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低空防御技术分析与对比

作者:未知

  摘要:低空飞行物具备突防能力强、隐蔽性好、威胁手段繁多等特点,成为一种新型低空威胁形式。本文通过调查研究目前主流低空防御技术手段的工作原理,对比分析了不同低空防范技术的优缺点,对构建低空防御系统具有重要意义。
  关键词:低空飞行器;低空防御技术;探测识别类技术;打击制止类技术
  1 前言
  随着近年来,我国逐步放开低空空域的管制,推动了低空飞行器市场的快速发展,使普通市民获取低空飞行产品的成本及难度降低,一方面给人们的生产生活带来了极大的便利,另一方面,以无人机代表的低空飞行器所造成公共安全事件层出不穷,诸如扰乱航空秩序、跨境走私、运输毒品、失控坠落等报道频现,引起巨大的社会负面影响。以无人机为代表的低空飞行器已经成为一种新型威胁形式,对多领域安全提出严峻的挑战,因此相关防御措施的研究具有重要意义[1]。
  低空防御技术按照战术使用阶段,可以划分为探测识别类技术和打击制止类技术,它们分别实现探测、识别以及打击、处置低空飞行物的作用[2-3]。通过分析不同技术的工作原理,对比它们的优缺点,有助于构建完善的低空防御系统。
  2 探测识别类技术
  探测识别类技术通过使用各类传感器收集威胁目标的光学特征、热学特征、声学特征、射频特征、电磁特征等信息,进行归类分析,去除地面及水面杂波等背景元素以及鸟类等小型飞行生物引起的干扰元素,从中判断、识别出潜在的威胁目标。
  按照信息特征划分,探测识别类技术可分为光电探测技术、音频探测技术、无线电探测技术以及雷达探测技术。
  (1)光电探测技术
  光电探测技术主要利用可见光及红外成像技术,采集侦测区域目标的可见光频段、红外频段的特征信息并成像,通过图像分析、判断目标属性[4]。光电探测技术的优点是可对目标成像,实现对目标属性的判断以及飞行过程的全程记录,同时它没有电磁信号辐射,安全性高。但是它的缺点是同一时间只能对特定视场进行成像,还需要对图像进行人工判读,因此难以对远距离小目标进行快速识别。另外,该技术受天气和环境影响因素较大,在风、雨、雪、雾、霾等恶劣天气情况下不能正常工作。
  (2)音频探测技术
  无人机在飞行过程中会不可避免的产生音频噪声,可分为气动噪声和机械噪声。其中,气动噪声主要是由旋翼及机体与空气摩擦产生。这类噪声为低频噪声,具有在空气中传播衰减小,传播距离远等特点[5]。机械噪声主要由电机以及其他传动结构引起.这类噪声为高频噪声,具有在空气中传播衰减大,传播距离近等特点,通常传播至50m~80m距离后可以忽略不计。
  音频探测技术主要通过采样目标低频噪声信号,建立声学特征库,通过对特定频率的声学信号进行收集、分析、比对,判断目标属性。音频探测技术具有无电磁信号辐射,安全性高等优势。但是它也有受环境背景噪声影响大,探测距离近,误报警较多等缺点。
  (3)无线电探测技术
  低空飞行器需要通过无线电信号与地面控制或卫星导航之间进行数据传输,以达到飞行控制、定位、图像传输等目的。无线电探测技术通过仪器设备提取无线电信号的频率、带宽、调制方式等数据特征,依据电磁波的传播特性测定信号的来波方向,利用信号源到达多个无线电监测点产生的时间差、相位差等信息定位无线电信号的来源位置[6]。无线电侦测技术具有探测距离远,受环境影响小,多目标跟踪能力等优点,但是由于该技术基于收集通信链路中的无线电信号,因而无法探测电磁静默状态下低空飞行器。另外,在城市等复杂的无线电环境下,系统会产生较多的骚扰报警信号。
  (4)雷达探测技术
  雷达通过天线向某一空间辐射电磁波能量,处在此方向上的物体反射该电磁波,并被雷达天线接收,经过信号分析处理,提取出目标物体的距离、方位、距离变化率、速度等信息。
  雷达探测技术成熟较高,能够在数十公里距离内同时跟踪数十个目标。但是其识别性能较差,不能判断目标属性。另外,雷达的工作原理决定了它必须布置在防护区域的最高点,高楼等遮挡物会严重影响雷达的性能。
  光电探测技术、声频探测技术和无线电探测技术相较于雷达探测技术,属于无源(被动)式探测技术,它们的性能会受环境因素影响;雷达探测技术具备快速发现远距离小型未知飞行目标的优势,同时具备较高定位精度。
  3 打击制止类技术
  打击制止类技术解决在探测识别目标后如何处置的问题,根据对目标的破坏程度,可分为软杀伤和硬杀伤,其中软杀伤包括电子干扰技术等,硬杀伤包括火力打击技术和定向能武器技术等。
  (1)软杀伤技术
  软杀伤技术典型代表是电子干扰技术。由于低空飞行器的通信链路中的各类通信数据直接关系到飞行器的飞行控制,电子干扰技术就是针对数传信号及卫星导航信号进行干扰,达到制止低空飞行器的目的。
  电子干扰技术可以分为电子阻塞技术和电子诱导技术。电子阻塞技术通过向目标发射大功率电磁信号,切断地面操控者控制无人机飞行的通信链路,使无人机激活自保护程序悬停或者回航。电子诱导技术则通过向无人机的卫星导航模块发送指定位置信息,诱导、欺骗其偏离预定航线并飞向指定位置。目前最新技术可以探测、识别无人机通信链路的工作频段,定向发射小功率信号即可达到干扰或诱导作用。
  电子干扰技术作为一种非杀伤性技术手段,具备反应速度快、处置效果好等优势,可以应用于各类民用设施及场所,但是它与无线电探测技术一样,无法有效应对处置处于无线电静默下的飞行器。
  (2)硬杀伤技术
  硬杀伤技术的典型代表是物理打击技术和定向能武器技术,前者指使用防空导弹、枪炮等动能武器击落无人机,后者指使用包括高能激光武器和高功率电磁波武器烧毁机体组件,使飞行器失控坠落。硬杀伤技术的优点是效能固定,但是其使用成本高,同时可能对地面的其他目标造成较大的此生伤害。
  由于硬杀伤技术需要采用军事级武器装备,目前只能应用于军用领域。在民用领域,电子干扰技术发展速度较快,技术成熟度不断提高,已经能够有效打击大部分类型的民用低空飞行器。
  4 结论
  总体来说,不同低空防御技术都会在某些特定条件下出现无法正常工作的情况,需要根据防御区域的周边环境,配置至少两种或两种以上探测识别及打击制止技术手段,互相弥补不同技术的缺陷,才能有效提高探测、识别、处置低空飞行器的概率,达到有效制止非法入侵的低空飞行器的目的。
  参考文献
  [1]温胜昔,王勇生.低空飞行物探测技术的研究及应用[C].2018年中国核学会核安保分会成立大会暨全國核材料管制经验交流会,2018.
  [2]张静,张科,王靖宇.低空反无人机技术现状与发展趋势[J].航空工程进展,2018.
  [3]柏如玉.国内外反无人机技术发展分析[J].中国安防,2016(9):31-34.
  [4]罗明超,张庆海,刘鹰.光电对抗技术及装备在反无人机作战中的对策探讨[C].2008年中国高校通信类院系学术研讨会论文集(下册),2009.
  [5]王威,安腾飞,欧建平.无人机被动音频探测和识别技术研究[J].中国声学,2018,3(1).
  [6]王智芳,周晓芳,徐从宇.基于无线电技术的民用无人机侦测与管控方法在监所环境的探究[J].计算机科学与应用,2018,8(9):1407-1415.
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