《军事行动中的反无人机系统 (CUAS)综述》

尽管当代无人系统在各种环境中都有应用，但它们在空域中占据着压倒性的优势。它们通常被称为空中无人机或无人驾驶飞行器（UAV），而支持和控制无人机的系统则被称为无人机系统（UAS）。空中无人机技术的广泛应用导致其在战场上的使用日益增多。因此，寻找有效的反无人机（反无人机系统）武器已成为一项严峻的挑战。这项任务尤为艰巨，因为面对的是种类繁多的无人机系统，而它们的数量却在以破纪录的速度增长。目前，还没有经过充分验证的反无人机解决方案，大多数现有系统仍处于研究阶段或新推出的原型阶段。新出现的问题以及与之相关的一系列不确定性成为本出版物讨论和介绍这一问题的基本依据。本文从现代战争的角度讨论了防御无人机系统这一重要课题。作者探讨了如何在军事行动中规划和实施反无人机防御，以及哪些技术解决方案可用于这一目的。在整个研究过程中，作者采用了各种方法，包括分析、综合、比较和案例研究，主要是通过研究有关纳戈尔诺-卡拉巴赫近期武装冲突和乌克兰持续冲突的公开来源信息。这些方法使作者得以验证他的主要假设：目前尚无有效的无人机反制系统，尤其是针对可自主运行、利用人工智能算法制导和决策或参与大规模攻击（被称为 “蜂群”）的无人机。同时，指出应开发哪些新的技术解决方案以实现有效的反制措施，以及应将哪些战术纳入军事训练以应对这一威胁。此外，还讨论了现有防空系统在多大程度上可用于反无人机防御，以及是否有针对此类威胁的有效部队保护方法。

从纳戈尔诺-卡拉巴赫冲突（Hecht，2022 年）和乌克兰冲突（Wyrwał，2022 年）得出结论，无人机在战场上的广泛应用已成为现实，无需再做说服工作。无人机不仅能执行观察和侦察任务，还能执行打击、运输、搜索和救援行动等许多其他任务，显示了其多功能性。目前，看到的无人机既有单个的，也有成群的，还有像可重构模块智能作战阵列（SWARM）这样的机群。此外，大多数无人机的生产成本非常低，但其效能却足以成功摧毁高价值目标和先进军事装备。无人系统的任务和设计多种多样，因此需要有效的制衡措施，包括反无人机系统和反无人机防御方法。在这方面，研究课题的重点是反无人机防御，即一套旨在探测、识别和制服无人机（无人驾驶航空系统）的措施和作战能力，以保护自己的部队、军事设施和民用物体。

由于现有的无人机设计种类繁多，因此采用了归纳法来确定具有代表性的无人机类型、任务和飞行特征。为此，采用了北约三级分类模型。随后，可据此估算现有反无人机系统在打击特定类别无人机方面的潜在效力。为此，对目前运行的反无人机系统进行了分析，同时考虑到其两个主要功能：监测空域和打击空中目标。因此，确定了这些系统在打击无人机方面的能力和局限性。研究再次证实了作者的观点，即当代反无人机系统能够在有限的范围内制服 1 级无人机，即迷你、微型和小型无人机。遗憾的是，这些系统无法同时对付大群无人机及其蜂群。目前，也没有专门的反无人机系统可以对付 2 级和 3 级无人机。这些任务只能由防空系统来完成，而防空系统的成本巨大，往往高得不成比例。为寻求这一问题的解决方案，作者介绍了未来利用定向能武器（DEW）的反无人机系统的潜力，以及在推出更有效的反无人机系统之前应采用的新军事战术。作者还主张，有效的反无人机防御必须是多层次的，涉及可与不同类别无人机互动的各类反无人机系统。只有这些系统达到适当的饱和状态，才能使军队在陆地和海上不间断地执行任务。他还认为，反无人机防御的发展应被视为一个持续的过程，在这一过程中，应针对环境变化和新技术进步做出动态响应。换句话说，所提出的系统解决方案应具有开放式架构，允许在无人机平台出现新设计、新技术和新能力的情况下进行调整。

反无人机系统

现代战争中使用的无人飞行器设计多种多样，因此在构建和运行反无人机系统时必须考虑各种因素。其中，应始终考虑无人飞行器的以下特征：推进力、有效雷达截面、制导方式、作战上限、飞行距离、空中续航时间、预期目的、作战能力（包括收集情报、携带和发射有效载荷的能力）以及电磁干扰对策。

图 2. C-UAS 参与中考虑的无人机系统特征。

反无人机系统的运作包括以下活动：探测、目标分类（识别）、跟踪，以及向负责解除其威胁的执行器发出警报和传送信息。根据目标的类别，这些任务可通过不同的系统、传感器、探测和交战技术来完成。目前，反无人机系统可分为两个基本类别：空域监测系统和反制系统。

空域监测系统

监测系统既可以是主动的，也可以是被动的。在这方面，主要有四种无人机探测方法：

• 用于空域监视的电磁波雷达系统。
• 频率信号探测器，用于探测无人机控制所使用的无线电信号。
• 声学传感器。
• 光学和光电设备，包括红外热像仪。

现代无人机大多由复合材料制成，因此雷达截面（RCS）非常低，难以被雷达系统探测到。它们可能被误认为是鸟类，因为无人机通常没有配备识别系统，而这种设计是有意为之，因为无人机经常在敌方领土上空作业。因此，雷达信息并不总是完整的，可能导致严重的并发症，特别是当友方和敌方的无人机在同一空域运行时（Holland Michel，2019 年）。此外，无人机（UAV）的飞行高度比飞机或直升机低得多，在地形障碍物的掩护下机动更加自如。无人机能够从简易跑道和着陆点进行操作，在附近发射时，它们会突然出现在空域。所有这些因素表明，雷达侦察只能作为探测无人机的可能方法之一。

以识别为基础的反无人机系统应依靠多种探测器或传感器，基本上是各种组合和配置。其中一种传感器是频率信号探测器，可识别使用无线电波与其操作员通信的无人机。大多数遥控无人机的工作频率在 2.4 GHz 至 5.8 GHz（Wi-Fi 频率）范围内（Gupta、Ghonge、Jawandhiya，2013 年），因此监测这些频率有助于检测其活动。一些基于三个传感器的系统可以检测到发射设备的 IP 地址并找到操作者。另一种无人机探测方法是跟踪其视频传输频率。许多装有摄像头的无人机会向操作员传输实时视频。视频传输频率因无人机类型而异，但常用的频率范围包括 2.4 GHz、1.2 GHz 和 5.1 GHz（Aouladhadj、Kpre、Deniau、Kharchouf、Gransart、Gaquière，2023 年）。扫描无线电频谱是一种相对简单的方法，不需要大量资金投入，但可能会因其他设备使用相同频率而导致误报。频率信号探测器通常用于对付在可视范围内控制的小范围商用无人机。该系统的优点是被动性强，但在无线电信号高度集中的城市环境中进行跟踪存在局限性，而且无法探测到预先计划好飞行轨迹的无人机。

使用声学传感器也可以实现无人机探测。这些传感器通常是定向麦克风或麦克风阵列，可以探测到无人机的声音，并指示无人机接近的方向。与频率信号探测器类似，使用至少三个麦克风是理想的配置，因为这样可以提供被探测目标的三维图像。这种系统的优势在于它是一种被动探测方法，在视觉和无线电能见度有限的地区特别有用，而且可以与其他探测系统互为补充。由于麦克风设备重量轻，这些探测器通常具有很强的移动性。然而，声学传感器的一个重要局限是无法在嘈杂的环境（如城市地区或强风中）中工作，这可能导致探测距离有限，仅为 300-500 米左右（Vashisht，2021 年）。此外，一些无人机可能配备了降噪技术，在使用声学探测器时应考虑到这一点。因此，应将这些探测器视为辅助系统，而不是独立的解决方案。

光学传感器，包括日光摄像机和红外摄像机，也可用于识别空中无人机。这些设备的优点是可以根据无人机的形状检测和识别无人机，并记录涉及无人机的事件。然而，这些系统的缺点是在恶劣天气条件下可能会失效，如大雾、暴雨，有时甚至在夜间。此外，这些系统观测空域的视野有限。

应将不同的传感器和监测技术结合起来使用，以提高无人机探测的有效性并减少误报。监测系统可以具有被动（观察和监听）和主动（向目标发送信号并分析其反射）两种特性（Wang、Song、Liu，2021 年）。值得注意的是，与其他传感器相比，雷达系统提供的数据最多，因为它可以探测到很远距离的目标，并高精度地确定其位置，而不受天气条件（雾或云等观测因素）、白天或夜晚时间的影响。不过，应该记住，雷达系统的探测距离始终取决于无人机的大小及其有效雷达截面。

反制系统

打击空中无人机有几种方法。以下系统可用于此目的：

• 无人机飞行干扰系统
• 物理拦截系统
• 失效系统（火力、激光、电磁）。

干扰系统的使用涉及破坏射频（RF）信号和干扰全球导航卫星系统（GNSS）的卫星导航信号，如全球定位系统（GPS）、格罗纳斯（GLONASS）、伽利略（Galileo）或北斗（BeiDou）。射频干扰需要发射无人机与其操作员之间用于通信的类似频率的信号。这可能导致操作员失去控制，使无人机无法正常运行，被迫自动降落或返回初始起飞点。无人机通常依靠卫星导航信号来保持飞行方向和稳定性。干扰 GPS 信号可以通过在 GPS 系统使用的频率范围内发射强烈的无线电信号来实现。其后果可能是无人机在空域中迷失方向，失去飞行控制。频率发射器操作的优点是中和无人机的成本低，被称为 “软杀伤”，缺点是射程短，可能干扰其他设备，包括自己的无人机。

对付无人机的另一种方法是使用物理拦截系统。在这种情况下，通常会使用地面网状发射器，以便拦截飞行中的无人机并使其失效。另一种方法是使用其他无人机接近目标无人机，用网捕捉它，然后将其降落到地面。这种解决方案对配备旋转螺旋桨、运行距离极短的小型无人机尤为有效。地面发射的网在 20 米到 300 米的距离内都有效（Robin Radar，2023 年），而从无人机上布下的网会大大影响无人机的重量、机动性和空中飞行时间。装有发射器或布设网的无人机的重新装载和重新发射时间也很长。不过，网基系统的优点是拦截精度高，附带损害风险低。

最后一种也是最常用的在战场上打击无人机的方法是无人机失效，即在飞行过程中摧毁无人机。为此，通常使用机枪、霰弹枪或小口径速射炮（火炮），它们也可用作高射炮系统。这种火力可以是目视、光学或雷达制导的。此外，就短距离快速摧毁小型空中目标的能力而言，反火箭炮和迫击炮（C-RAM）系统似乎是理想之选。它们采用半自动作战模式，由于使用可编程弹药，击中目标的概率很高。在火力系统中，还可使用便携式单兵防空系统（MANPADS）和短程防空导弹系统（Dura，2023 年）。然而，必须注意使用这些系统的成本效益，尤其是在对付装备旋转翼的 I 类无人机时。这些无人机的生产成本与向其发射导弹的潜在成本相比低得不成比例。此外，这类无人机的飞行特性，如低速和低空，使其容易成为目标，并容易受到廉价、非专门化火力的攻击。

在直接使无人机在飞行过程中丧失能力的系统中，最新的解决方案是基于定向能武器（DEW）的武器，这种武器利用光束聚焦能量。其中包括高功率微波（HPM）武器或高能激光（HEL）武器。高功率微波发射器（HPM）能产生强大的电磁脉冲，可摧毁无人机的电子设备或干扰其运行。使用这类武器的优点是非动能破坏。然而，其显著缺点是需要将大量能量集中在光束中，因此必须使用大型、耗电的发电机，这限制了机动性和作战能力（美国政府问责局，2023 年）。

高能激光武器（HEL）有多种类型，包括固体激光器（SSL）、化学激光器（CHEL）和自由电子激光器（FEL）。激光武器的工作原理是将电能转化为光能，然后将光能集中到窄激光束中。与传统枪械相比，HEL 具有若干优势。它具有反应时间快、交战速度快（激光束以光速传播，可立即使目标丧失作战能力）、因光束聚焦在较小的表面区域而具有较高的精确度、与传统弹药相比成本较低、无活动部件，从而降低了维护成本并提高了可靠性（CRS，2023 年）。

然而，值得注意的是，HEL 武器的开发和利用也伴随着技术挑战和限制，如激光系统的有效冷却、在整个作战范围内保持光束稳定、产生足够强大的光束以打击远距离空中目标，以及与 HPM 武器类似，使用机动性有限的大型发电机（Dąbrowski，2017 年）。

说到对抗空中无人机，重要的是要注意没有 “银弹 ”方法能提供有效的无人机防御。无人机平台的多样化及其执行任务的广泛性要求反无人机系统进一步专业化，同时利用动能和非动能作战手段。目前，这些方法的结合以及采用具有不同探测和失效能力的系统的多层次方法可以在一定程度上减轻无人平台（尤其是最小的无人平台）带来的威胁。然而，不幸的现实是，虽然这些系统能有效对付极小型无人机，但却无法摧毁在高空和远距离作业的二等和三等无人机。此外，由于缺乏多通道能力，在涉及大群无人机或无人机群的情况下，这些系统可能会失效。即使是最有前途的无人机反制措施，也无法在广泛的作战平台上进行扩展和应用。尽管缺乏明确的解决方案，无人机反制市场仍在快速增长（预计到 2031 年底，市场价值约为 146 亿美元）（Alied Marked Reserch，2023 年）。

应对无人机的方法（反无人机战术）

在考虑应对无人机威胁的可能方法时，有必要讨论目前的情况，即很难有经过实战测试的反无人机系统。在大多数情况下，民用系统是经过改装的，最初是为了保护机场免受私人用户未经授权的进入，这些私人用户通常在机场可视范围内操作无线电遥控无人机。遗憾的是，如前所述，这些系统由于机动性有限、操作距离短，在作战环境中通常无法发挥作用。同样，手持射频干扰器等便携式系统也证明无效。其最大干扰范围为 500-1000 米，电池寿命最长为 30 分钟。人们很快认识到了这些局限性，因此开始实施在干扰设备射程之外部署无人侦察机的战术。目前，侦察无人机通常在距离敌方阵地超过 1000 米的地方作业，并采用光学或数字变焦技术进行观察。此外，乌克兰冲突中的经验表明，无人机操作员在野外使用信号增强天线，使干扰工作更加复杂。另一方面，卫星导航（GPS）信号干扰系统只有在选择性战术情况下才有效，这意味着它们可以在敌方无人机系统不使用时干扰敌方无人机行动。因此，这些系统更适用于保护城市和关键基础设施，而不是直接用于战场。同样，干扰作战无人机也具有挑战性，因为无人机飞行高度很低、速度很快，而且利用地形掩护，因此很难将电磁发射器对准它们（Wyrwał，2022 年）。

战场上解除无人机威胁的主要手段是火炮和导弹防空系统。但需要注意的是，根据其使用原则，这些系统都部署在军事行动的后方。因此，前线防线仍然很脆弱，容易受到无人机的攻击，特别是那些在极低空飞行的最小的 1 类无人机。在这种情况下，对付它们的方法之一是用小口径单兵火器（小武器、机枪、霰弹枪）与之交战。然而，由于无人机体积小、速度快、机动性强，这种交战的效果有限。目前，还可以使用由佩戴护目镜的操作员控制的第一人称视角（FPV）无人机，从无人机的视角直接观察敌方最小的无人机，从而使其失效。FPV 无人机的时速可达 100 公里，可用于直接（自杀式）攻击敌方无人机。不过，使用这种无人机需要经过严格训练的操作人员，具备在战场条件下高速操纵这种飞行器的能力。

不过，摧毁 2 级和 3 级无人机的能力仍在专业防空系统的能力范围之内。遗憾的是，这类措施的成本效益通常不利于防御系统。传统的中程甚至短程防空导弹非常昂贵，而无人驾驶系统则价格低廉，应用广泛。相比之下，一枚 “爱国者 ”导弹的成本约为 300 万美元，一枚用于基辅防御的 NASAMS/AMRAAM 导弹估计为 100 万美元（Partrige, 2022），而俄方使用的沙赫德-136 “神风 ”无人机的成本（视型号而定）仅为每单元 2 万至 6 万美元（Sof, 2022）。

此外，使用无人机群或无人机群的性质要求防空系统达到相当高的饱和度，以保护军事编队的优先要素。另一个问题是识别无人机的能力，因为无人机被有意设计为在敌后行动，而且没有配备敌友（IFF）识别系统。由于这些原因，遵守空域管制规则和执行空域管制措施也具有挑战性。因此，有必要开发一些系统，如利用人工智能（AI）的系统，可以根据无人机的轮廓、特定伪装、工作频率或操作方法识别无人机。

目前，由于缺乏有效的反无人机措施来保护部队，因此有必要制定反无人机战术（Michalski & Michalska, 2017）。这些战术不仅应包括主动措施，如探测、侦察、警戒和制服无人机，还应包括被动防御措施，旨在保持军事力量的生存能力和存活率。在被动反无人机防御领域，必须规划隐蔽和伪装等活动，使用欺骗、人工诱饵、陷阱和诱饵。应尽可能将无线电波辐射、电磁辐射和噪音降至最低。在能见度低或夜间条件下规划部队调动和部署至关重要。采用分散兵力和防御网络有助于拦截在友军阵地和关键作战系统上方执行神风特攻队任务的游荡弹药和无人机（ATP 3-01.81, 2023）。虽然这些措施可能不是最具创新性的，而且在某种程度上与伪装和部队保护的一般原则相一致，但在无人系统威胁很大的情况下，这些措施可能特别有用。