光與電子戰等各種殺傷能力。
2) 人工智能技術
人工智能對于軍用反無人機技術的未來而言尤為重要。關鍵在于如何對視頻進行實時處理,并在復雜電磁環境下做出有效的判斷,從而使得指揮官能迅速做出決策。
為了使用人工智能對目標類型進行識別,需要使用大樣本數據進行多輪訓練。首先從理解開始,分辨出鳥類、氣球和無人機;然后是預測,從不同幀之間獲取信息,將時間信息進行關聯,從而得出結論。
3)高空長航時技術
另一項革命性技術是低成本高空長航時(HALE)。在執行ISR任務時,HALE無人機可滯空更長時間并提供更廣的覆蓋范圍,使得軍方和國土安全用戶有更多機會探測并識別有敵意的無人機,實時回傳信息,從而能夠運用相應的反無人機措施。這些措施包括從槍炮、火箭彈到非動能的電子信號,以干擾、欺騙、摧毀或接管目標無人機的導航和控制系統。例如,正在研究中的一種方案將使無人機返回發射地點,使得當局能夠找到敵方地面控制站和人員的位置并采取相應行動。
小結
盡管反無人機技術采取了多種手段,但各種手段都具有一定局限性,沒有任何一種方案可以做到萬無一失。許多具備經濟可承受性的光電傳感器僅限于日間使用,且目標須在視線范圍內。射頻和聲學傳感器使用已知聲音和頻率的數據庫進行無人機探測,但新平臺的快速開發使得這些庫無法完全更新。傳感器的敏感度同樣是個問題:過于敏感和降低敏感度都會導致錯誤結果。
運用來自數種傳感器的混合數據的反無人機系統,還必須能夠對合法的和敵意的、盟友的和敵方的無人機做出區分,目前沒有一種已知系統能夠做到這一點,這時人類操作員就必須介入。各種遮斷方法還都存在從被電子戰對抗措施阻止到誤傷平民或友軍部隊等潛在的不利結果。
反無人機市場還需要不斷應對無人機技術的新進展。隨著無人機系統市場的擴張,反無人機系統需要具備足夠的靈活度,以探測并消滅類型逐漸增多的目標。