低慢小航空器防控裝備發(fā)展現狀與問題分析.doc

“低慢小”航空器防控裝備發(fā)展現狀與問題分析 “低慢小”航空器是低空、慢速、小型航空器的統(tǒng)稱，主要包括部分軍用無人機、航空模型、部分有人駕駛飛行器(如動力傘、滑翔翼)和空飄氣球等。“低慢小”航空器成本低廉、操作簡單、攜帶方便、易于獲取，具有起飛要求低、升空突然性強、發(fā)現處置困難等特點。近年來，隨著低空空域管制的逐步開放和“低慢小”航空器技術的飛速發(fā)展，“低慢小”航空器違規(guī)飛行和用于恐怖襲擊事件的案例日益增多，關于“低慢小”航空器非法測繪、抵近偵查、擾亂正常航空秩序的報道頻頻見諸報端，造成了較大的負面影響和經濟損失，嚴重影響國家安全和國民經濟的正常發(fā)展?！暗吐　焙娇掌鲙淼耐{2016年4月17日，一架從日內瓦飛往倫敦的空客A320客機，在倫敦希思羅國際機場進場降落過程中，與一架遙控無人機相撞，當時這架飛機載有132名乘客和5名機組人員。早在2014年7月，倫敦希思羅機場就發(fā)生過一起“不明身份”無人機險些與正準備降落的空客A320客機相撞的事件。當時，民航管理局將該起事件定性為“A”級，即“相撞風險嚴重”，這是民航管理局風險定性的最高級。2015年1月26日，美國執(zhí)法部門發(fā)現一架小型旋翼無人機墜毀在白宮南部草坪，特勤局隨即展開安全調查。有媒體評論稱，此次事件將會引發(fā)有關民用無人機監(jiān)管政策的激烈討論。2014年3月24日和31日，韓國相繼在坡州市和白翎島發(fā)現兩架墜毀的無人機，機上配有小型相機，其中24日墜毀的無人機還拍攝了較為模糊的韓國總統(tǒng)府青瓦臺的畫面。2013年12月29日，一架經航模改裝的無人機在北京首都國際機場以東空域飛行進行測繪作業(yè)，此次飛行活動沒有履行報批程序申請空域，導致首都機場十余班次航班延誤起飛，兩班次航班實施空中避讓。2013年9月15日，德國總理默克爾、防長托馬斯德梅齊埃等在東部城市德累斯頓參加競選集會時，被一架迷你無人機擾亂。這架長40cm的無人機先是在臺下觀眾頭上盤旋，隨后落在默克爾等人的腳下。同樣在德國，2013年6月25日，德國警方逮捕了兩名試圖用遙控模型飛機制造恐怖襲擊的突尼斯人。針對“低慢小”航空器帶來的上述威脅，現有常規(guī)武器裝備通常無法對其實施有效的處置攔截，使得如何防范“低慢小”航空器的干擾破壞，成為重點區(qū)域、重大活動的安保難題，因此世界各國積極開展“低慢小”航空器預警探測、處置攔截技術的研究，研制防控裝備，提高防空系統(tǒng)對低空/超低空目標的探測、識別、跟蹤和處置能力。國外“低慢小”航空器防控裝備發(fā)展現狀近年來，歐美各國軍工企業(yè)和科技公司投入大量人力物力研發(fā)“低慢小”航空器防控裝備。所不同的是，軍工企業(yè)研制的防控裝備主要以激光攔截和傳統(tǒng)火力攔截等“硬殺傷”攔截方式為主，主要保障前沿要地和艦船等軍事目標的安全；科技公司研制的防控裝備主要以無線電干擾和網式攔截等“軟殺傷”攔截方式為主，主要保障城市安全和航空安全。預警探測裝備解決“低慢小”航空器探測問題的途徑主要有兩種：光電探測(可見光、激光、紅外)和雷達探測。在光電探測方面，美國國防預先研究項目局(DARPA)一直在進行“先進寬視場圖像重建與開發(fā)”(AWARE)項目的研究工作。2012年，DARPA在美國海軍研究實驗室成功測試了10億級像素的寬視場高清攝像機，DARPA計劃通過AWARE項目最終將攝像機的像素提高到100億500億。目前AWARE-2和AWARE-10攝像機的視場角為12070和10060，基本解決了大視場和高分辨率的矛盾，可實現對“低慢小”航空器的有效探測。2015年底，美國諾斯羅普格魯曼公司在美國陸軍舉行的MFIX試驗中，驗證了名為“毒液”的反無人機系統(tǒng)?！岸疽骸笔且环N地面定位系統(tǒng)，集成了諾斯羅普格魯曼公司歷經戰(zhàn)爭檢驗的輕型激光指示/測距儀(LLDR)，能在晝夜及模糊可視環(huán)境下識別、鎖定、跟蹤低飛的小型無人機?！岸疽骸狈礋o人機系統(tǒng)在雷達探測方面，為了應對低空/超低空武器的空襲，歐美各國研制出多種軍用低空監(jiān)視雷達，如美國雷神公司研制的MRSR雷達、泰勒斯雷神系統(tǒng)公司研制的AN/MPQ-64“哨兵”系列雷達以及瑞典薩博公司研制的“長頸鹿”(Giraffe)系列雷達等。2015年，薩博公司在代號“布里斯托15”的試驗中，驗證了“長頸鹿”捷變多波束(Giraffe AMB)雷達對“低慢小”航空器的探測跟蹤能力。Giraffe AMB雷達是用于地面和海洋的G/H波段被動電子掃描陣列雷達，在提供海岸監(jiān)視能力的同時，還能對固定翼飛機、直升機、地面目標等進行分類與跟蹤。在“布里斯托15”試驗期間，Giraffe AMB雷達從周圍的地面雜波中識別出100多架雷達散射截面積(RCS)低至0.001m2的無人機。Giraffe AMB雷達此外，由于“低慢小”航空器種類繁多、飛行機動靈活，單一手段很難對其進行精準探測，因此歐美國家也在大力發(fā)展多元傳感器協同探測技術。比如，美國Dedrone公司研制的無人機預警系統(tǒng)DroneTracker 2.0版。該系統(tǒng)由電視錄像機、紅外熱像儀、聲波/超聲波傳感器和無線WiFi傳感器組成，最大探測距離500m。DroneTracker預警系統(tǒng)2015年，英國布萊特監(jiān)控系統(tǒng)公司、切斯動力公司和恩特普賴斯控制公司聯合研制出一款集合了探測、跟蹤和干擾能力的“反無人機防御系統(tǒng)”(AUDS)。AUDS由4頻段射頻抑制/屏蔽系統(tǒng)、光學干擾器和快速部署模塊組成，能夠在8km內探測、跟蹤、識別和干擾壓制無人機。AUDS的優(yōu)點主要體現在：(1)采用了多普勒處理技術的電子掃面雷達，可全天候全天時探測高速/低速飛行的微型和小型無人機，具有良好的地面雜波抑制能力；(2)采用了高精度穩(wěn)定光電指示器，結合最先進的晝夜光電/紅外攝像機和數字視頻跟蹤技術，能夠自動跟蹤和識別無人機；(3)采用了智能射頻抑制器，能夠根據無人機的不同類型指控通信鏈路進行選擇性干擾，減少附帶損傷。2015年3月，AUDS參加了法國政府組織的一次試驗，在試驗中成功探測和壓制了一系列固定翼和旋翼無人機。同年9月，意大利Selex ES公司在英國軍警裝備展上展示了該公司“獵鷹防護盾”(Falcon Shield)反無人機系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用攝像機、雷達和先進的電子設備監(jiān)控無人機接收和傳輸的信號，從而對其進行跟蹤并確定其類型。一旦來犯的無人機被確定為威脅目標，Falcon Shield就會對這架無人機發(fā)起電子攻擊，將其擊毀或捕獲。AUDS反無人機防御系統(tǒng)2016年4月，以色列拉法爾公司在巴西防務安全展上披露了“無人機穹”(Drone Dome)無人機探測、跟蹤、壓制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括RADA公司的RPS-42戰(zhàn)術空中監(jiān)視雷達和光電傳感器，可360探測無人機，并對探測到的無人機進行跟蹤和分類。在將收集到的數據進行綜合和相干分析后，Drone Dome或向無人機操作員發(fā)出警告，或對無人機GPS信號和射頻信號實施干擾。無獨有偶，以色列埃爾塔公司也研發(fā)出一套與Drone Dome類似的反無人機系統(tǒng)“無人機衛(wèi)士”?！盁o人機衛(wèi)士”集成了埃爾塔公司的改進型3D雷達、光電傳感器以及專用的電子干擾系統(tǒng)。Drone Dome反無人機系統(tǒng)處置攔截裝備在處置攔截方面，激光攔截技術日益受到美、德等國的高度重視，并已取得了長足的進步。2009年，美國波音公司對移動式激光武器系統(tǒng)“激光復仇者”進行了能力測試，并成功擊落了一架無人機。在“激光復仇者”平臺上還安裝有輕型25mm機關炮，作為反無人機演示的一部分，對25mm機關炮進行的射擊試驗也取得了成功。這充分展示了定向能/動能混合系統(tǒng)對抗無人機的潛在能力?！凹す鈴统鹫摺蔽淦飨到y(tǒng)隨后，波音公司又研制出“高能激光機動演示系統(tǒng)”(HELMD)和“緊湊型激光武器系統(tǒng)”(CLWS)兩套反無人機激光武器系統(tǒng)。HELMD是一款輸出功率為10kW的激光武器，安裝在“奧什科什”戰(zhàn)車上，能夠克服霧、風、雨等不利天氣條件的影響，追蹤和擊落無人機，因此被形象地稱為“輪子上的死亡光線”。2013年在白沙導彈試驗場和2014年在埃格林空軍基地進行的兩次測試中，HELMD成功擊落150多個空中目標，其中包括60mm口徑的迫擊炮彈以及無人機。接下來，波音公司將為HELMD安裝50kW或60kW的激光器，在這一具有戰(zhàn)術意義的功率下，測試其反火箭彈、炮彈、迫擊炮彈(C-RAM)和反無人機的能力。CLWS是一款便攜性更高的激光武器，由光纖激光器、升級版光束導向器、電池組和冷卻裝置等組成。每個部分由12名陸戰(zhàn)隊員攜帶，812人的陸戰(zhàn)分隊可以在15分鐘將攜帶的4部分CLWS組裝完畢。該系統(tǒng)總質量約為295kg，輸出功率210kW，用于對付35km內的目標。2015年8月，在美軍組織的“黑色飛鏢”反無人機年度演習中，CLWS射出的激光束在照射無人機尾部1015s后，將其擊落。高能激光機動演示系統(tǒng)(HELMD)緊湊型激光武器系統(tǒng)(CLWS)美國洛克希德馬丁公司同樣采用10kW光纖激光器，研制出一款可移動的陸基“區(qū)域防御反武器”(ADAM)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是專門為前沿要地開發(fā)的近距離防御系統(tǒng)，主要用于應對包括火箭彈、無人機、小型艦船等在內的近程威脅。ADAM系統(tǒng)對目標的跟蹤距離超過5km，可摧毀2km范圍內的目標。在2013年4月進行的試驗中，ADAM系統(tǒng)在距離目標大約1.5km摧毀了8枚飛行中的小口徑火箭彈；在2013年12月針對海上目標進行的試驗中，該系統(tǒng)又成功損毀了1.6km之外的2艘軍用小艇。區(qū)域防御反武器系統(tǒng)(ADAM)2014年，美國海軍宣布，將30kW級“激光武器系統(tǒng)”(LaWS)部署在位于波斯灣的“龐塞”號兩棲船塢運輸艦上，用于攔截小型無人機和小型快艇。這是美國軍方首次實戰(zhàn)部署激光武器系統(tǒng)，并用于沖突地區(qū)，也是美國成為第一個在實戰(zhàn)中部署激光武器的國家。LaWS采用6套成熟的工業(yè)用光纖激光器，每套激光器輸出功率5.5kW，6束激光通過非相干合成使激光束總輸出功率達到33kW。2010年，LaWS在首次水上測試時成功摧毀4架3.2km外飛行速度達480km/h的無人機。2012年起，LaWS被安裝在美國海軍“杜威”號導彈驅逐艦上進行海試，并在2012年7月至9月進行的試驗中，成功擊落3架無人機。在“杜威”號上的測試結果給予美國海軍加快部署LaWS的信心。2013年4月，美國海軍宣布將LaWS作為“固體激光器-快速反應能力”(SSL-QRC)部署到實戰(zhàn)環(huán)境。激光武器系統(tǒng)(LaWS)在將LaWS部署到“龐塞”號的同時，美國海軍又分別與雷神公司和諾斯羅普格魯曼公司簽訂價值1070萬美元和5320萬美元的研制合同，用于研制“移動式陸基防空定向能”(GBAD)項目的車載高能激光子系統(tǒng)和啟動“固體高能激光武器系統(tǒng)樣機”(LWSD)的第一階段研制。GBAD項目計劃為海軍陸戰(zhàn)隊提供一種武器系統(tǒng)，代替現有傳統(tǒng)武器，以對抗敵方無人機目標。LWSD項目旨在以美國海軍LaWS的相關技術為基礎，研發(fā)可全天時作戰(zhàn)、功率達100150kW的先進激光武器系統(tǒng)，用于艦艇自防御。德國萊茵金屬公司也一直致力于激光攔截技術的研究，并提出多種用于對抗無人機的激光武器系統(tǒng)演示樣機。2012年11月底，萊茵金屬公司成功試驗了一種50kW高能激光武器技術演示樣機。該樣機主要由30kW和20kW激光武器站兩個功能模塊組成，配有供電模塊等配套設施。在試驗中，50kW演示樣機在1km外燒穿15mm厚的鋼梁，在2km外擊落數架俯沖的無人機。2015年9月，在英國防務展上，萊茵金屬公司又展出了一款新型反無人機激光炮。該激光炮裝有4組20kW高能激光發(fā)射器，使其看上去像一種“激光加特林機槍”，通過疊加技術可以凝結80kW激光束對目標發(fā)起攻擊。經過測試，這款激光武器能夠在2s內擊毀數公里范圍內的迫擊炮，并能同時擊毀500m范圍內的多架無人機。50kW高能激光武器技術演示樣機近年來，美國和以色列裝備的C-RAM系統(tǒng)已經在實戰(zhàn)中驗證了其攔截火箭彈、炮彈和迫擊炮彈的卓越能力，目前正在將無人機納入其攔截范圍。2015年4月，美國陸軍在尤馬試驗場利用基于火炮的C-RAM系統(tǒng)進行了反無人機試驗，并成功擊落了1架無人機。在同年8月進行的最終演示試驗中，該系統(tǒng)又成功擊落了2架“驅逐者”無人機，攔截距離分別為1km和1.5km。基于火炮的C-RAM系統(tǒng)使用50mm自動炮發(fā)射指令制導炮彈，并配有精確跟蹤雷達干涉儀、火控計算機和射頻收發(fā)機。所有智能化操作流程基本都在地面站完成，地面站計算出炮彈彈道修正方案后，通過射頻無線電將信息發(fā)送給炮彈。以色列國防部和拉斐爾公司對“鐵穹”C-RAM系統(tǒng)進行了升級，使其具備了反無人機能力。2015年7月，拉斐爾公司發(fā)布的視頻顯示，“鐵穹”C-RAM系統(tǒng)成功擊落了1架無人機。除了利用激光武器和傳統(tǒng)火力等對無人機進行“硬殺傷”外，美、英等國對無線電干擾技術和網式攔截技術等“軟殺傷”手段的研究也方興未艾。比如，上文提到的AUDS、Drone Dome、Falcon Shield和“無人機衛(wèi)士”等反無人機系統(tǒng)，均具有無線電干擾功能。2015年，美國巴特勒國家安全研究與發(fā)展公司研發(fā)出一款名為“無人機防御者”的無線電射線步槍。“無人機防御者”通過發(fā)射無線電波束來干擾無人機的控制信號和GPS導航信號，有效作用距離為400m。無人機在受到干擾后便處于失聯、失控狀態(tài)，要么在半空中懸停，要么迫降。此外，“無人機防御者”非常注重發(fā)射速度和便攜性。該步槍總質量為4.5kg，冷啟動時間為0.1s，在攜帶備用電池組的情況下，可持續(xù)工作5h。同年，美國西點軍校研究機構也研制出一款功能類似的反無人機步槍。該步槍由一根天線、無線WiFi和“樹莓派”電腦等組成，造價只有150美元，低于很多消費機無人機的售價和大多數反無人機系統(tǒng)的造價?！盁o人機防御者”步槍2016年，英國OpenWorks工程公司研發(fā)出一款名為“Skywall 100”的肩射式反無人機火箭筒。Skywall 100重約10kg，最大攔截距離100m，內置豐富的智能傳感器，可以自動計算出無人機的距離和方位信息。在鎖定目標后，利用壓縮空氣發(fā)射攔截彈，并使“子彈”在空中高速撒出攔截網將無人機裹住，使其喪失機動能力。攔截彈附帶降落傘，在捕獲無人機后，降落傘會張開使無人機和攔截彈緩緩降落。這樣既能避免無人機直接墜落傷及無辜，又能降低無人機的損毀程度以便日后追查來源。Skywall 100火箭筒“低慢小”航空器防控裝備發(fā)展存在的問題近年來，出于國家安全和城市反恐需要，以及伴隨低空空域開放而日益增加的航空安全需求，“低慢小”航空器防控裝備與技術得到了快速發(fā)展。但是“低慢小”航空器防控裝備不同與常規(guī)武器，如何對“低慢小”航空器進行有效防控，尤其在城市復雜環(huán)境下對其進行有效防控，現有技術手段還面臨諸多問題。1、現有探測手段，尚難有效解決城市復雜環(huán)境下“低慢小”航空器探測問題從國內外發(fā)展現狀不難看出，目前用于“低慢小”航空器探測的手段主要有低空監(jiān)視雷達、光電探測、聲學探測和無線電信號偵測等。這些探測手段特性各異，在發(fā)現距離、靈敏度、能效范圍、抗惡劣氣候能力、多目標同時跟蹤能力等方面各有所長，但是單一手段均難以有效解決城市復雜環(huán)境下“低慢小”航空器的探測問題。比如，低空監(jiān)視雷達可以對“高慢小”、“低快小”或“低慢大”目標實施有效探測，但是“低慢小”航空器與地物雜波較接近、多普勒頻移不明顯、雷達散射截面積小，一直是雷達探測的難點。光電探測易受環(huán)境光線干擾，厚云層或多云時目標紅外特性不明顯，逆光時目標與背景對比度低，目標特性受大氣衰減、湍流影響大，加之“低慢小”航空器光電信號較弱、信噪比較低，這些都使光電探測、識別、跟蹤的難度進一步增大。聲學探測可接收并識別飛機發(fā)動機、直升機旋翼與大氣摩擦所產生的聲信號，但是在鬧市環(huán)境中“低慢小”航空器的聲學特性極易隱藏，很難被準確探測、識別。無線電信號偵測技術可偵察、監(jiān)測或監(jiān)聽無線電信號，但是當“低慢小”航空器處于無線電靜默或者“跳頻”控制時，也很難被及時有效地探測。2、適應城市反恐需要、避免傳統(tǒng)攔截手段造成二次毀傷的攔截方案不多目前針對“低慢小”航空器的處置攔截手段主要有傳統(tǒng)火力攔截、激光攔截、無線電干擾和網式攔截等。防空導彈主要用于武力威懾，其殺傷破片對地面人群、建筑極易造成二次毀傷，且效費比很低；而高射機槍(炮)的精準度很差，且流彈對地面人群、建筑都可能造成二次毀傷。激光攔截技術近年來得到迅猛發(fā)展，國內外軍工單位和科研院所研制出多款針對無人機的激光攔截武器。但是利用激光武器對“低慢小”航空器進行處置攔截，還存在一些缺點或不足，主要表現在：1)激光在大氣中傳輸容易衰減，其射程受大氣的影響，不具備全天候作戰(zhàn)能力，一旦遇到濃云雨霧、雷電雪霾等惡劣天氣，光束質量變差，難以發(fā)揮應用的威力；2)跟蹤瞄準難度大，在攔截目標時如遇視線有阻擋或目標高機動運動，其跟蹤瞄準要達到理想的精度，是一個尚在解決的課題；3)隨著射程的增加，光束在目標上形成的光斑逐步增大，導致激光的功率密度隨之降低；4)能量轉換效率低，激光武器系統(tǒng)體積和質量較大，機動性不高。無線電干擾設備通過發(fā)射無線電波束來干擾無人機的控制線號和GPS導航信號，但其處置對象單一，也極易干擾市民正常生活。網式軟殺傷攔截技術是一種新型軟殺傷攔截技術，雖然有過成功的案例，但由于存在戰(zhàn)斗部單一、攔截空