无人机防范技术的挑战

 

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“反无人机的技术挑战远没有克服。事实证明，使用当前的技术很难有效识别和拦截无人机的威胁。无人机技术所带来的挑战，以及无人机技术本身所面临的挑战，也超出了简单的技术有效性问题：它们还包括围绕安全性、实用性、政策和合法性的复杂问题。本文对重视无人机应用及防范的厂家，企业，机构，执法部门，标准和政策法规制定者具有一定的指导意义。

                                                                                     -  编者按

 
 

探测有效性 

Detection Effectiveness

 
  •  
每种探测系统都有其自身技术固有的缺点。
 

  • • 雷达系统可能很难识别出小型无人机和飞行非常接近地面的无人机。

  • • 光电视频系统可能会将无人机与鸟类或一架正常的民航飞机混淆，也可能会在恶劣天气中挣

  •    扎 - 比如，雨雾天气能见度低的场合，或者被探测目标有强背光（如太阳）。

  • • 电磁干扰会降低射频传感器的探测能力。在城市环境中，有许多潜在的干扰源，包括通信天

  •    线、无线对讲机、遥测系统，甚至电源线和LED灯等都会成为干扰源。

  • • 某些射频传感器，包括一些市场上称为“无源”的系统，同样可能发射干扰其他通信的射频信

  •    号，使它们在某些环境中部署具有潜在危险。

  • • 雷达、有些射频系统和EO/IR（光电）传感器必须与入侵的无人机有直接无遮挡的视线

  •   （Line-of-Sight），才能进行探测。这在城市环境中尤其成问题，因为在城市复杂环境中，

  •     无人机可能只出现在传感器的视线内几秒钟，然后就会再次消失，使得有效探测难上加

  •    难。

  • • 一些探测系统可能只能粗略估计来袭无人机的位置，无法提供准确的目标三坐标数据，从而

  •    影响后续拦截。

  • • 某些飞行模式 - 最明显的是悬停和垂直移动 - 会使无人机更难被应用于雷达或摄像机数据

  •    的自动跟踪算法检测到。

  • • 声音传感器依赖于已知无人机发出的声音库，而射频检测系统同样只检测预先建立的库中的

  •    特定频段。考虑到无人机在市场上出现和扩散的速度之快，即使是经常更新的特征库也不可

  •    能100%地覆盖在任何给定的时间内可能在运行的无人机。

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虚警和误报

False Negatives and False Positives

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为了发挥必要的作用，反无人机探测系统必须实现低水平的虚警和误报。这其实很难实现。反无人机的探测元件必须足够敏感，能够探测到在使用区域内操作的所有无人机，但过于敏感的系统可能会产生大量的误报，导致系统无法使用。根据有关权威机构反无人机系统测试的结果表明，在复杂的环境中区分真警情和假警情光靠技术系统是不够的，需要“高水平的人力资源配合”。

 

区分合法和非法无人机应用

Distinguishing Legitimate and Illegitimate Drone Use

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在未来的操作环境中，合法无人机的使用是常见的，对于C-UAS（反无人机系统）操作员来说，区分合法无人机和非法无人机的能力将变得越来越重要。例如，在一场大型体育赛事中，空域可能会挤满合法的空中摄影无人机，这些无人机和可能造成安全风险的流氓无人机相比，不会构成安全风险。特别是考虑到在民用环境中反制/拦截无人机的潜在次生危险（如坠入人群），C-UAS运营商将需要开发一种方法，以基于现有探测技术提供的有限信息，快速和可靠地确定即将到来的无人机的威胁级别，从而实现必要的措施。（可以采用一种远程ID技术，一旦实施，或许可以长时期解决这个问题，但它不会是一个完全的终极解决方案）。在军事领域，这也是一个问题。如果C-UAS系统不能区分自己和敌方的无人机，就可能意外击落自己的无人机。
 

响应窗口

Response Window

反无人机操作人员可能只有很短的时间来决定来袭的无人机是否真的是恶意的。例如，假设一个安全团队正在使用反无人机系统保护一个大型公共集会，该系统的有效识别范围为半径500米，当激活时，无人机反制元素可能对人群构成一定程度的危险。如果一架无人机以每秒15米的速度（对于当今市场上的许多商用级别无人机系统来说，这是相当标准的速度）飞向人群，反制团队将只有30多秒的时间来决定合适的反应。由于无人机推进技术的不断进步，商用无人机在未来几年将会飞得更快，进一步减少了C-UAS的可行响应窗口。
 

无人机反制的次生危险

Interdiction Hazards

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许多（如果不是全部的话）反无人机拦截技术在某些情况下可能是危险的。用能量型打击手段击落的无人机可能会以相当大的能量落到地面。即使某些基于捕获网的系统配备了降落伞，以可控的方式将被捕获的无人机降落到地面，如果降落伞不能正确地展开或在太低的空域进行拦截，也可能是危险的。拦截装置必须非常精确才能击中移动中的无人机，如果打不中，对旁观者来说可能也是危险的。远距离反制系统，如激光和高能微波，可能对在目标无人机上方正常运行的民航飞机构成严重威胁。同时，干扰系统会干扰其附近的合法通信链路。例如，如果在机场使用，它们可能会中断空中交通管理操作。在其他实体依赖可靠GPS导航的地区（例如机场有人驾驶的飞机），使用GPS干扰或诱骗系统尤其危险。
 

反制有效性

Interdiction Effectiveness

和探测系统一样，没有一个反制/拦截系统是百分之百有效的。国内有100多家反无人机系统公司和机构参加的某权威反无人机对抗赛的结果表明，无人机抵抗反制的能力比想象的强。也即，反无人机技术当前的有效性值得商榷，反无人机技术需要有进一步的提升。近几年的C-UAS演习（实战情况很少发生，而演习环境往往是比较理想的或人为的）表明，有效反制无人机这个问题仍然是一个持久的问题。
与探测系统一样，所有拦截系统都有一定的缺点:
 

  • • 射频干扰系统对没有主动射频链路的无人机没有影响。

  • • 许多信号干扰器的有效范围有限，这意味着系统必须非常接近入侵的无人机才能成功拦截

  •    它，而且和无人机之间必须是无遮挡的（在LOS – Line-of-Sight内）。能够在远程和超越

  •    视线范围（BLOS- Beyond Line-of-Sight）操作的干扰器必须更强大，但更强大的干扰器

  •    也会对合法通信造成更高的干扰风险。

  • • 所有的能量（Kinetic）拦截系统系统都可能需要与快速移动或以不可预测的模式移动的无人

  •    机进行博弈。（当它们确实达到预期拦截目的时，可能也会摧毁影响后续法律取证调查所需

  •    的无人机部件）。

  • • 与此同时，诱骗系统在技术上很难建立和实施，而且可能不是对所有无人机都有效的。例

  •    如，拥有受保护通信链路的无人机可以抵抗诱骗攻击。

 

无人机技术的先进之处

Advances in Drone Technology

 
无人机技术本身并不是静止不动的，这一领域的进步将给反无人机系统带来新的挑战。随着无人机系统市场的扩大和现有无人机类型的多样化，反无人机系统将需要足够灵活，以探测和反制各种形状和大小的无人机。这些无人机可以是能够以非常高的速度携带重物的大型无人机，也可以是可能只有几克重的低空飞行的微型侦察无人机。
“这种威胁每三到六个月就会演化升级一次 -- 这只是关于适应性……，这将是一个持续的挑战，因为能够以如此多种不同的方式使用小型无人机，其适应性问题本质决定了你不能依赖一种技术来应对它们。多种演化的技术的组合可能是一个出路。”  

 

从无人机数量的角度来看，个别技术的进步也带来了独特的挑战。也许近期最引人注目的是积极研究开发可以在没有GPS的环境中操作的无人机，这种无人机将能够适应任何类型的干扰（目前市场上最常见的干扰方法）。例如，据俄罗斯国家媒体报道，俄罗斯军方正计划在北极部署不依靠GLONASSS的无人侦察机，以便在广阔的区域跟踪船只，而美国国防高级研究计划局（US Defense Advanced Research Projects Agency）正在开发速度为20米/秒的不依靠GPS的多旋翼自主飞行无人机。

 

其他研究方向则寻求开发能够主动战胜干扰或诱骗攻击的系统。最终，无人机可以通过编程来避开干扰机的特定频率，或者在宽频范围内切换频带，或者一旦探测到干扰信号，就启动一系列的规避动作。现代GPS接收器的设计也越来越注重减少来自地面的干扰，这使得它们不容易被地面反制系统干扰。有些正在研发的系统具有探测诱骗信号的功能。

 

类似地，消费级无人机可能很快就可以通过移动LTE网络而不是射频链路进行控制。有报道称，一架LTE无人机可以在“基本上无限的操作范围”内进行运作，这使得飞手更难被找到。此外，在不干扰无处不在的蜂窝通信的情况下，LTE无人机将很难被干扰系统拦截。

 

并非所有这些在无人机本身方面的进步都是为了让无人机更难对付。有些讽刺的是，许多这些进步都是为了让无人机更安全。如今某些商用无人机已经将跳频系统作为标准配置，这一功能旨在与运营商建立更有弹性的联系，但同时也能使无人机更强大地抵抗干扰。国外有机构正在开发一种多旋翼无人机，可以自动躲避近距离快速移动的物体。这个想法是为了让无人机避开鸟类或其他飞机等障碍物，但同样的功能也可以让无人机避开无人机捕网和其他打击弹。对C- UAS伙伴来说，这是不是很“惊喜”。

 

C-UAS技术的扩散也将加速技术的发展，形成以更先进的反制手段对抗反制，从而降低C-UAS系统的有效性，特别是在军事应用环境中这种技术趋势更为明显。例如，无人机可能被编程成难以用自动目标探测算法探测到的模式。无人机的旋翼可能会被改进以减弱无人机的引擎噪音，从而避开声学探测。军用无人机可以装备用于探测诱骗信号攻击的设备。可以设计无人机使其雷达探测信号特征不明显（一些人猜测，ISIS的无人机经常被胶带包裹，可能正是出于这个原因）。犯罪组织可能将满载爆炸物的无人机的“家（返回地）”的位置编程设置成它的攻击目标位置，这样，一旦他的无人机受到干扰就会自动激发 “返回”模式（许多商用无人机的标准功能）,它将直接飞到C-UAS运营商试图保护的地方实施有目的的攻击。

 

最后，从防御角度来看，无人机群（或多架无人机的简单聚集）的出现将带来一系列特别棘手的技术挑战。如果攻击（拦截）次数少于无人机群中无人机的数量，那么它就能击败任何拦截系统 – 例如，一台只有5张抓捕网的网炮对抗一个有10架无人机组成的无人机群，突破防线就是轻而易举的。一个无人机群也可以轻易击败任何有效探测或拦截范围小于无人机群覆盖范围的反无人机系统。例如，定向干扰器只能发射一束狭窄的无线电波束，因此，当一群无人机散布在比这个波束更宽的区域时，定向干扰器将难以起有效作用。某些探测和跟踪产品甚至可能无法同时跟踪多架无人机。一个无人机集群并不需要是动态的或真正自主飞行的才能实现这些突防效果。10个单独的无人机操作员同时分别控制10架无人机，可能和真正的10架无人机自主集群一样难以防御。虽然一些公司正在开发对抗无人机的产品，能够拦截多个入侵无人机，但这仍然是一个研发中的能力。

 

缺少运行数据

Lack of Operational Data

关于已部署反无人机系统的运行跟踪记录的信息明显缺乏。没有一家C-UAS制造商愿意提供关于其产品在实际使用中的真正的性能表现的详细信息，即使愿意提高，也是水份很大的不可靠信息。这种信息真空使得想要拥有C-UAS的用户很难知道什么是有效的，什么是无效的，预测潜在的问题，并选择最适合他们需求的系统。

 

务高安全和多维度安防平台公司-思捷科技以及反无人机系统专业公司-蓝警科技合作研究了国内外上百家反无人机系统厂家的技术，产品和防范思路，站在产品和技术之上，为用户找到合适的解决方案，但看来这仍然是一条漫长且充满挑战的路途。

 

成本 Cost

有效的反无人机技术本质上是昂贵的。虽然大多数制造商不披露他们的价目表，相对稀少的价格信息表明，这项技术的代价可能超出了许多希望保护他们空域的小型机构的预算。国外有研究机构调查表明，在123种可获得定价信息的C-UAS产品中，有77种价格超过10万美元。就在英国盖特威克机场发生无人机事件两周后，机场宣布已经花费600多万美元安装了反无人机系统，以防止未来发生类似事件，但安装系统后随后发生的无人机事件表明，效果还是不尽如人意的。根据德国航空公司的一项研究，为德国16个最繁忙的机场配备无人机探测系统将花费5亿欧元以上。人员培训、维护和工作人员操作反无人机系统的时间都产生了显著的额外成本。

 

合法性 Legality

在我国和许多其他国家，反无人机系统有一个共同的缺点：它们可能并不总是合法的。在许多情况下，关于反无人机技术使用的确切法律层面存在重大的混淆和模糊。这是因为这项技术往往受制于许多重叠的法律，这些法律是为解决其他技术而起草的，而这些法律文件早在无人机反制技术存在之前就已经存在了。目前法律政策不明朗，政府还没有建立全面的针对C-UAS的政策，而安全部门或航空监管机构继续制定法规，可能反过来对C-UAS产生影响。

 

信号干扰装置，包括更先进的定向干扰系统，目前在国内受到严格限制。同样，在许多国家不是非法的就是受到限制的。在美国，干扰系统也有可能违反禁止窃听电子通信的《窃听法》。（即使是那些仅仅通过下载无人机的位置信息和遥测技术来探测和跟踪无人机的系统也可能违反这条法律。） 与此同时，诱骗系统可能对正常和重要的应用造成危害，也有严重的法律隐患。在美国可能违反《计算机欺诈和滥用法案》。打击/拦截无人机的动能和非动能系统也可能违反有关法律，不是任何飞到你头顶上的无人机你都可以去干预的。

 
像石油化工，电力系统，机场等对防范无人机有迫切和现实要求的场合，他们正会同国家有关部门，如公安部，国家无线电管理委员会等，陆续出台行业性的法规，反无人机系统供应商和潜在用户应十分关注。
 

尽管政策并不明朗，面对无人机的现实威胁，越来越多的地方法律执行机构（公安局）和行业安保部门仍会尝试部署反无人机系统。建议在目前法律法规尚不确定的情况下，若确实有反无人机的需要，应以感知为主。毕竟，有效感知也是一种防范或者是有效防范的前提。

 

然而，某些常见的探测感知系统也可能不总是合法的。到目前为止，还无法确认任何无人机探测系统的合法性。例如，并非所有的探测雷达都可以合法使用的，根据国家无线电管理委员会的规定，频率，功率等都有严格限制。对一些特殊场合，如机场，对探测和反制系统的要求和管控就更加严格。

 

这种法律限制和含糊不清的情况在全球各地都有体现。在英国，以任何方式打击无人机都可能违反《航空安全法》和《刑事损害法》的规定。干扰无人机很可能违反《无线电报法》和《电磁兼容条例》。基于激光的系统可能会违反2016年的《空中导航令》。在欧洲，收集个人识别信息的C-UAS传感器可能违反《一般数据保护条例》。

 

缺乏标准

Lack of Standards

对于C-UAS系统的正确设计和使用，目前还没有国际标准。这意味着系统的性能和可靠性之间可能存在显著差异，而在规格表级别上可能看起来非常相似。考虑到对这项技术的需求只是在过去几年才出现，许多公司提供的大部分产品还没有给予足够的时间成熟。一些公司似乎想在产品成熟或实地测试之前，利用人们对这项技术日益增长的兴趣而先有宰获，他们可能做到了，但大部分项目成为摆设无法发挥应有的作用。务高安全认为，很大一部分积极推销给客户的反无人机系统并没有像宣传的那样发挥作用。标准的缺失也引发了对这些系统安全性的质疑。特别是在民用环境中，一个故障的C-UAS系统可能会对公共安全造成威胁，例如，一个干扰紧急无线电通信的干扰系统，或者一个未命中目标的动能系统。
 
 

隐私问题 Privacy

由于反无人机探测系统本身也是一种监视技术，如果被滥用或收集的数据没有得到妥善处理，它们可能会对隐私构成风险。反无人机系统本身有一个重要的任务就是保护隐私，但不幸的是这个技术本身就可能造成隐私泄漏。例如，电子识别系统可以获取个人身份信息，如无人机在广阔的区域内操作时的无人机注册号。同样，广域摄像系统可能会无意中记录下与反无人机行动本身无关的地面个人或车辆信息。这样，除无人机本身可以收集私人数字信息，用于反无人机的探测和跟踪技术或后续的取证分析也有同样的作用。到目前为止，关于如何降低使用这些系统可能带来的隐私风险的评估工作相对较少。西方国家在这方面可能更加重视，法律上的保障（或限制）会更多一些。根据2018年《防止新出现的威胁法案》，美国有关当局和C-UAS机构需要确保其运营行为要尊重第一和第四修正案的保护，负责任地处理收集到的数据，并在180天内销毁所有截获的无人机通信数据，但全球许多民用或私人C-UAS运营商可能没有类似的保护措施。
 
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包括ISIS、真主党、哈马斯、库尔德工人党、和胡塞运动组织在内的一系列非国家组织已经展示了使用无人机进行广泛行动的能力，包括空袭、监视和侦察，和宣传。这对这些类型的行动者所参与的冲突产生了深远的影响。

 

• ISIS使用的大多是现成的商用无人机及其零部件，已经发动了数百次武装空袭，其中13次是致命的，还使用无人机帮助引导车载简易爆炸装置更准确地击中目标。

 

  • • 2018年8月，两架携带炸药的商用多旋翼无人机降落在委内瑞拉加拉加斯的一次阅兵式上，这显然是一个反政府组织试图暗杀总统Nicolás Maduro，引发踩踏事件，导致数人受伤。

  • 在乌克兰，顿涅茨克人民共和国（Donetsk Peoples’ Republic）和其他交战方使用的无人机大多由现成的零部件装配而成，用于进行监视、管理战场，以及投掷小型爆炸装置，所有这些都产生了相当大的效果。

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• 使用在伊朗直接支持下开发的一系列无人机，胡塞部队成功地攻击了各种不同的目标，包括深入沙特领空防御区内的关键基础设施。2019年1月，一架载有80公斤炸药的胡塞无人机在也门一次阅兵仪式的讲台上空爆炸，导致6名士兵死亡，多人受伤。八个月后，该组织使用弹道导弹和一架武装无人机袭击了亚丁的一个军营，造成36人死亡。接下来的一个月，在一次被认为是由伊朗政府实施或与伊朗政府有关的袭击中，一小群攻击无人机和巡航导弹对沙特在布盖克和胡雷斯的关键石油加工设施造成了重大破坏

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  • • 美国联邦执法部门已经挫败了几起极端组织和“独狼”分子利用遥控无人机在美国发动各种能量型袭击的计划

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• 在民用环境中，恶意使用无人机的威胁持续增长，超出了恐怖组织可能发动能量型攻击的令人不安的预测。

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  • • 2018年12月，因无人机骚扰造成英国盖特威克机场长时间中断，停飞航班超过36小时，成千上万的乘客滞留，航空公司估计损失6000万美元，这不仅展示了技术造成破坏的能力，也展示了它能负担得起运营商的豁免权。至今，破坏活动的肇事者尚未被逮捕。更不用说，如果无人机配备了武器，它们可能会被用来攻击飞机，带来潜在的更大的毁灭性后果。

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  • • 无人机出现在敏感设施（如军事基地，监狱，核设施等）的上空，引发了政府或非政府资助的无人机从事间谍活动的担忧。而在大型体育赛事上目击无人机也变得越来越普遍。这凸显了这些传统安防意义上保护良好的设施在空中也是脆弱的。

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  • • 在犯罪集团中，无人机已成为一种流行的工具，用来将违禁品走私到监狱，或穿越戒备森严的边境。据报道，无人机还被用于反监视，扫描抢劫目标，在美国至少有一个戏剧性的案例，扰乱了一个重要的执法行动。

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  • • 与此同时，无人机与有人驾驶飞机的近距离相撞已成为世界上每个拥挤的空域系统中常见的事件。尽管这些事故中有许多是由于操作人员的无知或鲁莽造成的，但许多人仍然担心，无人机可能会与有人驾驶的飞机相撞，从而导致灾难性的事故。

 
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与不断被采用的反无人机技术共生，是空域管理当局努力的方面，以实现民航和民用无人机对无人驾驶空中系统的交通管理（UTM）和远程识别（Remote Identification或RID）的要求。UTM系统将使空域管理当局能够将合规的无人机与机场、受限空域和有人驾驶飞机规定的空域隔离开来。

 

远程识别是指远程获取附近特定无人机的型号、操作员姓名和位置、注册号等信息的一系列系统。我国无人机制造商大疆（DJI）研发了一个这样的系统，叫做AeroScope，它已经被C-UAS团队用于无人机探测。其他厂商也很可能会效仿。

 

一些国家的政府正在制定实施UTM的详细计划，以及要求所有无人机都配备远程识别功能的法规。从长期来看，识别码和UTM的结合很可能会显著减少由“粗心”或“无知”的操作员错误地进入受限空域造成的潜在危险的无人机事故。这将使C-UAS面临的挑战缩小到那些有一定技术能力绕过这些常规空域控制系统的恶意飞手，他们可能就是真正的犯罪分子，也是安全防范的主要对象。尽管这些可能的恶意案件将远不如构成当今大多数无人机事件的非恶意案件常见，但它们将更加危险并难以防范。

注：本文参考CSD-CUAS报告
 
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