城市反无人机技术

一、城市环境下反无人机难点

     1) 城市建筑密级遮挡严重

城市中建筑物密集，通视条件差。设备若部署于地面，受限于建筑物遮挡，探测和处置距离有限。因此，通常采用将设备部署于建筑物楼顶的方式应对无人机威胁。此种方式对于飞行在楼际线以上的无人机目标应对效果较好，但是对于穿梭在楼宇之间的威胁目标效果较差。

2) 城市电磁环境复杂

城市环境中另一主要特点是电磁环境复杂。城市中电磁空间中存在多种电磁信号，包括广播信号、电视信号、WiFi信号、移动通信信号等多种无线电信号。复杂的电磁环境给无人机信号侦测带来了巨大的挑战。

3) 设备使用限制条件多

城市环境下反无人机的最大难点是设备使用限制多。不同于作战场景和野外环境，城市环境首先要保障的是人们的身体健康和正常的生产生活秩序。因此，长期向外辐射电磁波的雷达设备不适合部署在人员密集的城市环境，可能存在危害人体健康的风险。另外，无线电干扰和导航欺骗等处置手段在城市环境下使用会破坏周边电磁环境，干扰正常的民用通信，绕环GPS时空基准信息。激光和高功率微波设备可以直接造成严重的人身伤害，更不能部署在城市环境中使用。

4) 无人机技术发展迅速

无人机技术仍在持续不断在发展，越来越多的新技术应用到无人机领域。比如大疆Mavic－3系列无人机已经配备了4G模块，可以通过手机4G信号对无人机进行控制。在此种模式下，不仅可以通过移动基站使测控距离大幅增加。而且，由于测控信号本身就是移动通信信号，传统的无线电侦测手段无法侦测出使用4G信号测控的无人机。在导航技术上，无人机开始引入图像导航，不再只依靠GPS信息进行定位，而是通过自身对周围环境的感知来进行自主导航。在这种导航模式下，导航欺骗技术将难以成功处置无人机。

二、城市环境下无人机探测技术发展设想

城市环境下无人机探测技术发展需要解决的主要是遮蔽问题，避免楼宇遮挡对无人机探测的影响。解决遮蔽问题的思路是通过分布式密集部署，构建探测网络来实现防护区域的全覆盖。而现有设备成本较高，难以实现广域大量覆盖，无法常态化部署。解决此问题的一种方式是利用新兴技术降低传感器成本，另一种方式是继承现有城市中的硬件基础设施进行改造升级，使其具备无人机探测功能。

1)5G通信感知一体化技术

城市环境下的建筑物遮挡问题原则上可以通过密集部署探测设备来解决，但是现实中由于经费成本问题，不可能大量部署反无人机装备。目前城市中有大量的移动通信基站，尤其在5G技术体制下，5G移动基站的密度更大，基本上做到了无死角覆盖。如果能够通过通信探测一体化技术将这些基站复用为探测设备，则可以形成分布式探测网络，解决建筑的遮挡问题。

据报道，2022年中国移动(成都)产业研究院基于5G通信感知一体化技术，实现了通过5G基站进行低空无人机的有效探测。通过实验验证表明，单基站对无人机探测半径达到1000m，可以对1280个目标同时进行跟踪探测，多基站可进行无缝连续探测，对无人机目标探测精度可达到米级。

2) 智能反射面技术

解决建筑遮挡的另一种方式是改变信号的传播路径，使信号可以绕过建筑物。电磁波是按直线传播的，不能依靠自身改变传播路径，因此必须借助其他手段或设备来实现传播路径的改变。智能反射面是移动通信领域的一项新兴技术，其核心是利用低成本的被动无源反射组件组成的电子平面，将接收到的信号改变传播方向发送给最终的接收终端。通过智能反射面可以实现对被建筑物遮挡目标的探测。在系统部署时，通过多个智能反射面分布式部署，任何一个智能反射面探测到无人机信号，都可以自主转发到终端接收单元，从而解决探测遮蔽问题。

3) 复杂电磁环境下信号分离技术

由于主动探测设备对外辐射电磁波会对城市电磁环境造成一定影响，因此以无线电侦测为代表的被动探测方式仍将是日常无人机防空的主要手段。但是城市环境下电磁信号众多，首先需要解决的就是如何从众多的无线通信信号中提取出无人机信号。广播、电视、移动通信等无线通信信号都有特定的工作频率，而无人机通信频段主要是公用的ISM频段，与Wifi、蓝牙等信号频段相同，这就需要利用信号分离技术将特定频段中的信号逐一分离，进而识别出无人机信号。

4) 分布式视频监控体系近年来，基于人工智能的图像识别技术发展迅速，视频处理智能化程度越来越高，可以自动发现目标并识别出目标种类。此项技术已经应用于多种安全防护场景中。可以将此项技术拓展应用于反无人机领域，利用城市中现有的大量视频监控设备，以软件升级的方式增加无人机探测与识别功能，通过统一监控终端汇聚各设备视频信息，从而构建一个分布式视频监控体系，对特定区域进行常态化、自动化监控，在发现目标后自动告警。

三、城市环境下无人机处置技术发展设想

城市环境下对无人机处置的核心需求是安全可控，避免附带损伤，尽可能减小对社会日常活动的影响。随着无人机自主性越来越高，传统的无线电干扰处置方法的效果将不断减小，未来无人机在受到干扰后仍将具备自主执行任务的能力。因此，未来无人机处置手段将更加智能化，能够对无人机产生持续、高效、可控的反制效果。

1) 无人机载空中处置技术

由于地面处置设备大多是固定式装备，因此，缺乏机动能力，而且在处置过程中会造成较大范围的附带损伤。为提高处置效果、尽量减少附带损伤，目前已经涌现出以无人机对抗无人机的反制方法。可以利用无人机直接撞击无人机，也可以利用无人机发射抓捕网、纤维条等方式缠绕目标无人机螺旋桨，使其失能坠落。同样也可以利用无人机挂载电子干扰设备抵近目标进行处置，这样既能机动灵活地跟踪目标，同时对干扰功率要求较低，打击距离可控，同时也有效地控制了电磁干扰范围，尽量减小对地面电子设备的影响。

2) 欺骗式干扰技术

目前对无人机的干扰样式主要以压制干扰为主，功率要求高，附带影响大。而且随着无人机智能化的提高，这种破坏测控或导航链路的方式未来可能无法使无人机终止任务并返航。未来城市环境下迫切需要的是精准、灵巧、高效的欺骗式干扰。导航欺骗是目前一种有效的欺骗式干扰，通过发射虚假GPS信号使无人机错误定位自身位置从而无法执行既定任务，改变飞行航线。但是人们更希望能够欺骗无人机的测控链路，从而直接获得无人机的控制权。因此，未来应重点开展对无人机测控链路的欺骗技术研究，首先，利用人工智能方法自动学习目标无人机的通信信号;然后，利用智能算法生成与真实测控信号高度相似的欺骗信号。一旦欺骗成功，就可以获取目标无人机的控制权，从根本上消除威胁。即使不能欺骗成功，生成的欺骗信号与测控信号在频率、信号特征上都相同，可以对无人机形成精准干扰，以更小的功率达到更好的干扰效果。