作者：吴浩、徐婧、李刚

作者单位：成都空御科技有限公司、中国科学院成都文献情报中心、清华大学电子工程系

摘要现阶段，全球民用无人机行业爆发式增长，与此同时，无人机“黑飞”给社会公共安全造成了巨大的威胁。本文从无人机探测与反制的技术难点出发，分别介绍了主要的探测技术手段和反制技术手段，重点分析对比了各种技术手段的优势和不足，并对当前各技术的应用情况进行了分析。最后，本文展望了反无人机技术面临的挑战，提出了未来反无人机技术发展的行业建议。

关键词反无人机；探测技术；反制技术；未来挑战

引言

无人机的市场前景广阔，小型无人机可广泛应用于航空摄影、农业植保、防灾减灾、搜索营救、交通监管、资源勘探、遥感测绘、边防巡逻、气象探测等领域。然而，无人机管控手段的滞后，造成了很多“黑飞”事件无法监管、无法追责，无人机探测与反制需求呼之欲出。在军民用机场、重大活动保障、核心基础设施、大型场馆、监狱、边防等领域，反无人机系统产品需求强烈。然而，目前在无人机的管控方面仍存在着诸多挑战，未来还会面临更多问题需要进一步的研究和攻克。

1无人机探测与反制技术难点

1.1无人机探测技术难点

雷达是对空中目标探测的主流手段，但无人机是典型的低空慢速小目标（简称“低慢小”）[1]。所谓“低慢小”是指具有低空飞行、飞行速度慢、不易被侦测发现等特征的小型航空器和空飘物的统称[2]。这些“低慢小”的无人机成本低廉、操控简单、携带方便、容易获取，并且升空突然性强、发现处置困难，容易被作为运载爆炸物品、投放生化毒剂、散播传单的工具。

“低慢小”目标的特性决定了对无人机目标探测时有如下难点：首先，“低”的特点导致地杂波等背景杂波干扰严重；其次，“慢”的特点导致雷达必须具有很好的低速检测性能；最后，“小”的特点导致雷达需要较高的检测灵敏度以及稳定性。因此传统雷达在对付无人机时表现不佳，甚至不能满足使用要求，需要针对性的研发无人机探测雷达。

无线电信号监测、光电识别跟踪以及声音监测等手段也是无人机探测跟踪的补充手段，但无人机本身具有使用常规通信频段、可无线电静默飞行、目标特性小、机动性强、行动突发性高、噪声小等特点，因此这些探测手段也面临着巨大的挑战。

1.2无人机反制技术难点

在无人机被探测识别之后，对其进行反制时依然面临很多技术难点。如果采用电磁干扰手段，对环境要求相对较高，并且可能对周边电磁环境造成连带干扰；如果采用激光等摧毁方式，会对地面产生次生安全危害，不宜在城市环境下使用；如果采用无线电信号劫持等方式，则只能对部分已破解协议的无人机适用。因此，发现无人机后的处置问题也是一项巨大的挑战。

2无人机探测关键技术及分析

2.1无人机探测关键技术

无人机探测与识别是一项综合多学科的应用技术，即通过雷达探测、无线电信号监测、光电识别跟踪、声音监测等一项或多项技术，实现对无人机的探测、跟踪和识别。目前，有多项技术可以实现对无人机的探测和识别，国内外已知的技术手段如下。

2.1.1雷达探测

雷达探测是雷达系统通过发射电磁波，利用无人机机身对电磁波反射原理对无人机进行检测和位置测量[4]。通过接收分析反射的雷达波可以获得目标的距离、高度、方位、速度信息。由于无人机“低慢小”的特性，传统雷达对其探测性能不好。近些年部分针对无人机探测研发的新型雷达，在雷达信号设计、信号处理算法、地杂波抑制等方面均有些突破，在一定程度上提升了雷达对无人机探测的性能，具备了实用价值。

2.1.2无线电信号监测

通常情况下，无人机在飞行过程中飞控系统和图传系统都会发射无线电信号。无线电信号监测就是利用飞控信号和图传信号的频谱特征进行分析，实现对无人机的探测和识别。其中单站测向技术可以监测解算出无人机的方位信息，同时利用接收信号强度对无人机距离进行粗略估计；多站时差定位技术可以通过目标相对于多个接收站的信号时延解算出目标的位置信息。另外，利用无人机的无线电“指纹信息”，可以创建无人机黑白名单，实现对无人机的管控，以及无人机的精准识别和预警警告[4]。

2.1.3光电识别跟踪

光电识别跟踪技术主要有两类：可见光识别跟踪以及红外识别跟踪。

可见光识别跟踪是利用可见光摄像机对目标无人机的视频图像进行检测，从而识别确认目标，并对目标进行跟踪。该技术适合在白天使用，其设备成本较低，应用较为普遍。

红外识别跟踪是利用红外摄像机对目标无人机的红外图像进行检测，进而对无人机进行识别跟踪。事实上，一切温度高于绝对零度的物体都在辐射红外线，无人机在飞行过程中电池和电机会产生热量，为红外识别跟踪技术的应用提供了机会。该技术可以全天候使用，但因其设备成本较高，应用有一定限制。

光电识别跟踪一般需要探测发现手段的引导，作为一种跟踪确认手段，它可以可视化跟踪目标，使用户能直观地进行观察。此外，光电识别跟踪通过图像手段对目标进行自动识别，因而可以进行视频取证。

2.1.4声音监测

无人机在飞行时，因其螺旋桨的高速转动会产生一定程度的噪声，不同的无人机具有不同的声纹特征。声音监测就是对这一噪声进行接收、采集、分析，通过与已有声纹特征数据库里的信息进行智能匹配，实现对无人机的监测发现和型号识别。该技术作为被动监测手段，具有很好的隐蔽性，同时该技术手段设备成本较低，具有一定的竞争力。

2.2无人机探测技术分析

2.2.1探测技术对比

以上介绍的主要探测技术原理各不相同，技术成熟度、探测效果、应用场景、成本代价也存在着差异。表1对无人机主要探测技术的优势和缺点等方面进行了综合分析。

2.2.2探测技术应用情况

雷达探测和无线电信号监测手段是目前市场上应用最广也是技术最成熟的探测手段，其他探测手段（如声音监测等）的成熟度有待提升，光电识别跟踪则一般作为探测手段的确认补充。

从技术特点来看，传统的单一侦测手段无法完全独立应对所有情况，无法高效准确地侦测到目标。采用多手段组合探测是目前比较主流的方式，市场上已有一些系统集成了不同的探测手段来提升探测能力。例如，系统以雷达作为探测手段，当探测到疑似无人机目标时，系统会调用光电设备进一步搜索确认，同时对雷达和光电设备进行信息融合，系统可以对目标进行高精度的实时定位。根据美国巴德学院无人机研究中心对反无人机厂商的分析报告[5]，报告中对个具有无人机探测功能的系统中所使用的技术手段进行了统计分析（如图2所示）。结果显示，雷达探测、无线电监测技术的使用率较高，光电识别跟踪技术一般作为雷达探测和无线电信号监测的辅助手段，声音监测技术因其本身的局限性而使用率并不高。采用两种手段综合探测时，雷达探测和光电识别跟踪相结合是主流应用，雷达探测、无线电监测及光电识别跟踪相结合也是考虑较多的技术搭配方式。

图2无人机探测技术应用情况

3.1无人机反制关键技术

对于处于非法飞行状态的无人机，通过探测与识别技术发现后，需要反制手段对无人机进行处置。目前，国内外的反无人机系统主要采用四种方法进行反制。

3.1.1干扰阻断类

目前，反无人机系统运用最为广泛的是干扰阻断型的无人机干扰设备，即利用电磁波、声波等方式，干扰无人机的通信或者硬件，迫使无人机自动返航或自动降落。目前主要有以下几种类型的干扰。

·电磁干扰

电磁干扰可以有效的阻断无人机和控制台站之间的通信，切断无人机的遥控信号以及数传、图传信号，使无人机进入信号丢失后的自我保护状态，达到对无人机的迫降或者驱离的目的。电磁干扰可以根据需要进行定向或者全向干扰，可以有效的处理作用距离内的多架次无人机，具备针对“无人机集群”的打击能力。

·导航信号干扰

民用无人机一般利用卫星导航定位系统对自身位置进行定位，通过实施导航信号干扰可实现对无人机的干扰阻断。无人机在失去导航信号后，无法精准定位，从而影响无人机的飞控系统，限制无人机的飞行。由于导航信号较弱，此种干扰手段容易实现；但这种干扰方式会同时影响作用范围内其他设备的导航终端，使用时需要格外注意。

·声波干扰

无人机有一个重要的组件——陀螺仪，帮助无人机感知其自身的飞行状态。无人机通过陀螺仪的反馈信息和控制系统维持自身的平衡。因此，如果能够破坏陀螺仪的正常工作，就可使无人机无法正常工作。声波干扰就是通过发出与陀螺仪的声波频率一致的声波，致使其发生共振，使无人机上的陀螺仪无法正常工作，导致无人机坠毁。但目前这种干扰方式造价昂贵，不适合广泛的推广使用。

3.1.2直接摧毁类

导弹、激光武器、微波武器、格斗型无人机以及常规火力等都能对无人机进行定向攻击，达到直接摧毁无人机的目的。不过，这种方式要求瞄准精度高，且成本代价高，还会因为无人机的坠落造成连带损失，因此直接摧毁无人机的方式在民用领域几乎不可行。

3.1.3拦截捕获类

另一种反制方式是从地面或从空中拦截捕获。主要方式包括：捕捉网、无人机捕捉、老鹰捕捉等。

比较常见的是用发射枪弹射捕捉网，不过这种方式对无人机的作用距离有限。还有采用大型无人机来捕捉小型无人机，利用大型的8轴无人机，下面挂载着巨型的捕捉网捕捉小型无人机。然而，这种方法操控的难度较大，且灵活性上小型无人机更占优势，因此并未被广泛使用。此外还有通过训练老鹰，将无人机抓捕后带到指定区域。要想对无人机进行拦截捕获，需要无人机在可视范围内，因此其适用距离就很受限。随着无人机避障技术的发展，拦截捕捉会越来越困难。

3.1.4诱骗控制类

·导航信号诱骗

针对搭载卫星导航终端的民用无人机，通过发射虚假的导航卫星信号，可以欺骗迷惑无人机的导航终端，使其定位在系统预设的虚假位置。通过卫星定位信号诱骗可以实现禁飞区设置、返航点欺骗和航路欺骗等。由于无人机接收到的卫星导航信号较微弱，系统只需要很小的发射功率即可实现对无人机的诱骗效果。

·无线电信号劫持

当前，无人机使用的控制信号大多正在2.4GHz和5.8GHz等常规民用频段。无线电信号劫持技术就是首先破解无人机信号的通信协议，然后向无人机发送信号更强的控制信号，从而获得无人机的控制权。该技术是目前国内外无人机反制领域最为先进的一种技术。但随着无人机通信技术和加密技术的提升，破解难度越来越大，并且需要定期更新无人机频谱特征适配库和通信协议，成本较高。

·黑客技术

现在市场上很多无人机采用使用手机和平板电脑进行操控，无人机与遥控器之间采用WiFi信号进行通信，因此可以使用很多成熟的黑客技术来劫持无人机。但该方法门槛较高且不易商业化，因此当前无人机反制所采用的技术主要以干扰阻断为主[4]。

3.2无人机反制技术分析

3.2.1反制技术对比

以上介绍的几类反制技术在成熟度、应用场景、作用效果、成本代价等方面各有特点，表2对主要无人机反制技术进行了对比分析。

3.2.2反制技术应用情况

根据美国巴德学院无人机研究中心对反无人机厂商的分析报告[5]，报告中对个具有无人机反制功能的系统所使用的技术手段进行了统计分析（如图3所示）。结果显示，目前绝大部分的反制系统都采用了干扰阻断类的技术手段，其他技术采用较少。反制系统的主流应用是采用单一手段。当多种技术结合时，一般以干扰阻断类技术为基础，其他技术作为补充。

图3无人机反制技术应用情况

4反无人机技术未来挑战

当前，国内外都积极展开了对民用反无人机系统的相关研究，包括无人机的探测跟踪、预警、硬毁伤、干扰等武器装备和技术手段。随着反无人机技术研究及应用渐成热点，其装备发展呈多样化特征[6]。与此同时，无人机的小型化和智能化，使反无人机的难度不断增加，如微小型无人机会增加探测跟踪和预警的难度；控制程序和通信链路的升级会增加网络攻击和电子干扰的难度[7]。展望未来，反无人机技术还面临以下挑战。

4.1单种探测方式难以保证有效性

对于“低慢小”目标的典型——无人机来说，每种探测方式都存在自身的缺陷。例如雷达很难探测到悬停或低速的无人机；光电系统受天气影响巨大，且可能会将无人机混淆为鸟或飞机。声学传感器依赖于已知无人机发出的声音库，因此可能对未收录声音的无人机充耳不闻。无线电探测系统需要截获到无人机的电子信号，如果无人机处于静默飞行的状态，系统则无法检测到目标。

4.2难以避免虚警和漏报

反无人机系统的目标是同时具备较高的探测概率以及较低的虚警率，而这一目标很难实现。无人机探测传感器必须足够灵敏才能探测到在区域内飞行的所有无人机，然而过于灵敏可能会产生大量的虚警，导致系统无法使用，而不够灵敏的系统可能会漏报，也会影响系统使用效果。

4.3难以区分无人机合法和非合法使用

在一定的范围内，可能会同时存在合法飞行的无人机以及“黑飞”无人机，反无人机系统需要能够区分合法无人机和潜在威胁无人机。虽说目前部分设备具备一定的“黑白名单”功能，但整体上还不能切实有效的对合法和非合法使用的无人机进行区分。

4.4难以避免的拦截危害

采用动能拦截干预无人机的系统，其最明显的缺点是拦截危害的危险性。因物理手段而中断飞行的无人机会高速坠落在地面上。因此，动能拦截系统不适合在人群中使用，可能仅限于在军事环境或偏远地区中部署。

然而，如果采用非动能拦截型反无人机系统也存在相关的问题。例如，电磁干扰对预设编程飞行的无人机效果不理想，此外，干扰系统还可能干扰附近的合法通信链路。

4.5系统有效性和稳定性有待提升

目前为止，已商用的反无人机系统的有效性和稳定性都有待提升。此外，无人机技术本身的飞速发展也对反无人机系统的有效性提出挑战。反无人机系统需要不断响应无人机技术的新进展，研制出相对应的解决方案，才能保持其系统的有效性。

5反无人机行业发展建议

近年来，无人机被广泛应用，但无人机管控手段却严重滞后，相关监管部门承担着来自多方面的压力。高额罚款与追究刑事责任无法根本管制“黑飞”，还有很多“黑飞”嫌疑人仍逍遥法外。监管难的问题始终摆在眼前，很多人因为无人机得到便利，也有越来越多的人的利益和安全得不到保障，这一问题也成了无人机行业继续发展的“壁垒”。一言以蔽之，无人机管控面临的矛盾就是日益增长的无人机使用需求和落后的无人机监管能力之间的矛盾。针对目前国内反无人机情况，行之有效的办法应该是将立法与技术管控手段相结合。对此，本文提出以下建议。

5.1积极推动立法工作

要将无人机行业发展置于规范管理中，一部专门的行业法规不可或缺[8]。没有规矩不成方圆，必须给无人机立法立规，才能保障公共安全，才能促进无人机飞行有序，无人机产业健康发展。针对民用级无人机的监管，应加快建立专门的法律法规，使无人机的生产、销售、存储、飞行各个环节的管控均有法可依。

5.2大力促进技术发展

反无人机技术尚处于发展阶段，目前针对无人机的探测和反制技术虽然有多种，但每种技术都在一定程度上存在着使用限制，针对目前的技术现状，需结合实际使用场景，积极探索各种探测以及反制手段相结合，进行深度信息融合，以系统角度整合各手段的优势，增加反无人机系统的有效性与稳定性。

5.3紧盯前沿尖端，实现融合发展

放眼整个低空安防领域的发展，国外由于起步早、技术基础好，在该领域技术、产品、方案等各方面已走在行业前列。为此国内相关的反无人机企业应不断加大与国际反无人机企业的深入合作交流，开阔研究思路，把握世界本领域的最新发展动态，充分利用国际已有的先进技术和经验对自身技术进行补充和升级。

5.4基于已有技术，推陈出新

基于项目已有的研究成果，积极探索基础研究、应用基础研究和应用研究，同时深入用户应用场景，提升应用方案的有效性和系统实战性。同时相关反无人机研发企业除积极开展国际学术交流与合作，不断提高国际化水平外，应加大与国内外各科研院所的合作和深入交流，共建反无人机大平台，实现反无人机技术的提升。

6结束语

无人机的广泛应用和无人机管控手段滞后使得无人机危害公共安全事件时有发生。然而，反无人机技术尚处于发展阶段，针对无人机的探测和反制技术虽然有多种，但每种技术都在一定程度上存在着使用限制。目前，无人机探测手段主要以雷达探测和无线电信号监测为主，辅以其他多种技术手段；无人机反制手段主要采用干扰阻断类技术。展望未来，反无人机技术发展还面临着多重困难，包括单种探测方式难以保证有效性、难以避免虚警和漏报、难以区分无人机合法和非合法使用、难以避免的拦截危害、系统有效性和稳定性有待提升等。在反无人机发展上，建议采用立法与技术管控手段相结合，积极推动立法工作，大力促进技术发展，利用尖端技术融合发展，基于已有技术推陈出新，发挥反无人机技术的应用实力，实现无人机应用的有序管控。

参考文献

[1]曹原,陈钢,张金泽,等.雷达导引头对低空慢速小目标探测能力的研究[J].现代雷达,,34(10):18-23.

[2]韩晓飞,蒙文,李云霞,等.激光防御低慢小目标的关键技术分析[J].激光与红外,,43(8):-.

[3]傅有光.雷达:武器平台的千里眼[J].国防科技工业,(06):66-69.

[4]吴小松,房之军,陈通海.民用无人机反制技术研究[J].中国无线电,No.(3):61-64.

[5]HollandMichel.COUNTER-DRONESYSTEMS.

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