摘要：低慢小商业无人机自引入全球各地的军事冲突以来，持续影响并改变着传统的军用无人高空机侦察定位指挥后方火炮精准打击的传统经典战法。本文从全球安全局势出发梳理了商用无人机和反无人机技术的演进趋势，得出小型战术无人机正在向小型化、高速化和多功能化发展，结合局部战场最新形势双方已经形成大规模FPV对攻局面，基于SDR的反无人机技术已经成为未来主流趋势。
关键词：SDR（Software Defined Radio） FPV（ First Person View）低空经济
低慢小无人机在商业领域的应用已经覆盖娱乐、农业、工业监控、消防救援、安防、快递和物流配送等千行百业，并产生了巨大的经济效益和社会价值。但是，随着近年来的全球安全局势巨变，商用无人机逐渐被引入各种不同程度的军事冲突和局部战争中去，造成了很大的人员伤亡和装备损失。随着各地安全局势升级，各种新的无人机技术应用而生，如抗干扰能力强的FPV、泡沫塑料无人机及光纤制导无人机等，为了避免不必要的人员伤亡和装备损失，从人道主义出发，反无人机无人机反制技术必须在无人机技术的发展情况下与时俱进，满足低空防御需求，保障人民群众生命安全和财产安全。
从俄乌战场不同阶段看无人机的需求变化
俄乌冲突自2022年2月24日开始以来，双方便开始了一场无人机和反无人机的军事竞赛。纵观战事，无人机技术演进过程可以分为七个阶段，不同阶段双方使用的无人机不同。军事冲突开始的第一阶段俄方预通过闪电战术快速实现军事目的，主要出动中空长航时军用无人机，如出动多架E95M靶机进行高空侦察并吸引对方的地对空导弹防御体系暴露位置，后方炮火跟进攻击的方法。双方在起初的对抗中，都在严格遵守交战规则（ROE）。到了2022年3月，军事冲突进入第二阶段，俄方仍广泛使用中空长航时无人机，如“扎拉”（ZALA）无人机、“海鹰-10”（Orlan-10）无人机、“海鹰-30”（Orlan-30）无人机以及“翼龙-3”（Eleron-3）无人机进行态势感知和炮火引导，而乌方则开始使用现成的商业无人机和自制无人机来扩充相对较小的无人机编队以执行此类任务。第三阶段开始于2022年4月至8月，俄军开始进攻卢甘斯克和顿涅斯克地区，将军事行动拖入了漫长的消耗战。在此阶段，无人机已经成为俄乌两军的主要侦察和炮兵目标获取装备，俄乌两军中的大多数地面部队都在使用无人机进行作战。俄乌两军并未将军用和商业无人机用作打击平台，而是将其主要用于前线侦察，以为炮兵部队搜寻即时目标信息。俄方开始在边境地区部署电子战网络，防止对方侦察无人机侵入。到了2022年秋季，俄方开始使用柳叶刀-3巡飞弹等武器进行反炮兵作战，乌方也开始了使用无人机进行直接打击。乌军的无人机通常会飞到伪装的俄军步兵战车和坦克上方，然后丢下炸弹进行打击。自此进入了第四阶段，各种商业无人机开始在战场上携带不同的杀伤性武器进行攻击。到了2023年初，四旋翼无人机在战场上随处可见，俄军很快就意识到了商用四旋翼飞行器的实用性，并且战场上出现了为俄军前线士兵提供无人机和必要培训的志愿团体。此外，由于俄乌两军都在不断寻求可进行夜战的先进无人机（装备有热成像摄像头），因此战场上受欢迎的商用无人机种类也发生了变化。随着其他武器的库存耗尽，俄乌冲突中的参战人员愈发依赖巡飞弹进行精确打击。俄军在巡飞弹领域具备一定的优势，但乌军也在寻求商用无人机和穿越机在自杀式攻击领域的创新应用方式。到了2023年6月进入第六阶段，各种战术的快速变化使得“无人机-反无人机”竞赛发展迅速，但由于无人机损失数量过大，成本因素也越来越重要。乌军继续依靠无人机为地面火力提供引导，但其不得不对其战术进行修改。乌军仅在俄军电子战覆盖不到的区域使用无人机，并且频繁更换无线电频率以规避俄军的多层电子战系统。乌军还在增加无人机相关的研发工作，并使用泡沫和塑料制造无人机，以降低被俄军雷达发现的概率。同时出现了光纤制导无人机，飞行距离只有10.813km，但可以完全规避对方电子战系统或者反无人机系统的干扰。从2023年10月开始，双方进入了第七个阶段，此阶段战场上广泛使用的低成本无人机是自杀式穿越机（FPV）。穿越机由熟练的操作人员进行操作时，其能够提供成本极低的精确打击能力。由于穿越机速度快、机动性强，其能够俯冲并准确击中移动中的目标，不过操作穿越机需要更多的技巧和培训。10月，俄军效仿乌军，常常使用商用无人机或自制无人机对乌军车辆和作战人员进行俯冲攻击。随着这种自杀式无人机的快速增产，乌克兰和俄罗斯双方都储备了超过100万架低成本穿越机。穿越机使俄乌两军能够在成本消耗较少的情况下实现对作战人员和快速行进的车辆的打击。自此，战场上FPV已经被纳入单兵作战系统。
高抗干扰性无人机控制系统对反无人机技术提出了新挑战
针对常规的低慢小无人机，反无人机的技术主要依靠大功率压制技术就能在有限的范围内进行软杀伤打击，达到迫降或者驱离的目的，减少威胁或者危害。早期主流的功率压制技术以VCO(压控振荡器)为代表，VCO反制技术是利用经典的压控振荡器原理通过改变电压的方式使得变容二极管产生与之对应的频率，一般产生200MHz~3000MHz的噪声频率达到干扰无人机遥控和图传信道的目的。VCO反制器由于实现原理简单，成本低，受技术局限，反制距离较近。由于电路设计简单，为了追究极致成本诉求，长时间开机后设备发热进而影响VCO的转换效率，导致输出频率不稳定会出现频率飘移，严重影响无人机反制效果。
随着无人机飞控技术的不断发展，高抗干扰性能的无人机应用而生。普遍采用MIMO技术、多频点、大功率、跳频+扩频等技术，这些技术使得无人机普遍都能轻松抗击无人机反制设备的干扰。MIMO天线能大幅增强无人机的接收灵敏度，确保能在更远的距离接收到遥控器发出的指令信号并不被其他类似信号干扰。多个频点和大功率技术是常规的无人机技术发展方向，往往通过不公开的特殊频点来应对反无人机设备的固定频段配置的特点。跳频和扩频技术是目前穿越机使用的主流技术，不光是遥控频段在不断的改变，信号本身也采用了扩频因子将信号频谱扩宽，大大提高系统的抗干扰能力，这对无人机反制技术提出了更高的要求。
从俄乌冲突战场看，双方都在开发防干扰的FPV，不断的在加大FPV的攻击能力和打击范围。有些FPV在遥控链路遭到干扰后仍能通过图像制导或者自动驾驶技术在末段自动命中目标。FPV目前面临的问题主要是航程较近，造成这个问题的主要因素有两点，一是控制系统的通信距离，二是电池的续航能力。如果通过增加体积的方式来增加续航能力，必然会导致成本上升，而且通过增加信号强度来延长距离的话，又容易被对方定位，增加自身被打击风险。鉴于此，FPV通常只对前线目标和后方有限距离内的目标实施攻击。最近，据报道战场上已经出现了一种FPV“母机”，它是一种大载荷的油机多旋翼无人机，自带多个FPV，飞行半径远远超过一般FPV的航程。这种FPV“母机”飞行到作战半径的边缘开始释放FPV，同时能作为控制系统的中继器，让其保持良好的控制状态，即在复杂地形和城市环境下都有良好连接。
FPV的广泛使用，已经改变了常规的战法，将局部冲突变成无人机战争。据统计俄乌战场上80%的装备损失是由无人机和FPV袭击造成的，目前双方都在积极制造各种型号的FPV，并且FPV的自杀式袭击方式也在不断的升级。特别是针对对方坦克的袭击方法更是日臻完善，一般FPV先从后部进入，对炮塔和车体后部的结合部进行俯冲攻击。无论炮塔后部还是车体顶部都是比较薄弱的，对这里实施俯冲攻击，弹药的高温、高速和高流动性在穿透装甲后会迅速引爆车内底盘上的炸药导致车内殉爆，彻底损坏车辆。针对FPV对车辆装备的袭击，一般会在车辆上增加防护栅栏和反无人机设备，避免自杀式FPV靠近车辆进行直投或者俯冲攻击。未来主战坦克和战车上加装防护栅栏和反FPV系统将成为战场标配。
SDR技术是未来反无人机技术的趋势
为了保护战士的生命和要地设施安全，反无人机技术必须根据无人机的最新技术进行升级才能具有实战价值。结合目前的国际安全局势和无人机技术发展看，传统的VCO技术已经无法有效反制高抗干扰能力的无人机和FPV。
为此，安卫普科技提出利用SDR（软件定义无线电）干扰技术，能基于软件无线电的架构对不同类型无人机进行精准干扰。软件无线电（SDR）作为当今无线通信领域的新技术，正在引起国内外越来越多的关注，在通信领域是继模拟技术到数字技术、固定通信到移动通信之后的新的无线电通信体制。针对类型繁多的新型无人机，必须采用灵活多变的干扰算法才能达到精准干扰的目的。软件无线电系统具有结构通用、功能软件化、互操作性好等一系列优点。目前已逐渐成为无人机反制的首选技术方案。
不同品牌和类型的无人机，其控制系统的通信方式和编码调制机制不同，安卫普科技基于SDR技术创新研发的SDR无人机反制数字模块，SDR技术可以实现针对不同品牌和类型无人机输出不同的干扰码，对其进行遥控链路的干扰，使其迅速中断，可以用最小的功率实现最远的有效干扰距离。同时，SDR具有“先侦后打”的先天优势，可以先侦测到具体无人机频段后只在该频点上输出低功率的专用干扰码，就能实现精准打击，真正达到“四两拨千斤”的效果。SDR的另外一大优点是可以持续进行算法迭代，确保能在既有的硬件平台上支持最新的无人机反制效果，持续保持产品竞争力并满足客户需求。在实际现场对抗测试过程中，SDR的无人机反制系统的表现也优于传统VCO技术的无人机反制设备，这一点特别是在FPV反制上体现的尤其明显。
基于SDR的C-FPV技术将在低空防御领域发挥至关重要的作用
FPV的控制系统采用抗干扰能力很强的跳频+扩频通信技术，安卫普科技为了能实现对FPV遥控信道的干扰，基于SDR的C-FPV模块可以在FPV控制系统的频段及通道上随机发送专用扩频干扰码，FPV接收到此扩频干扰码后无法通过相关滤除，从而实现有效干扰目的。工程师们在实验室机外场对比测试中发现，如果采用VCO 技术进行FPV干扰的话，VCO的输出功率最少要达到遥控器发射功率的100-200倍才会有效。当无人机技术发展到多频点，多调制阶段后，无人机反制的技术也从功率为王逐渐演变成算法为王的时代了。为了能应对各种各样的DIY 的无人机和FPV，只有不断的更新针对这些DIY无人机及FPV所搭载的飞控系统的特征干扰码，才能轻松应对其所带来的安全威胁。目前常见的Express LRS , FlySky，FrSky， Ghost，Tracer等协议都是无线电爱好者们比较热衷和流行的协议类型。
近年来，低空经济已经成为我国未来十年的战略产业，全国各地都在如火如荼的展开各种形式的无人机商用试点及商业落地，低空经济最主要的还是如何保障低空安全，除了在流程内的正常申报飞行外，如何有效的控制黑飞对正常航线的无人飞行器造成的潜在威胁是个重大课题。低空经济的投入往往在万亿级别，如何保护基础设施的投资长期有效是各地政府的关注重点，确保低空经济这张安全底座持续有效的最好办法就是采用SDR技术的反无人机系统和设备，可以通过持续算法迭代来保持系统能与时俱进，及时有效的解决新出现的各种DIY无人机和FPV，同时又有效的保护了基础设施投资。在低空经济场景下，无人机技术根据不同的应用其发展路线不同，多以长续航、安全自主飞行、大载荷、多功能挂载单元方向演进，满足日益丰富的低空经济场景需求。而反无人机技术主要是预防黑飞为主，技术主线仍是SDR，但是结合应用场景，产品形态方面的演进将按照小型化、经济性、网格化、边缘算力强的方向发展，由于以城市部署为主，对其网络优化能力和获取安装站点的服务能力也提出了更高的要求，总结起来就是在低空经济时代，反无人机系统和设备无论从产品形态到服务模式等一系列商业模式都会被重构。
当前，FPV及高抗干扰性无人机在战场上的应用给全球安全局势造成了很大的不确定性，无论从各国开始组建自己的无人机部队到各个行业的重要基础设施，如油田、电站等加建反无人机系统和设备，免受敌对无人机的自杀式袭击。为了保护战士的生命和财产安全，反无人机技术在未来很长时间将会和无人机技术矛盾共存，在战场上希望通过反无人机技术能够减少不必要的人员伤亡和装备损失，在城市反恐和行业反恐中能保护广大人民群众和重要客人免受袭击，保一方平安。
作者简介：
杨金才
欧洲科学院院士，世界无人机联合会主席，世界无人机大会主席
王小亮
西安交通大学电子工程硕士&MBA，深圳市安卫普科技有限公司创始人、总经理
(杨金才 王小亮)
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