小型无人机的威胁特征

吴军，陈勇，罗沐阳

95894部队

随着无人机成本降低和技术发展，大量小型无人机进入消费娱乐市场，在给人们生活带来便利的同时，也在引发潜在威胁。本文首先分析小型无人机技术特性，并介绍其威胁特征，最后提出应对小型无人机威胁的防范措施。

十多年前，大众娱乐活动常使用航空模型。但随着无人机技术日益成熟与生产成本的降低，现在普通消费者可以低价购买到高性能商用无人机，对飞行感兴趣的消费者希望使用第一人称视角操控无人机，没有操控技能或掌握很少操控技能的个人则希望拥有“飞行摄像机”。之前花费很大代价才能获得、甚至无法获取的信息，通过无人机机载传感器可以轻易获得，刺激了无人机商业应用的发展。然而万事皆不完美，一些使用者将小型无人机用于不道德和违法活动。2015年1月26日，一架小型无人机坠毁在美国白宫南部草坪，美国特勤局立即进行安全调查。2016年5月28日傍晚，一架无人机出现在成都双流国际机场起降空域，导致其停航关闭1h20min，造成55个航班无法正常起降。2020年7月9日安徽歙县高考结束后两架小型无人机违规飞进校园，均被民警采用无人机反制枪“击落”。

截至2019年底，我国无人机拥有者注册用户达37.1万个，其中个人用户32.4万个，企业、事业、机关法人单位用户4.7万个。目前，无人机已广泛应用于航拍、农业植保、测绘、自拍等领域，市场需求促进了无人机传感器和自动化技术的发展，未来将在高度网络化的包裹投递、通信中继、货运甚至城市空运等领域发挥更大作用。无人机技术创新异常迅速，不到一年就会升级换代，重量小于25kg的小型无人机尤其如此。随着无人机自主飞行能力增强、无人机的应用数量，尤其是在人口稠密城市呈指数级增长，对公共安全和安保构成重大威胁。

技术特性

无人机技术的快速发展和广泛使用，对安全产生了威胁和潜在影响。图1按技术特点划分了六个维度，按从左到右的顺序，识别和处置难度逐渐增加。通过了解每个维度的现状，分析无人机市场走向，可以识别未来的潜在威胁。

图1 无人机威胁特征范围。

技术复杂

从仅能在空中悬停的玩具无人机，到可以投射弹药、自动化程度高、几乎没有电磁辐射的军用无人机，技术复杂程度逐渐增强。总的来说，无人机的应用范围正快速拓宽，技术越来越先进，即使是用于娱乐的无人机也具有高性能，如高度保持、位置保持、航路点导航，甚至目标跟踪等性能均很好。随着传感器、材料、计算机、高密度电池和推进等技术进步，以及采用新型机体结构设计，无人机的各个维度和性能指标都在迅速提高。无人机尺寸更小，飞得更快更远，监视范围更广、分辨率更高，携带的任务载荷更多，而且更加静音。所有这些特征将使其更具破坏性和潜在的致命性，并且难以防御。通过快速成型、计算机辅助设计、增材制造（即3D打印）和大规模网络协作，可实现新的系统功能。高性能复杂构型设计包括多旋翼与固定翼结合的复合翼构型，具有旋翼机的垂直起降功能和固定翼无人机的前飞优势；装配小型涡轮发动机或者配备火箭助推发射装置，具有更快的巡航速度；大展弦比复合材料机翼，重量轻，可以实现超长航时飞行。

图2 设置略微改动也会使小型无人机更难被探测和防御。

组装容易

从标准化商用现货到非标准化的定制系统，都可以从市场购买零部件组装，也可以从零开始研制。为扩大市场销量，大多数商用无人机都是“开箱即用”，信息公开透明，容易操控也容易防御。但一些商用无人机的出厂设置很容易修改，即便是较小的设置改动也会使其更难探测和防御。例如，有些无人机只需操控人员在复选框中勾选，就能让无人机按预设航线飞行，而不是通信中断后自动返航。

定制无人机的多样性，其性能和组成很难预测和评估，难以及时应对。此外，为满足安全性和可靠性需求，厂商采用各种技术提升产品性能和可靠性，使得“货架无人机”也很难被探测和处置，如果使用人员将之用于违法行为，将转化为更大的杀伤力。这些新技术包括基于机器学习的机器视觉、人工智能驱动的自动化控制系统、计算机数控加工工艺和增材制造实现高度优化的机体。

飞行控制

图3 无人机蜂群的威胁增加了反无人机作战的难度。

无人机控制系统已变得复杂，从简单的直接遥控舵面，发展到机载自动飞行控制系统管理基本飞行功能，接收操控员的输入指令并处理，再向飞行舵面发出控制指令的多层控制系统。目前，大多数无人机按操控员输入指令飞行，对依赖无线电实时遥控遥测的无人机来说，通信中断可能导致无人机坠毁、迫降、停飞或返航。但自动化技术的高度发展，通过快速改善内存、计算能力和传感器，无人机可以自主飞行，而不需要持续的直接通信支持。此外，视觉导航、同时定位与地图绘制等自动化算法的发展，减少了无人机对GPS导航的依赖。探测不到无线电信号，就无法实施干扰包括GPS干扰，发现和击落无人机将变得极其困难。

无人机蜂群技术

目前，大多数无人机都是由一名操控员控制，未来一名操控员能够控制多架无人机。随着自主性的提高，在没有人员直接操控的情况下，多架无人机协同工作成为可能。研究人员正在研究无人机蜂群自组网通信、协同控制技术完成任务。无人机蜂群技术极大提高了无人机执行攻击任务的生存能力和杀伤能力，使反无人机作战复杂化。

数据链路

目前，大多数无人机的指挥和控制信息由无线电数据链传输。虽然无线电通信是最为常见的方式，但激光和红外收发器也可以传输指控信号。无人机指控链路使用工业、科技和医疗等领域通用的433MHz、900MHz、1.2GHz、2.4GHz和5.8GHz标准频段直接通信，通信协议是从常用的WIFI协议演变而来，目前反无人机技术主要是依靠检测、阻断和干扰通信。为提高使用的可靠性和完整性，无人机采用了越来越先进的系统和技术，如跳频和无线蜂窝网络，导致了意想不到的后果，难以及时发现和处置“黑飞”无人机。无人机将与其它移动通信设备一样，广泛使用4G/5G蜂窝网络，能有效隐藏其通信信号。随着蜂群技术的发展，将会增加基于网格的通信链路使用，可以自动重新配置，以确保蜂群无人机之间的可靠通信。商用无人机也会采用与军事通信系统类似的分层技术，为无人机提供ISM、蜂窝式和卫星通信等多种通信选项。

网络防护

网络防护与指控链路、自动驾驶的性能相互影响。大多数无人机采用与信息系统相同的网络保护措施，包括使用密码访问、数据混淆和加密。复杂应用中，通过停用或移除通信系统来切断外部输入，能显著提高无人机的安全性，但也使抵御无人机恶意行为的工作更加复杂化。

随着技术发展和成本持续下降，将会更多使用无人机威胁特性范围中各维度的右侧特性，无人机威胁的数量和程度可能会增加。

威胁类型

小型无人机的安全威胁主要包括干扰、侦察监视和恶意攻击等三种类型。许多无人机事件是由操控员的无知或失误引起，扰乱了社会正常运行秩序并造成损害；少数不道德或违法行为，如窥探隐私、跟踪盯梢、养殖场投毒和商业间谍等，将对个人和社会产生不良影响；威胁最大的是恐怖分子或恶意攻击国家的暴恐袭击行为。下面按不同意图对无人机的威胁进行分类，为各部门无人机反制工作提供支撑。

图4 无人机在公路上拍摄高速行驶的车辆，可能会引发车祸。

图5 无人机在机场禁飞区内飞行则会影响航班正常起降。

无意扰乱

无人机未经审批，在错误的时间和未经许可的地点飞行，就可能扰乱个人生活、行业运行和大型活动，造成经济损失和社会影响。例如拍摄公路上高速行驶的车辆，可能会分散驾驶员的注意力，引发车祸；为获取第一手信息，出现在灾难现场将干扰救援人员的正常行动和紧急飞行操作，出现在大型体育赛事期间则会中断比赛；在机场禁飞区内飞行则会影响航班的正常起降，甚至造成空中碰撞事故。此外，无人机无线电信号会干扰无线网络和通信系统。

侦察监视

无人机尺寸较小、易于操控，能够携带先进的情监侦（ISR）传感器组件，监视公民日常活动，也可对大面积区域持续侦察。和其他ISR航空器不同，无人机可以直接飞到有利位置停留，隐藏在人们的视线之中，节省的电能可以用来延长任务执行的时间。无人机窥探个人隐私，效率高、迷惑性强，对公民日常生活造成很大影响；无人机用于监视重要场所和重要目标，以及盯梢重要人物，将产生潜在威胁；用于战场侦察监视，可以进行任务前的情报收集、任务后的效果评估以及协同地面进攻。

违禁品投送

快递无人机已进入商业市场，通过正常的商业途径可获得这类无人机运送物品。但是，出现了不正当商业竞争行为，使用者利用无人机向对方的猪场和鱼塘等养殖场所投毒；为规避安全检查，使用者用无人机向监狱空投毒品、手机或其他违禁物；为获取暴利，不法分子用无人机越境运输毒品和其他禁运物资，躲避海关检查。

硬软打击

无人机可执行攻击任务，也可以携带电子战任务载荷实施无线电信号干扰，还可以投放化学、生物、放射性、核和爆炸性物质，甚至发射制导导弹攻击目标。目前，无人机作战时可发射弹药打击地面目标，也可以采用自杀式攻击摧毁地面目标和空中飞机。

图6 反无人机电磁枪可防御小型无人机入侵。

应对措施

深入了解无人机的威胁特征和类型，以便应对小型无人机的威胁，现提出如下建议。

首先，应加强监管，设置无人机禁飞区、建立无人机身份标识码。工业和信息化部发布的《民用无人机生产制造管理办法（征求意见稿）》规定，无人机应当具有电子围栏和唯一产品识别码。尤其是超视距飞行的无人机应定期向安保机构、执法部门和航空管制机构自动播报身份和位置信息，不仅便于相关部门实时识别和跟踪，确保不会造成威胁和安全隐患，而且还有助于迅速排除“黑飞”的无人机，使相关部门集中精力管理未经授权、无身份标识码、可能造成威胁的无人机。利用雷达、声学传感器和激光雷达等手段探测未授权的无人机飞行，将完善对已授权无人机的运行管理。

第二，应针对小型无人机的固有特性，发展探测和防卫手段。随着技术的成熟，基于无线电通信链路和GPS信号的探测和防卫手段将逐渐失效，应将无人机机体重量、机载电子设备和动力装置等固有特性，作为研发探测和防卫无人机设备的重点关注对象。随着无人机技术的迅速发展以及反无人机法律法规的日趋成熟，及时追踪无人机技术的最新发展，为安保和执法人员提供探测和防卫无人机威胁的技术准备至关重要。此外，还要不断试验反无人机装备对新型无人机的作用效果。

第三，采用弹性和分级的方法增强防御。没有哪种传感器模式在任何情况下都能探测到各种无人机。最有效的系统是雷达、无线电和声学等多种传感器的融合，采集各种数据加以综合分析，准确掌握无人机潜在威胁的确切状况。同样，考虑到命中概率、作用距离和最小化附带损伤，没有任何一种打击手段可以应对所有威胁，为保证成功率，联合使用多种手段可能是最有效的方案。

最后，应加强操控人员的教育和培训。继续发展和改进操控人员的教育培训体系，增强操控员安全意识，确保他们遵守相关的飞行管理规定和法律法规，减少或降低的意外失误和错误操控。■