无人机防诱骗防捕获技术研究

马传焱

(中国人民解放军32180部队，北京 100012)

0 引言

近年来，美国和以色列等国多型先进无人机相继被诱骗、捕获在世界范围内引起了极大反响，耗时多年苦心研制隐身设计、气动布局、数据链通信系统和导航系统等机密信息面临着技术泄露和扩散的巨大风险，单架无人机被俘潜在威胁着整个无人机序列的运行[1]。

2011年12月，伊朗采用电子战手段近似完整无损的俘获了美过RQ-170无人机[2]。资料显示，伊朗利用了RQ-170无人机导航系统的弱点，通过在通信数据链中设置电磁阻塞，迫使无人机进入自动驾驶状态，然后重新设置无人机GPS导航的参数，使其误以为在阿富汗的美军基地着落，而实际上它在伊朗境内着陆。

2012年12月，一架美国“扫描鹰”无人机在海湾上空飞行时闯入伊朗领空，被伊朗捕获，资料显示无人机同样是近乎完整的被俘。而后，在2018年11月伊朗又成功俘获了一架美国MQ-9“捕食者B”无人机。MQ-9无人机从2007年服役以来，已在包括阿富汗、伊拉克和也门等全球热点地区经过数千次“定点清除”行动，是目前美国执行全球侦察监视和“定点清除”行动的“顶梁柱”机型。“扫描鹰”和MQ-9被伊朗的捕获对美国造成了沉重打击，令美国引以为傲的明星机型再次落入伊朗手中。据推测，这两型无人机的捕获同样基于电子对抗手段。

另外，在伊拉克，伊方人员曾使用疑似来自俄罗斯的GPS干扰机对付使用GPS卫星导航的无人机和精确制导武器，致使多起美国无人机迷航，飞到土耳其和伊朗境内，同时精确制导武器频频打偏，随后美国不得不采用地毯式轰炸，清除所有干扰装置后才按照既定计划继续进行。

伊朗和伊拉克多次成功诱骗无人机系统的事实表明，通信数据链和导航系统是整个无人机系统防欺骗、防捕获的薄弱环节。针对通信数据链和导航系统的电子战手段与其他硬杀伤手段相比具有更高的效费比，在平时战时对无人机威胁都很大[3]。

首当其冲的是无人机任务能力下降和自身安全威胁。硬杀伤手段往往会造成不必要的政治和外交压力且效费比差，因此，选择隐蔽性更强的电子对抗手段成为扰乱无人机正常任务的主要手段。无人机面对强大的电子对抗装备时，通信链路的中断将导致无人机不受控制，导航系统受干扰将造成飞机自主返航或迷航被俘，因此若无人机被干扰、诱骗，轻则导致任务可靠性将急剧下降乃至失败[4]，重则招致无人机坠毁或被俘获，威胁无人机自身安全。

更为严重的是，无人机被俘获还面临着无人机技术的扩散和通信、导航等机密信息被破解的巨大风险，不仅会将己方苦心研制的多项技术展示与人遭受逆向仿制，还面临着己方通信、导航和加密等机密信息的漏洞被利用的风险，给后续无人机型号带来了巨大隐患。目前，伊朗在捕获美国无人机后进行了大量的仿制，逆向研制生产了多款“山寨”武器，给美国造成了物质层面和心理层面的双重打击。同时，在挖掘美国无人机薄弱环节和漏洞基础上，伊朗的反无人机技术也在飞速提升，使得美国无人机面临伊朗时变得更加脆弱。

本文将从时序角度描述无人机的诱捕机理，并从抗侦收、抗干扰和反诱捕3个方面对无人机防诱捕问题进行论述和研究，研究成果对我无人机发挥作战效能具有重要意义。

1 无人机诱捕机理

与有人机相比，无人机的基本特征是“机上无人，地面有人”。在手动控制模式下，后方的地面控制站通过远程遥控执行作战任务；在程控模式下，地面控制站主要对无人机进行状态监控。2种控制模式下，无人机与地面站间必须通过测控链路进行交联，通过上行链路传输操控人员的遥控指令，下行链路传输无人机的状态参数和实时侦察信息。出于安全考虑，无人机的飞行控制策略之一是确保测控链路畅通并在地面人员监控之下完成作战任务。上行链路中断导致“失控”后，无人机一般将进入自主程控返航模式，利用定位导航按照预设航线自动返航、降落至指定地点。在运用过程中，无人机抵近前言阵地或深入战线腹地执行作战任务，相对己方无人机地面站，另一方在空间位置上具有明显的距离优势。正是基于以上原理和流程，针对无人机进行近距离侦收探测、电磁干扰和导航欺骗成为无人机诱骗、捕获最有效的手段[5]。

根据上文对诱捕无人机技术手段的分析，从时序角度看，无人机诱骗、捕获过程包含侦收探测、干扰压制和欺骗捕获3个步骤，覆盖了发现、识别和实施3个过程。

在侦收探测阶段，主动探测的雷达设备和光电设备、电子侦察设备等其他被动探测的无源探测、侦收设备首先对时域、频域、空域或图像等进行联合搜索和检测，检测到异常后，对目标进行空间定位，同时开始对信号特征进行识别和分选，并与特征数据库进行匹配，获取无人机的身份信息、数据链通信特征和地理位置信息，发出预警信息并保持跟踪状态。

随后电磁干扰压制设备启动，干扰波形控制器根据目标位置和目标数据链工作状态，按照一定的策略和算法，产生有效的干扰波形。干扰波形经功率放大后，由指向目标的定向天线发射，高强度的电磁干扰会直接使无人机接收通道饱和，压制地面站控制信号，造成通信误码或链路中断，切断无人机与后方地面站之间的联系，无人机被迫终止执行任务，随后进入自主返航阶段。

欺骗捕获阶段，无人机在GPS等精确导航设备辅助下进行返航、降落。欺骗设备可模拟卫星导航信号，位于地面的虚假信号在强度上可轻易压制卫星导航信号，向无人机发射错误的导航坐标或持续发射诱偏信号使无人机逐渐偏离返航航线，最终致使其降落在错误位置，完成捕获。

上述可见，诱骗、捕获过程的3个阶段在时间上具有先后顺序，但3个阶段危害程度依次递增。目前，针对无人机防诱捕研究主要围绕上述3个方面内容开展，分别包含抗侦收、抗干扰和反欺骗3类技术。

2 抗侦收技术

抗侦收技术是通过无人机射频隐身技术，使侦收方无法侦收到己方无人机的辐射信号，或即使侦收到但无法判断己方通信参数或无人机的确切位置等。有效的抗侦收技术是实现防诱捕最理想的技术手段，但技术挑战性较大。目前侦收主要针对具有电磁辐射特性的数据链设备，因此隐身数据链技术成为抗侦收技术的主要手段。隐身数据链技术通过对通信设备和波形进行射频隐身设计，使无人机平台上的数据链、雷达等主动辐射源被侦收、被截获概率大大降低。

隐身数据链技术是涵盖时域、频域和空域等多维域的综合隐身技术[6]。目前，隐身数据链主要的技术手段包括：

2.1 辐射时间控制技术

控制数据链终端在不确定的时间以猝发方式进行功率辐射，其发射起始时间和发射时长均可变化，消除时域波形发射规律，避免在时域被控守侦收或截获。

2.2 辐射功率控制技术

通过对数据链终端的辐射源进行辐射功率管理和高性能天线设计，依据传输距离要求精确控制辐射功率，降低辐射功率谱密度，使得无人机工作在尽可能低的功率水平，降低侦收接收机接收的电磁波能量，提高电磁辐射装备隐身性能。

2.3 数据链波形隐身

先进的隐身数据链设计包括完成其一体化通信任务而采用的传输、交换以及抗干扰、抗截获的信号处理技术的总和，包含信道编码、调制、扩频和跳频处理等一系列技术，具有低功率谱和隐蔽特性，难以被发觉。例如将信号拓展超宽时频资源上进行传输，降低信号在单位时频资源上的能量，将信号隐匿在自然噪声或民用移动通信或卫星通信电平下实现隐蔽传输效果。

2.4 定向天线技术

定向天线技术是在调整信号空域分布基础上实现数据链隐身的技术。定向天线技术通过控制天线方向图的辐射方向，实现合作目标方向能量集中其他方向能量削减目的，达到空域隔离效果，在定向天线基础上对方向图进行优化，增大主瓣增益、降低副瓣增益可进一步提升定向天线的空域隔离效果，提高数据链隐蔽传输性能。

2.5 信号不确定化技术

信号不确定化技术要求系统的辐射信号参数不确定，使侦收方侦察设备无法预估。该策略利用信号时域、频域和空域的特殊设计，使信号的发射时刻、工作频率、信号波形及辐射方向具有不确定性，提高侦收截获通信参数和通信信号识别分选的困难程度。

3 抗干扰技术

无人机诱捕主要针对数据链和导航系统进行攻击，因此抗干扰技术也主要围绕测控数据链和卫星导航系统防护两类技术展开。

3.1 数据链抗干扰技术

无人机测控数据链抗干扰技术应使无人机数据链路具备以下能力：① 广泛的频率管理、分配能力，可以在任意区域、任意时间对无人机动态分配可用的频谱资源；② 解决因信息远距离传输而造成的信号电平大幅度衰减的能力；③ 抵抗恶意干扰、压制的能力。

根据以上需求，无人机测控数据链抗干扰技术主要分为提高测控数据链可靠性和有效性的相关技术和基于认知无线电的抗干扰技术等。

提高通信可靠性和有效性的无人机数据链相关抗干扰技术可在时域、频域、空域等多个域进行，主要包括随机序列扩频技术、高速跳频跳时技术、高增益低旁瓣定向天线技术、干扰对消技术，通过时域、频域和空域等联合手段降低蓄意干扰和自然干扰进入己方接收机的功率电平，进而提高数据链抗干扰性能[7-9]。

此外，为进一步提高无人机在频域抗干扰性能，还可通过无人机频谱感知和重构无线电技术为无人机测控提供可选解决方案，即提高了测控链路抗干扰能力，又解决了频谱资源短缺和随着无人机广泛使用的频谱管理难度增加问题。例如，采用支持向量机与功率准则的预测评估方法进行无人机数据链的重构；设计和利用认知引擎，将信噪比、信道估计结果、频谱感知结果和多普勒频移等作为输入，通过认知引擎，进行无人机测控数据链系统重构等[10]。

3.2 卫星导航抗干扰技术

卫星导航抗干扰技术主要包括滤波技术和波束形成技术两类。滤波抗干扰技术主要包括单天线的滤波技术和基于阵列天线的滤波技术2种。主要从时域滤波、频域滤波、空域滤波和时空二维滤波入手，能够有效地抑制窄带和宽带卫星导航定位干扰源。波束成形技术利用阵列天线形成指向卫星方向的波束，而在干扰方向进行增益调零，提高卫星信号的增益，并在其他方向抑制干扰[11-13]。

4 反诱骗技术

无人机诱骗技术与干扰压制作用机理不同，诱骗技术通过发射虚假导航信号，依靠功率优势诱导接收机对其进行捕获跟踪，解算出错误的定位结果。而无人机反诱骗技术主要通过识别和检测卫星导航、测控链路等手段对无人机的欺骗行为意图，有针对性地采取必要的诱骗防范技术措施。主要分为诱骗检测技术、卫星导航与测控数据链防诱骗技术等。

4.1 诱骗检测技术

诱骗检测是无人机抗诱捕技术研究的首要步骤，也是非常关键的一步。诱骗检测技术主要针对卫星导航定位状态和测控数据链状态等进行持续监测，能够检测和识别异常信息并判断是否处于诱骗状态。例如，对数据链诱骗检测技术主要建立在功率检测、身份鉴权和基于时间窗口的检测方法上。对卫星导航利用基于信号功率异常检测(PTD)和基于多普勒频移检测(DOD)的检测算法，实现卫导接收机在信号跟踪阶段的诱骗检测；通过与机载惯性导航、惯性航姿测量等定位和航姿信息比对的方法辨别卫星导航的大幅度诱发式定位跳变等[14]。

4.2 数据链防诱骗技术

在测控链路多冗余基础上，采用混沌扩频技术、长周期跳时和跳频技术等措施，使得诱骗方无法预估我方信号特征和变化规律；采用时间戳、帧计数校验技术和多相关峰检测技术防止诱骗方转发式干扰，对时间窗外信号直接滤除，对不连续帧计数进行时序与数值匹配计算判断信号是否由我方地面站发出；采用信号电平与航程推算联合检测，主动识别认知诱骗方大功率干扰，避免锁定到大功率干扰信号上；采用测控链路加装密码机的方式，避免诱骗方从侦收信号中获得有用信息，进而无法获取诱骗无人机的信息格式。

4.3 卫星导航防诱骗技术

卫星导航是无人机诱捕所针对的重点方向，主要采取的是卫星信号生成式欺骗和转发式欺骗2种方式。针对这2种方式欺骗可采用下面3种手段或途径。

(1) 卫星导航加密技术

为使诱骗方无法准确掌握我方导航卫星定位通信协议，采用卫星导航加密技术能够有效地防范信号生成式欺骗。例如，美军采用的军用P码通信；以及我国采用的北斗加密芯片等。

(2) 惯性导航等多维导航技术

利用惯性传感器技术所具备的无源、独立、稳定和可靠等优势，采用高精度惯性导航技术可减少无人机对卫星导航定位的依赖；通过惯导、无线电、航姿测量和航程推算等组合导航技术、信息融合技术等手段，提高无人机防诱骗能力。

(3) 自主导航技术

由于卫星通信、导航与定位的固有缺陷，采用天文、视觉、图像匹配和地形匹配等非传统导航定位方式可提高无人机导航定位的冗余度和可靠性；同时，先进的微电子、微机电、冷原子和量子学等导航技术的研究和工程化应用，可实现导航层面难以被欺骗和干扰。

5 结束语

无人机防诱骗防捕获技术关键在于提升测控数据链和导航系统的抗侦收、抗干扰和反诱骗能力。通过对诱捕机理剖析和各项关键技术研究得知，抗侦收技术主要目的是降低自身电磁频谱特性，提高通信波形的复杂度，降低诱捕方感知测控数据链的敏感性；抗干扰各项措施主要是降低干扰方蓄意干扰信号进入我方接收机的能量，使接收通道能够正常工作；反诱骗技术是采用各种检测和防范技术识别诱骗方诱骗行为并排除诱骗信号影响，降低诱骗方实施诱骗的成功概率。无人机防诱骗防捕获研究必须同时从以上3个方面入手，夯实测控数据链和导航系统在各个环节中的战技性能。