2024年5月7日发(作者：步步高教材电子版)

72

电子信息对抗技术

ElectronicInformationWarfareTechnology

2021,36(3)

　　

中图分类号:V279;TN97　　　　　文献标志码:A　　　　　文章编号:1674

-

2230(2021)03

-

0072

-

05

面向低慢小无人机的SKDC

-

LDS技术

王智显

1

,张雁平

1

,詹雨飞

2

(1.西南电子设备研究所,成都610036;2.电子科技大学,成都610054)

摘要:反无人机技术的发展很大程度上与无人机技术扩散带来的威胁有关,特别是在平时和战

时环境中的低慢小廉价无人机。面对日益迫切的低慢小无人机威胁需求,全面分析威胁问题

产生的根源和反制难点,系统总结国内外低慢小无人机探测和反制系统的产品和技术发展现

状,提出架构统一、功能扩展、分层防御的SKDC

-

LDS(Soft

-

Kill

DistributedCoordinationLayer

DefenceSystem)系统解决方案,并分析定区侦察、定区干扰等急需突破的关键技术。

关键词:低慢小无人机;SKDC

-

LDS;定区侦察;定区干扰

DOI:10.3969/.1674

-

2230.2021.03.015

TheSoft

-

KillDistributedCoordinationLayerDefense

SystemTechnologyfortheLow

-

Slow

-

SmallDrone

(estChinaResearchInstituteofElectronicEquipment,Chengdu610036,China;

WANGZhixian

1

,ZHANGYanping

1

,ZHANYufei

2

Abstract:The

riseofC

-

UAStechnologyislargelytiedtothenovelthreatsposedbytheexpan-

dinguseofdrones

-

particularlyLow

-

Slow

-

Small(LLS)inexpensivesystems

-

incivilianand

sityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu610054,China)

egrowingdemandforLLSdronethreats,thecausesofthethreat

anddifficultiesofcountermeasuresarecomprehensivelyanalyzedandcurrentstatusofproduct

andtechnologydevelopmentofLLSdronedetectionandcountermeasuressystemissystematically

temsolutionofSoft

-

KillDistributedCoordinationLayerDefense(SKDC

-

LDC)technologiesneededtobebrokenthroughurgentlyareanalyzed,

suchasarea

-

specificreconnaissanceandarea

-

specificjamming.

Keywords:low

slowsmalldrone;SKDC

-

LDS(Soft

-

KillDistributedCoordinationLayerDe-

fenceSystem);area

-

specificreconnaissance;area

-

specificjamming

1　引言

随着全球无人机市场的蓬勃发展,微小型无

人机由于具有价格低廉、可获取性强、改装难度

小、平台与载荷发展成熟、使用方便等特点,在侦

察、监视、摄影等领域广泛应用。同时,不法分子

利用微小型无人机对重要设施、敏感区域进行蓄

意窥探、袭击,对重点人员、重要活动实施恐怖袭

击,对民航安全造成很大威胁等。伴随着无人机

产品与技术的快速发展,无人机威胁呈现出渐进

式、逐步升级的发展态势。

典型无人机威胁事件包括:2015年1月,一

架小型无人机失控坠入白宫,引发白宫安全恐慌;

收稿日期:2020

-

07

-

24;修回日期:2020

-

08

-

25

作者简介:王智显(1981—),男,硕士,高级工程师;张雁平(1962—),男,研究员;詹雨飞(1999—),女,电子科技大学学生,主要研究方向

为通信工程。

电子信息对抗技术·第36卷

2021年5月第3期

王智显,张雁平,詹雨飞

面向低慢小无人机的SKDC

-

LDS技术

73

表1　无人机目标特性

[3]

无人机种类

2015年2月24日晚,至少5架小型无人机飞越

2015年4月,一架小型无人机坠落至日本首相官

邸屋顶。

2018年8月5日,委内瑞拉总统马杜罗在首

[5]

美国驻法大使馆、埃菲尔铁塔、协和广场等地;

目标特性

尺寸/m

总重/kg

载重

速度/Ma

高度/km

大型Ⅰ

>10

>600

0.2

-

2t

0.6

-

0.8

6

-

30

中型(集群)

Ⅱ

3

-

10

25

-

600

10

-

200

kg

微小型

(蜂群)Ⅲ

<3

<25

<10kg

都加拉加斯进行国民卫队成立81周年活动时,遭

到小型无人机暗杀

带炸药的无人机,3架均成功引爆。爆炸造成至

少7名国民警卫队士兵受伤,所幸马杜罗未受伤。

。暗杀行动共动用了3架携

0.3

-

0.8

1

-

9

<0.3

<6

这是世界首次使用小型无人机针对一国元首进行

暗杀活动

18

2019

。

年9月,沙特阿美石油公司的设施遭到

导致两处石油设施关闭

架无人机和若干枚巡航导弹袭击并引发大火

,沙特的日石油产量减少

,

了约50%。

在民航安全方面,据美国巴德学院公布的一

组统计数据,自2013年12月至2015年9月期

间,无人机和遥控飞机与民航共发生了327起危

险接近事件,其中28次导致航班为了避免与无人

机相撞而改变航线。2016年5月,成都双流机场

连日发现小型无人机在机场附近空域“黑飞”

[4]

造成55个航班无法正常起降。

,

上述威胁事件的共同特点是均为低慢小无人

机导致的。这些威胁事件一般分为两大类:一类

是无意闯入“禁飞区”的,如影响民航安全的无人

机;另一类则是蓄意窥探、预谋监视、有意攻击的,

这一类的威胁尤其防不胜防。微小型无人机的目

标特性如表1所示,低小慢无人机是指表1中的

第Ⅲ类微小型无人机,具有飞行高度低、目标尺寸

小、飞行速度慢三大特点。

为什么微小型无人机会对机场、油库、城市基

础设施等造成如此严重的影响?主要原因在于,

从军用角度来看,传统防空系统的主要作战对象

是大型快速运动的目标,很多传统的防空系统无

法对微小型无人机进行快速有效地发现、跟踪和

反制;从民用角度来看,一方面,全球范围内有数

以百万未登记注册的微小型无人机使用者,每架

微小型无人机又不需要装载应答机,因此现有的

空中交通管制系统无法对“禁空”区域出现的微

小型无人机进行探测、识别和跟踪;另一方面,也

没有专门的微小型无人机有效探测与快速反制技

术和产品。

航程/km>1000100

-

1000<100

航时/h6

-

403

-

120.5

-

2

材质

金属、复合金属、复合碳纤维、

材料材料复合材料

动力

涡扇、涡喷、小型涡喷、

活塞螺旋桨活塞螺旋桨

电动螺旋桨

RCS/m

2

非隐身,雷达红外

隐身设计

目标尺寸小

0.01

抑制设计

0.01

-

0.1

0.001

-

0.01

红外辐射百瓦级10

-

20W/sr0.04

-

0.5W/sr

针对上述问题,不少国家和地区相继颁布了

无人机管理办法,能够在一定程度上减少“黑飞”

无人机事件的发生。但是,出台的政策和制度只

能对于一般的微小型无人机玩家或者无意中闯入

“

沙特油田基础设施的袭击者或者蓄意利用微小型

禁空”区域的无人机操控者有约束,对于像袭击

无人机进行战略要地、城市机场、油田大坝、岛礁

港口等基础设施的恐怖组织等目前并没有很好的

应对手段,因此很有必要研究面向低慢小无人机

的快速高效探测与反制技术。

2　难点分析

　

究机构和用户一直难以找到高效快速低成本应对

　面对低慢小无人机威胁,各国军用和民用研

的办法。

对军用来讲,陆军面临的威胁最有代表性。

美国陆军

(ATP)3

2017年发布了《美国陆军技术出版物

手册旨在协助训练和教育各陆军机动部队运用反

-

01.81:反无人机系统技术手册》

[1]

,该

无人机战术、技术和流程(TTP),一定程度上解决

了在传统的防空系统中如何被动安全地处理微小

型无人机的攻击,但是仍然没有主动有效地解决

74

王智显,张雁平,詹雨飞

面向低慢小无人机的SKDC

-

LDS技术

投稿邮箱:dzxxdkjs@

微小型无人机的防御问题。

对民用航空来讲,小型无人机体型小巧且噪

音极低,接近地面并且缓慢地移动或者盘旋,所以

很难被发现或跟踪。即使被发现,如何击败小型

无人机也存在一些问题。例如,没有击中目标的

动能武器或撞击地面的碎片有造成附带毁伤的危

险。此外还有成本问题,尤其是当对手使用大量

相对廉价的无人机时。

况下无人机对象的运动区域是不连续的开阔区

域,因此造成无人机的连续稳定跟踪难上加难。

同时,由于城市对电磁辐射的控制,雷达探测手段

也会受到很大的限制。

难

2)城市复杂电磁环境下的无人机目标识别

由于城市环境有众多的民用ISM设备,再加

上城市众多建筑物导致的多径效应,导致如何从

目前,绝大部分对低慢小无人机探测与反制

技术都是从其他技术领域借用过来的,这就存在

这些技术在反无领域的技术适应性、环境适应性、

安全性、低附带损伤性和高性价比等问题。

1)

对于野外场景

远距发现跟踪难

,主要存在以下难点:

链路信号功率小,分布带宽大,频谱监测的远

距离发现难;飞行速度慢甚至会悬停,基于多普勒

检测的雷达发现难、稳定航迹跟踪难;光电探测的

作用距离近,视场小,多目标能力弱。同时,由于

低空飞行甚至贴地飞行,受视距限制,发现目标的

时候距离已经非常近了;且由于视距遮挡原因很

难侦收上行链路

2)

。

电磁散射方面

无人机目标识别难

,RCS小,多普勒微动特征弱,

基于雷达回波识别难;基于时频等多维统计参数

识别又难以满足宽频带实时性要求

3)

。

电子干扰方面

高效反制难

,侦收的是下行信号,但上下行

链路可能位于不同的频段、采用不同的波形,因此

基于上行信号的高效干扰难实现;HPM硬毁伤方

面,HPM尚未投入实战,效能未完全见底,且稳定

有效毁伤的作用距离较近;激光武器方面,虽然相

对成熟,但有效攻击时间较长,同时多目标能力

差;火箭弹等动能武器采用“大炮打蚊子”的方式

实际效果较差,且附带损伤大;网捕技术还很不成

熟。

对于城市环境,除了野外场景的难点外,由于

城市遮挡、人员密集、多径效应、电磁环境复杂等

特点,

1)

还会叠加以下难点:

如前所述

连续稳定跟踪难

,在克服相关野外场景的技术难点

后,可以实现在一定开阔区域内对低慢小无人机

的连续稳定跟踪,但是由于城市遮挡问题,通常情

复杂电磁环境和众多的民用电子信号中识别出无

人机信号并进行高效反制是一个很大的难点。同

时,城市环境中的人员、车辆、飞鸟、风筝等运动目

标也给无人机目标的准确识别带来很大难题

3)

。

由于城市环境人员密集

低附带损伤控制难

、建筑物众多,无人机

反制必须严格控制附带损伤。电子干扰必须考虑

不能影响周围的ISM频段设备,不能影响民用导

航设备的使用等;HPM设备由于可能会对民用电

子设备造成毁伤,因此需慎重使用;激光武器由于

通过烧毁无人机器件/材料的方式在无人机降落

后可能会造成火灾等也需慎重使用;动能武器均

不适合在城市环境使用。

3　国内外研究现状

　

点

　

,国内外开展了相关技术研究

针对日益迫切的反无人机威胁需求与上述难

、产品研制和实战

使用。据美国Bard学院无人机研究中心的2019

年《反无人机系统》报告对新闻、营销材料及其他

公开信息建立的反无人机数据库的不完

个制造商和

全球目前共有约

38个国家

537

;其

个反无产品

中,无人机

、

探

涉及

全

测系

277

统

计

[2]

,

175

统

的系统有

个,无人机拒止系统

138个。尽管已经有这么多的反无人机

214个,探测和拒止兼备

产品,但是反无人机系统的技术挑战尚未完全克

服。

通过对国内外的反无人机探测、定位与反制

技术进行全面的分析,可以得出如表2和表3所

示的各种技术优缺点对比。从表2和表3可以看

出,无人机探测与定位技术总体上比反制技术更

为成熟;任何一种探测、定位、反制技术都有它的

应用局限性,单靠一种技术手段很难实现对低慢

小无人机的快速发现、稳定跟踪和高效处置;相对

而言,无源定位、频谱监测与链路干扰、导航干扰

电子信息对抗技术·第36卷

2021年5月第3期

王智显,张雁平,詹雨飞

面向低慢小无人机的SKDC

-

LDS技术

75

等电子战手段具有发现早、处置快、全程使用、低附带损伤相对较小等特点。

优缺点对比

表2　无人机探测与定位技术对比

序号

1

2

3

4

5

名称

雷达

外辐射源

探测

无源定位

频谱监测

光电探测

红外探测

声探测

典型

精度

数十米

数百米

0.1%R

3°

数米

-

5°

对飞手

定位

否

否

能

能

否

否

否

技术成

熟度

成熟

较成熟

成熟

成熟

成熟

较成熟

较成熟

多目标

能力

较强

较强

强

强

弱

弱

弱

电磁

辐射

有

否

否

否

否

否

否

发现

时间

数秒

数秒

实时

实时

数秒

数秒

数秒

应用

边界

城市环境

辐射受限

要有环境

照射信号

靶机必须

辐射信号

必须白天无

雾无云无雨

热信号特

征明显

声音信号

特征明显

成本

高

较高

低

低

较低

较低

低

全天候

是

是

是

是

白天晴天

夜晚晴天

非雨天

表3　无人机反制技术对比

优缺点对比

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

名称

高炮

成本

高

高

低

低

低

低

高

高

精度

低

高

高

高

高

较高

高

高

附带损伤

大

大

小

最小

小

较小

较小

小

技术成

熟度

高

高

高

很低

高

较高

较高

高

对集群

目标

差

差

好

好

差

差

好

差

全天候

是

是

是

是

是

是

是

否

反制时间

分钟

分钟

实时

实时

较长

不确定

实时

数十秒

应用边界

主要反制高

速大目标

必须有链路

信号收发

目标低速、

几乎不机动

载机上要有

电子系统

与机身材料

和机动有关

撞击无人机

的飞行速度

和机动性要

优于靶机

防空导弹

链路干扰

导航干扰

链路接管

网捕

高功率

微波

高能激光

无人机

撞击

低低较小较低差是不确定

　　虽然各种无人机探测与反制产品不断涌现,

但实战条件下的真正效能存在不托底的问题,国

内以国防科技创新特区主办的“无形截击”比赛

最具代表性,该比赛重点对贴近实战条件下的反

无人机产品和技术进行了系统性综合测试,期望

有效考察反无人机系统的实际技术性能和作战能

力。比赛结果表明,没有万能的无人机探测、定位

与反制技术,也没有攻不破的防御圈。

综合上述分析,目前来看,尽管国内外反无产

品种类繁多,但是并未从根本上解决低慢小无人

机的威胁问题,没有万能的低慢小无人机探测技

术,也没有万能的低慢小无人机反制技术。为了

提供更稳健的探测、跟踪和识别能力,很多系统需

集成各种不同种类的传感器;为了提高拦截成功

76

王智显,张雁平,詹雨飞

面向低慢小无人机的SKDC

-

LDS技术

投稿邮箱:dzxxdkjs@

率,很多反无系统需组合使用各种拦截手段。行稳定跟踪,持续通过电子干扰手段夺取无人机

的控制权,并采用全向波束干扰构建全空域电子

防御“金钟罩”,迫使无人机无法采用无线电进行

控制或导航、将无人机的运动速度进一步降低,同

时根据应用场景和反制技术成熟度的不同采用高

功率微波武器、激光武器等有较大附带损伤的手

段、网捕等附带损伤很小的手段、链路接管等几乎

无附带损伤的手段。

4　系统解决方案与关键技术

4.1　总体方案

针对日益迫切的低慢小无人机威胁需求,综

合考虑野外场景和城市环境应用,应该构建架构

统一、功能可扩展、城市野外通用、性能可持续提

升的系统解决方案。结合前述难点分析和国内外

研究情况

SKDC

-

LDS(Soft

,从完整杀伤链的角度考虑

-

Kill

,本文提出

DistributedCoordination

erDefence

Lay-

杀伤链为核心的分布式协同分层防御系统

System)系统解决方案,即以电子战软

。

图1　远中近结合的SKDC

-

LDS防御示意图

远中近结合的SKDC

-

LDS防御示意图如图1

所示,SKDC

-

LDS防御各技术手段能力范围图如

图2所示。图2中表示对低慢小无人机的各

种低成本反制技术的作用距离范围,表示对低

慢小无人机的各种低成本探测技术的作用距离范

围,表示成本允许显著上升情况传统防空系统

中各种探测反制技术的作用距离范围。基于频谱

监测、无源定位、非协同探测、链路干扰、导航干扰

等电子战技术的发现早、处置快、全程使用、低附

带损伤相对较小等特点,建立以电子战软杀伤链

为核心的远中近三层分层防御系统,各层的功能

描述如下:

远区和中区通过电子战的频谱监测、非协同

探测与无源定位技术早发现、早识别目标并引导

雷达精跟踪,同步采用定向波束电子干扰手段对

目标进行电子攻击,部分目标可能由于干扰而坠

落,其他目标由于干扰可能会悬停或显著减速,此

时再根据这些目标的威胁等级以及与传统防空系

统的连接情况,视情采用传统防空武器对目标进

行攻击;近区仍然持续通过电子战的频谱监测、非

协同探测与无源定位技术对于“漏网”的目标进

图2　SKDC

-

LDS防御各技术手段能力范围图

同时,SKDC

-

LDS防御的系统架构是开放与

可扩展的,一方面可以方便地接入各种探测和反

制技术手段,并支持数据存储和人工智能各种技

术的学习训练;另一方面,也留有与传统防空系统

的接口,可快速方便地与其连接。根据目标所处

的不同防御层级和目标威胁等级

DC

佳处理流程

-

LDS防御的工作流程进行动态自主地采用最

、目标数量,SK-

SKDC

择各种反制手段

-

LDS能够智能融合多种感知手段

。结合无人值守系统的发展要求,

-

>

>识别

,具备“目标发现

-

>定位

、

-

自主选

>跟踪

市复杂环境等不同的应用场景

效能评估

-

>引导

”全链条作战任务

-

>实时频谱监测

。根据野外防空

-

>干扰

-

>打击

-

,SKDC

-

LDS可以

、城

自动地裁剪各种探测和反制手段,并针对不同的

场景自动地选取最佳处理流程

4.2　需突破的关键技术

。

基于上述总体方案,结合已有其他领域的成

熟技术,要实现对低慢小无人机的高效反制,需重

点突破以下

(1)定区侦察定位

“增量”关键技术:

针对复杂电磁环境,研究对电子信号的分布

式定区侦察技术,达到对很小区域内的信号的逐

一扫描与精确侦察,更进一步实现对无人机和飞

手的频谱监测、无源侦察定位。

(下转第104页)

104

赵　艳,刘　莉,马　丁,杨元安

频率合成器自动测试系统的设计与实现

投稿邮箱:dzxxdkjs@

针对这种情况,在本测试系统中,我们开发了

仪器自动识别与控制的功能,使得软件的通用性

和可维护性大大提高。其原理如下:

可用的测试资源列表,包括仪器等的地址、型号等

信息。

个与测试配置文件中的仪器型号比较,如果一致,

则匹配成功,找到可用的仪器。

制。测试软件中底层仪器控制通过调用VISA库

来实现。但是为了方便系统后续维护升级,测试

系统中将控制命令按功能进行了二次封装。这样

调用时,只需关心实现的功能,不用关心具体的型

号及底层控制指令,极大地方便了测试系统的维

护和升级。

3)控制。匹配成功后,可以对仪器进行控

2)匹配。按照搜索出来的测试仪器型号,逐

1)搜索。搜索总线上所有的测试资源,获取

并实现了自动测试系统。该测试系统主要采用的

是台式仪器与通用控制总线GPIB,未来可以扩展

功能,采用PXI总线和模块化仪器设备,降低测

试成本,提高测试工作的可靠性。

参考文献:

[1]　颜盾.面向卫星导航射频芯片的频率合成器的设计

与实现[D].北京:北京邮电大学,2012.

北京:电子工业出版社,2004.

[2]　李行善,左毅,孙杰.自动测试系统集成技术[M].

[3]　王坤,伍磊.基于LabVIEW的航空装备通用测试系

统设计[J].电子技术,2015(7):58

-

60.

[4]　靳取,方晖,柏业超.基于GPIB的数字电路自动测

52(6):1134

-

1137.

试系统研究[J].南京大学学报(自然科学),2016,

[5]　严乐,司斌,张从霞.基于ATML标准的空空导弹

ATS标准化描述[J].测控技术,2016,35(2):152

-

156.

4　结束语

　　本文根据某课题频率合成器测试需求,设计

[6]　程立敏.基于CH341

的USB总线数据采集系统设

计[J].科技视界,2016(25):225

-

227.

(上接第76页)

　　(2)智能融合识别与反制决策

可扩展、性能可持续提升的SKDC

-

LDS系统解决

方案,并给出了系统解决方案的应用视图和功能

视图。最后,基于SKDC

-

LDS系统解决方案,分

析了定区侦察、智能融合与识别、定区干扰等未来

需解决的关键技术。

参考文献:

[1]　r

-

UnmannedAircarftSystem

针对无人值守,多传感器信息的智能融合和

无人机目标的智能识别;实现将“人在回路”的各

种人工决策转化为机器自动决策,需要研究智能

反制决策技术。

(3)定区干扰

针对城市各种IMS设备与民用导航的广泛

使用给电子干扰技术带来的挑战,研究向特定区

域精确投送电磁能量的定区干扰技术,将干扰信

号能量控制在很小的一块区域内、甚至实现“定

点”干扰,以便将低附带损伤控制到最小。

[2]　r

-

DroneSystem[R].USA:Bard

Techniques[R].USA:DepartmentoftheArmy,2017.

5　结束语

　　面对日益迫切的低慢小无人机威胁,本文全

面分析了威胁问题产生的根源和难点,系统总结

了国内外低慢小无人机探测和反制的系统、产品、

技术发展现状,提出了军民通用、架构统一、功能

[3]　侯凯宇.第二届未来空战与人工智能高端论坛文集

[4]　李秀江.“黑飞”无人机逼停双流机场55个航班

[5]　杨一帆.马杜罗遭“刺杀”[N].澎湃新闻,2018

-

08

-

05(3).

[N].华西都市报,2016

-

05

-

30(2).

[C].杭州:国防科技专业组,2019.

College,2019.