《低成本动能拦截型反无人机系统效能研究》最新171页

本文阐述了一种“低成本地基反无人机系统”的设计开发及测试环境，该系统致力于在资源受限场景提供有效空域安防方案。研究选用“动力学拦截技术”作为最具可行性、低成本的“末端防御手段”。基于“易获取材料”构建的系统包含自制气动装置、“可重复使用三维打印弹体”及互换零件架构，重点探索“经济型无人机防御”的可行性并引入“短程精度度量”评估弹道特性。在“普渡大学4号机库”的严格室内测试中，通过多环境下的“弹体高度”、“射程”及“精度”三维度评估系统性能；针对气动发射装置测试了“90度射界”并建立“小误差边际对照表”以明确技术改进方向。实验确定“热塑性聚氨酯线材”（TPU）为最优弹体材料，采用“10%填充率”、“225摄氏度（437华氏度）打印温度”及“70毫米/秒打印速度”参数。研究结果为“低成本无人机防御技术”提供了影响系统性能的材料选型与设计依据，表明气候温度变化将导致系统表现波动，为应用同类技术加强“非授权无人机防御”提供了实践指导。该研究填补了当前“动力学拦截式无人机防御技术”的空白，证实“高效解决方案”可实现经济性与可及性统一，不仅推动“反无人机技术”进步，更为发展“可扩展适配型无人机防御系统”的研究创新铺平道路。

在国际近期武装冲突中，乌克兰士兵在针对俄罗斯的行动中使用“改良商用现货无人机”，以及哈马斯武装在以色列实施的“自杀式无人机袭击”，向公众揭示了这种新型“无人机作战”（drone warfare）的潜在威力与风险。这两场冲突凸显了人们对低成本、易获取部件改造“商用现货无人机”（COTS drones）的担忧——这些改造使其转变为可摧毁坦克与作战单元且难以被侦测的致命武器。该技术在公私领域拥有多种名称：“无人航空器”、“无人机系统”、“遥控飞行器”、“遥控飞行器系统”、“遥控飞机”、“无人飞机”，更常简称为“无人机”（drones）。作为二十世纪发展的重要军事应用，无人机技术旨在减少对人类飞行员的依赖，避免“作战人员伤亡”、“战俘”问题及“军事情报泄露”。

尽管文献展示了“商用现货无人机”在多规格多场景中的先进能力，但该技术也吸引恶意行为者实施各类“非法滥用”，破坏民用及私域的“安全防护”与“隐私保障”。同步研究揭示了恶意行为者在无人机领域的创造性利用：从“商用无人机擅闯关键基础设施”与大型集会，到向设施边境“走私违禁品”，从扰乱公共服务到利用无人机“暗杀公众人物”，乃至全球范围内针对重要资产的“无人机袭击”——这些威胁亟需更严苛的法规约束及“反无人机产品”创新。尽管联邦机构严惩违法者，仍无法阻止恶意行为者钻营法规“灰色地带”和漏洞。根据“联邦航空管理局”预测，实际注册的商用无人机数量远低于市场销量。FAA虽强制实施“无人机注册制”（COTS drone registration）并要求加装用于空域定位的“远程识别广播系统”，但该规定不适用于重量低于0.55磅的“娱乐用途无人机”。

2015年“白宫无人机入侵事件”——一架商用无人机在未被发现情况下降落在全球安防等级最高的建筑群——充分暴露了“1类轻型商用无人机”的安全威胁。文献记载的全球类似事件，促使公私领域寻求不同“反制措施”应对恶意无人机挑战。由此催生的“反无人机产品”及预防手段，构建起新兴“反无人机市场”，其技术体系被称作“反无人航空器系统”或“反无人航空器”。公众更常使用“反无人机系统”等通用术语。依据文献定义，这是通过合法手段“安全瘫痪”、“信号干扰”或“夺取控制权”应对“恶意无人机袭击”的核心防御系统。

问题陈述

趋势分析所示，自2017年起公共与私营部门在“反无人航空器系统”（CUAV）领域开展了多样研究。尽管多家机构发布众多“评述报告”、“调查研究”及“学术研究”，但极少披露市售CUAV系统的“验证效能”与“可靠性数据”。此类报告虽阐述CUAV系统的“优势劣势”及“局限特性”，却鲜少提供真实威胁场景下的“系统效能实证”与“可信度分析”。更重要的是，对具备“探测拦截能力”的各类CUAV系统，其测试方法中“威胁场景分类”及“可靠性判定准则”均未详尽说明。

2017年美国“桑迪亚国家实验室”研究者提出CUAV系统“性能测试指标框架”，但未明确具体“威胁情景测试类型”。该机构2019年市场调查报告收集测试了多国供应商的“技术参数”，却仅呈现“调查问卷”及“系统特性汇总表”。研究承认存在“测试指标漏洞”，需持续更新以应对“商用无人机技术”的快速迭代。各CUAV系统架构迥异，配置单/双模“探测拦截体系”，针对不同威胁场景采用差异化方案。因此，基于“气动发射装置”与“三维打印弹体”的“地基固定式CUAV系统”亟需开展“小规模实景验证”，通过“实测约束数据”检验“射程效能”、“可行性”及“可信度”，此为反无人机领域的关键基石。

现存研究表明，当前CUAV领域尚无“通用解决方案”或“银弹技术”。恶意操作者可多向突破系统局限：通过关闭无人机“全球定位系统”（GPS）、预设“低空航点”规避“雷达”与“声学传感器”，并采用“高速变轨飞行”取代直线路径突破拦截。当前市场充斥各类CUAV系统的“性能宣传”，但因“商业保密条款”，鲜有供应商公开系统在真实威胁下的“精确性”、“生存性”与“可靠性”验证数据。2023年美军采用“系留无人机”及“气球标靶”进行反无人机训练——这与主流演示模式高度雷同：自2017年来网络公开的“反无人机演示影像”中，超九成案例仅展示击落悬停单机，未见有效对抗“集群无人机”的实证记录。

研究意义

多数“地基固定抛射式反无人机系统”存在共性缺陷：“射程范围”与“部署高度”受限。开放式解决方案公司的“天墙300”（Skywall 300）技术参数书声称其固定式系统具备250米“最大动力学拦截射程”[50]，但未提供不同环境下的“精确性验证”与“可行性实证报告”。2015-2019年公开的“反无人机系统测试”及当前可获取报告均未基于“实境约束条件”验证系统效能。本研究探索利用“低成本易获取部件”构建可行“地基固定式抛射反无人机系统”，通过在“密闭小尺度实验场”测试“三维打印迫击炮弹”的“弹道行为特性”以检验其“有效拦截范围”与“命中精度”。

在无人机攻击激增的冲突背景下，采用“经济型材料”构建“低成本反制系统”至关重要——尤其当资源有限需应对“商用无人机威胁”时。现有“高端防御技术”因“高昂运维成本”难以成为长效解决方案。为检验固定系统的“有效作用范围”与“打击精度”，本研究基于“天墙300”概念构建系统，集成“云台转向机构”、“气动发射装置”及“三维打印弹体”。实验弹体运用“计算机辅助设计”（CAD）优化“气动外形”，通过“三维打印技术”实现“可互换式低成本构件”。核心目标在于设计建造并评估系统性能，聚焦“弹体射高”、“有效距离”、“命中精度”及“系统一致性”等关键参数，重点探究：“倾角-压力最优组合”对性能的影响、不同射距的“系统精确度”表现、“重复测试稳定性”。该“低成本自制固定式反无人机系统”通过以下自变量验证“有效射高”、“作用范围”与“打击精度”，填补当前固定式系统在“实境应用限制”中的效能空白：