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反无人机电磁作战


 

大多数无人机的运行都离不开电磁频谱,因此,通过降级或拒止无人机对电磁频谱的使用,就有可能阻止无人机开展有效的行动。


对无人机的无源探测


    

   


除了使用人工产生的信号照射目标并对回波进行分析(有源探测)之外,还可以进行无源探测和跟踪。无源探测对目标的有意和无意电磁辐射进行处理。最明显的选项是目标的有意射频辐射如数据链路、语音—无线电或机载雷达发射的信号。这些信号由一个专用系统接收,接收功率足够强,因而可以覆盖相对较远的距离。相比之下,目标的无意辐射功率要低得多,因此无法在远距离上接收。第三种选项是无源相参定位雷达,这是由双基地或多基地雷达演变而来的。系统对不相关但已知的辐射源(例如电视广播、蜂窝网络或无线电台)照射目标产生的后向散射信号进行分析。无源相参定位主要基于三角测量概念,因此需要基于无源传感器阵列才能工作。

此外,无源探测系统具有极好的隐蔽性,不会被敌方的电子支援(ESM)系统发现。由于无源探测系统没有主动辐射能量,所以不会被敌方的电子战和对敌防空压制(SEAD)飞机或无人机(如以色列的“哈比”或“哈洛普”反辐射无人机)瞄准。除了具有高度的机动性和能够探测小型或隐身无人机的优势,无源探测系统还可以在拥塞的电磁环境中工作,比如城市中心,敌方很可能会在这种环境中使用小型无人机。

射频分析仪可以识别特定射频传输的频率或跟踪复杂的跳频模式,因而能够探测到无人机链路(包括Wi-Fi和手机信号)上的控制信号或视频信号。这些射频分析仪可以很容易地部署在移动平台上。一旦识别出无人机的专用频率,就可以引导无源探测系统通过三角测量来确定控制器和无人机的位置。射频分析仪是支持对第I类无人机进行无源探测的重要工具。然而,在高度拥塞的射频环境中,由于信号的饱和,射频分析仪的效率会有所降低。

无源传感器和射频分析仪是典型的ESM工具。ESM是电子战在侦察和监视系统中的传统应用,即通过感知和收集电磁辐射来实施探测、定位、识别、记录和分析,以便进行威胁识别和长期作战规划。ESM信息可以通过信号情报(SIGINT)、通信情报(COMINT)和电子情报(ELINT)等情报产品进行评估。因此,ESM可以报告探测到的无人机电磁辐射,并有助于生成电子战斗序列(EOB),其中通常包括关于无人机地面站潜在位置的关键威胁信息。ESM通常不会生成实时数据,但可以为反无机的实时行动提供良好的支持。技术进步推动了诸如CESMO(ESM协同行动)等工具的发展,可以实时地测量辐射源的位置并在网络中共享,从而提升了对无人机的探测概率以及反无人机行动的成功概率。

光电红外(EO/IR)传感器是另一种可以对无人机进行无源探测的有前途的方法。光电包括可见光和紫外光的波长。这三个波长的频谱如图3所示。

在光电红外系统中,目标的可探测性和可识别性在很大程度上取决于物体相对于背景的反射率和发射率。系统设计的功能往往决定了什么波段是最适合进行探测的。例如,一个目标所在的环境中几乎看不到可见光和紫外光的存在(例如夜间),则红外传感器就是最佳解决方案,因为它可以追踪无人机的红外辐射。相反,在可见光和紫外线充足的环境中(例如白天),光电传感器可能更适合于探测和识别无人机。波长的选择取决于许多变量,因为材料的反射率和发射率随波长的变化而变化,而环境条件对波长传输有很大的影响。多光谱传感器融合了紫外、红外和可见光,可以适应多种场景下的无人机探测。

夜视设备和微光摄像仪主要收集环境可见光,并利用光阴极技术将入射光中的光子转换为电子。这些设备还可以集成红外照射器来增加探测和识别的范围,因而它们既可以是无源系统,也可以是有源系统。如果无人机目标在可见光谱中发射或反射了少量能量,这些系统就很有可能在相当远的距离上探测到无人机。然而,由于这些微光系统需要在可见光下工作,它们在黄昏条件下性能较差,并且受到高湿度、雾气或烟雾环境的影响,这与其他光电系统有所不同。


电磁手段反无人机


    

   


一旦探测到无人机并以足够的可信度完成识别,就需要做出适当的响应,对无人机施加某种效应。

对无人机的主动和非致命电子战行动

传统的主动电子战措施是干扰和欺骗无人机的控制信号。干扰是用足够的射频能量(集中在已经识别出的频率或频率集上)对准无人机的接收天线,以压制无人机的射频控制信号或数据信号,从而拒止或中断操作手对无人机的操控。欺骗则更为复杂,因为它的目标是无人机,而且是跟场景密切相关的。因此,除了工作频率,还需要更多的信息,以便用伪造的指令来接管无人机。

无人机的出现推动了便携式或移动式专用干扰/欺骗系统的发展。干扰和欺骗可以是响应式的,也可以是前置式的,例如用射频噪声淹没预期的频率、发射伪造的GPS信号、欺骗/劫持基站信号等。这种干扰/欺骗模块可以安装在现有的基础设施如蜂窝网络天线上,这将对广泛地理区域内的无人机信号产生影响,特别是对第I类和第II类无人机。这些都是非动能解决方案,能够有效地对抗第I类和第II类无人机,而不是飞行高度较高的第III类无人机。

定向能武器

尽管对军用激光的研究已经开展了50多年,但直到最近,激光系统才具备对抗无人机等空中威胁的能力。定向能武器系统旨在提供集中的能量束,使目标失能或被毁。与传统的动能系统相比,定向能防御系统有许多优势,包括光速攻击能力、调整输出能量的能力、无限数量击发(无限弹夹)以及低成本。在舰船和地面车辆上,已经有了可部署的定向能反无人机系统。

电磁脉冲和高功率微波。这类武器能够使无人机内部的电子元件失效或被毁。电磁脉冲武器可以用来破坏无线电链路和无人机的电子电路。尽管电磁脉冲技术尚未完全成熟,但已经用于多型反无人机系统中,作为一种提供非动能效应的手段。电磁脉冲的主要好处之一是在对抗无人机蜂群方面有很大的潜力。当然,电磁脉冲武器也可以聚焦在单个的威胁上。与传统的高能激光武器相比,电磁脉冲武器在聚焦模式下可以实现更远的作战距离。但是,必须对电磁脉冲武器进行彻底的测试,并且要非常谨慎地使用,因为它们也有可能对己方的电子设备造成重大损伤。

高能激光器。自1995年联合国禁用了致盲激光以来,军用激光主要用于为制导弹药提供精确的目标定位信息,以及对来袭的红外制导弹药实施“眩目”干扰。直到最近,高能激光器才取得了显著的技术进步,这背后的主要驱动因素之一就是对抗低慢小无人机的需求。目前,北约成员国正在部署多型高能激光系统,以确定其打击小型无人机的效能。在最近的实测中,美国空军、陆军、海军和海军陆战队部署的高能激光系统在反无人机任务中都取得了广泛的成功。这些试验预示着高能激光武器具有良好的发展前景,不仅能够对抗当前的低慢小无人机,未来随着功率的提升还能对抗更大型的无人机。

对无人机的被动电子战行动

被动防御,即降低整个电磁频谱中的辐射特征,始终是反无人机体系中的有机组成部分。被动防御可能包括一些由来已久的传统技术,如伪装、遮蔽和无线电管控等,以避免被无人机上的传感器探测到。

无人机的种类庞杂,有多种多样的物理尺寸、任务类型和有效载荷,未来还有可能实现蜂群和完全自主飞行。因此,不存在能够对付所有种类无人机的单一防御方法。由于无人机的巨大差异,需要一系列多层次的、可定制的、有交叠的传感器和效应器。机动性、天气和光线条件、网络容量和可用性、大气衰减、战场环境和技术进步都是需要妥善考虑的事项,以确保这些传感器和效应器的有效性。多层反无人机体系面临的一个重大挑战是创建一个能够融合大量输入数据的指挥和控制系统,以提供清晰准确的图像,从而能够使用最合适的反无人机措施。通过人工智能管理和控制传感器数据采集有助于创建一个适应性强且有效的无人机杀伤链。一旦无人机被传感器网络感知到,人工智能就可以调动该地区的传感器收集所需的信息,以便对系统进行识别,然后向人类提供行动建议,或者自主采取行动以消除威胁。


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