无人机室内定位国内外研究现状(美国反无人机技术及能力发展现状)

Posted 2023-05-28

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无人机室内定位国内外研究现状(美国反无人机技术及能力发展现状)

无人驾驶飞机系统，也称为“无人机”。无人机按照用途可以分为民用（包括以个人娱乐为主要目的消费型及商用）和军用，按照飞行方式可分为旋翼机和固定翼机，按照大小又可分为微型无人机、小型无人机及大中型无人机。就民用消费型和商用无人机而言，当前主要用于拍摄、投递、植保、监测等，可能带来重大安全安保风险，比如，无人机进入敏感地点上空，或用于毒品走私等非法活动，引发安全隐患等。军用无人机则主要执行空中侦察、战场监视、定点打击等任务，并朝着支援有人驾驶战斗机向压制敌方防空系统、实施快速地面打击和导弹防御等领域扩展，正在逐步实现从辅助作战手段向基本作战手段的跨越。无人机正改变我们的生活和认知，同时给社会和国家安全带来风险，要减少这些风险，就需要发展反无人机技术，检测未经授权或不安全的无人机，在必要时干扰、捕获无人机或使其失去能力。美国作为世界头号科技和军事强国，在反无人机技术、能力方面一直持续布局，本文就从科普层面，简单介绍美国的民用及军用反无人机技术发展趋势，特别是美国国防部当前的反无人机能力发展。

基本情况

美国联邦航空管理局预测，到2024年，美国的商用无人机将达到约82.8万架，休闲用途的无人机将达到约148万架，合计超过200万架。在美国国内，针对消费型及商用无人机的反无人机活动受到现有联邦法律的限制或禁止，如《飞机破坏法案》或《计算机欺诈和滥用法》。截至2022年3月，美国只有国防部、能源部、司法部和国土安全部4个联邦政府机构获得在特定情况下执行反无人机行动的授权（如保护军事基地、监狱等敏感政府设施，或在体育比赛期间提供安全保障等），州及地方机构或个人均没有反无人机权限，地方机构通常依赖少量的联邦政府反无人机单位来应对无人机威胁。

在国防领域，无人机系统可以使美国的对手低成本地执行对美情报、监视和侦察任务，许多小型无人机由于尺寸、建造材料和飞行高度等原因，无法通过传统防空系统探测到。因此，美国防部2022财年提出在反无人机研发上投资6.36亿美元，在反无人机采购上投资7500万美元，整体反无人机资金比2021财年增加了1.34亿美元。

工作原理

反无人机一般涉及探测和节制两类技术。

探测技术。无人机探测可以使用多种方法，一是利用光电、红外或声学传感器，识别无人机的视觉、热或噪声信号；二是使用雷达系统；三是使用射频传感器，识别控制无人机的无线信号。这些方法经常组合使用，以提供更有效的分层探测能力。

节制技术。可以驱退或拦截未经授权的无人机。比如，干扰信号可以干扰或打断无人机与其操作员之间的通信连接，从而触发无人机着陆或返回。干扰是最常见的节制技术，干扰装置可以轻至2-5千克，单兵可携带，也可以重达数十上百千克，安装在固定位置或车辆上。其他节制技术还包括，使用非动能或动能力量（如定向能、枪炮、传统防空系统，甚至训练有素的动物），毁伤无人机。不过动能方法可能会导致坠落或爆炸的无人机带来意想不到的伤害。美国国防部当前正在开发和采购一系列不同反无人机技术，确保强大防御能力。

技术成熟性。尽管美国国防部至少从2014年起，就已经在国外部署反无人机技术，但在美国国内，使用无人机技术一直受限。过去4年，获得反无人机技术使用授权的机构已经在国内部署了一些反无人机技术，不过，其中一些技术探测和跟踪小型无人机的能力有限，很少有技术能成功地干扰或破坏无人机，许多技术的有效作用距离仅为300米左右。目前，为了应对潜在无人机风险，美国联邦航空管理局和一些获得授权的机构正在继续试验、评估和开发致力于应对特定风险环境的综合型反无人机平台。例如，一部强大的远程信号干扰机可以用于在军事基地附近乡村地区有效节制无人机，也能用于在城市或机场附近破坏无人机通信。随着无人机系统技术不断进步（如，变得更小、更容易操作）、更为公众所广泛使用，探测和节制无人机也更具有挑战性。

美国国防部反无人机技术发展

1.空军

美国空军正在试验高功率微波武器和激光武器两种定向能反无人机能力。例如，2019年10月，美国空军接收一种车载反无人机原型机——“高能激光武器系统”（HELWS），将进行为期一年的海外实地试验。HELWS的目的是在几秒钟内识别和压制敌方或未经授权无人机，连接到发电机时，可提供“几乎无限次射击”。正如空军《2016年小型无人机飞行计划》中所述，美国空军可能会进一步寻求机载反无人机能力。

2.海军

2014年，美国海军在“庞塞”号两栖船坞运输舰上部署了首型也是迄今唯一可作战使用的定向能武器——“激光武器系统”（LaWS）。LaWS是一种能执行反无人机任务的30千瓦级激光武器原型机。2021年，美国海军在多艘导弹驱逐舰上部署“光学眩目拦截器”（ODIN）和60千瓦级“具备一体化光学眩目和监视能力的高能激光器”（HELIOS）。此外，在2019年3月28日的一份备忘录中，海军部宣布，将与国防数字服务处合作，“快速开发新型反无人机产品，应对不断发展的无人机威胁”。

3.海军陆战队

美国海军陆战队通过地基防空（GBAD）项目办公室投资了一系列反无人机系统。例如，2019年，海军陆战队完成“海军陆战队防空一体化系统”（MADIS）的海外测试，是一种干扰和火炮攻击系统，可安装在MRZR全地形车、联合轻型战术车和其他平台上；2019年7月，美国“拳师”号两栖攻击舰上海军陆战队员使用MADIS击溃一架出现在该舰“威胁范围”内的伊朗无人机。此外，作为地基防空项目的一部分，海军陆战队还在采购“紧凑型激光武器系统”（CLaWS），也是美国防部批准的首型地基激光武器。据报道，该系统包含2千瓦、5千瓦和10千瓦级三个型号，陆军也在使用。同时，尽管海军陆战队已经试验了便携式反无人机技术，但海军陆战队司令大卫·伯格2019年在国会作证时表示，由于重量和功率方面的需求，相关技术“尚未成功”。

4.陆军

美国陆军2016年7月发布一份反无人机战略，指导本军种反无人机能力发展，2017年4月发布《陆军技术出版物3-01.81：反无人机系统技术》，阐述了“在作战行动中防御低、慢、小无人机空中威胁的规划考虑”，以及“如何在部队训练中集成反无人机士兵任务”。反无人机也是美陆军作战能力发展司令部六层防空反导概念（①弹道、低空无人机交战，②多任务高能激光武器，③下一代火力雷达，④机动防空技术，⑤高能激光战术车演示验证机，⑥低成本增程防空）的一部分。尽管这些系统仍在开发中，但美陆军已经部署一些单兵便携式、车载和机载反无人机系统。此外，美国陆军也和海军一样，已与国防数字服务合作，开发计算机使能的反无人机产品。

5.国防部本部

美国国防部正在研究一系列反无人机技术。例如，美军联合参谋部和国防部其他机构参加“黑镖”演习（旨在评估和验证现有和新兴防空反导能力及反无人机概念）等反无人机工作；美国国防高级研究计划局（DARPA）投资“反集群人工智能”项目、“多方位防御快速拦截炮弹交战系统”（用于舰基点防御）等反无人机技术开发项目。2019年12月，美国国防部精简了国防部内各种反小型无人机项目，将陆军指定为监管国防部反小型无人机工作的执行代理。2020年1月，国防部长批准“联合反小型无人机办公室”实施计划。该办公室与作战司令部、采办与保障副部长办公室协同，对40多种已部署反小型无人机系统进行评估，目前已选定10种反小型无人机防御系统和1种标准化指挥与控制系统进一步发展。此外，联合反小型无人机办公室制定了一份能力发展文件，阐述未来系统作战需求；还于2021年1月发布《国防部反小型无人机战略》；计划制定一份关于反小型无人机的国防部指令和一份反小型无人机能力威胁评估。国防部计划在2024财年前成立一所联合反小型无人机学院，面向全军提供反无人机战术训练。

机遇与挑战

随着无人机技术和系统在世界范围扩散，美国面临的无人机风险日益严峻。而反无人机技术发展，既有机遇也面临挑战。

机遇。①增强的安全性。无人机已经干扰过军事和商业飞机的操作，进入过大型体育赛事空域，非法访问过无线网络，并被在敏感国家安全设施上空出现，反无人机技术可以应对这些威胁，为关键地点和资产带来增强的安全性。②更好的态势感知。反无人机平台可以跟踪关键地点附近的无人机活动，促进数据分析以更好地了解威胁。

挑战。①有效性。电磁干扰（如电力线、LED灯）和小型空中物体（如飞鸟）会降低探测能力或引发误探测。节制型反无人机系统可能作用范围有限，难以对抗快速移动或以不可预测模式移动的无人机。②意外后果。反无人机平台可能因为干扰附近通信（如使用导航系统的设备）而带来安全隐患。以动能方式节制无人机，弹丸飘忽不定或无人机掉落都可能意外毁伤地面财产或人员。③隐私问题。反无人机探测方法可能会收集到个人身份信息，如操作人员或旁观者图像信息等，从而带来隐私问题。

出品：科普中国军事科技

科学顾问：费伯禹

策划：林佳欣

监制：光明网科普事业部

来源：光明网-科普中国