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Fig. 1 UAV data link RF front-end damage 

圖 1 無人機數(shù)據(jù)鏈射頻前端損傷

1.2 電磁反制無人機導(dǎo)航系統(tǒng)

無人機依靠衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)實時更新自己的位置，以便地面人員能夠及時掌握無人機的飛行信息，缺乏精 確的定位會使任務(wù)成功率大打折扣。相比于數(shù)據(jù)鏈，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對電磁干擾更加敏感，且導(dǎo)航信號頻段公開，更 容易進行有針對性的攻擊[3-4]。在現(xiàn)有的無人機飛行策略中，數(shù)據(jù)鏈受擾后仍可主動地進行返航操作，但當衛(wèi)星導(dǎo) 航系統(tǒng)受擾后，無人機一般會采取原地降落的方式，這可使反制成功，獲取敵機。當然現(xiàn)有輔助導(dǎo)航定位的方式很 多，例如高精度的慣導(dǎo)、地圖識別匹配等，但大部分中小型無人機受其最大起飛重量的限制、成本問題和定位精度 的影響，仍以衛(wèi)星導(dǎo)航定位作為其主要的導(dǎo)航方式。例如，2011 年伊朗通過干擾衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，成功捕獲了美國 的 RQ-170“哨兵”無人機;2019 年美國通過切斷波斯灣內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航信號的方式，使得伊朗無人機無法及時出動; 2020 年俄羅斯在中東地區(qū)通過干擾衛(wèi)星導(dǎo)航的方式，有效地壓制了敘利亞叛軍無人機的攻擊，并影響了美軍的導(dǎo) 彈發(fā)射以及 F-22 和 F-35 戰(zhàn)機飛行[3]。

針對無人機導(dǎo)航系統(tǒng)，實驗室條件下分別開展強場連續(xù)波和強電磁脈沖試驗。在強場連續(xù)波下，無人機導(dǎo)航 系統(tǒng)表現(xiàn)出干擾、擾亂、降級的效應(yīng)現(xiàn)象，同時造成電磁環(huán)境效應(yīng)現(xiàn)象的干擾頻率帶寬遠超過導(dǎo)航接收機的工作 帶寬，即使干擾頻率遠離工作頻帶，甚至幾倍頻的情況下，一定的功率信號特別是寬帶干擾信號，仍可造成導(dǎo)航接 收機的阻塞。導(dǎo)航接收機出現(xiàn)干擾現(xiàn)象表現(xiàn)為各接收通道的載噪比下降，但該通道仍能正常接收定位信息，系統(tǒng) 可正常定位。擾亂現(xiàn)象表現(xiàn)為導(dǎo)航接收機開始出現(xiàn)丟星現(xiàn)象，但此時接收機內(nèi)部跟蹤的有效衛(wèi)星數(shù)目仍滿足導(dǎo)航 接收機的定位要求，可正常定位。降級表現(xiàn)為導(dǎo)航接收機丟星數(shù)目較多，接收機定位失敗。圖 2 為某型導(dǎo)航接收 機在帶內(nèi)三源點頻電磁干擾下的效應(yīng)模型曲面[3]。寬譜高功率微波下，無人機導(dǎo)航系統(tǒng)表現(xiàn)出豐富的前后門效 應(yīng)，這源于導(dǎo)航信號的敏感性，無論是電源、數(shù)據(jù)、控制端口及傳輸電纜的哪個部分，任意節(jié)點的尖峰脈沖、數(shù)據(jù) 翻轉(zhuǎn)等均可能造成導(dǎo)航接收機無法正常工作。窄譜高功率微波下，當對導(dǎo)航接收機后門采用了穩(wěn)固的防護措施 后，導(dǎo)航接收機的效應(yīng)現(xiàn)象表現(xiàn)為與連續(xù)波一致的干擾、擾亂、降級，當干擾頻率接近工作頻點時可造成接收機射 頻前端硬件損傷。

Fig. 2 Effects model surface of navigation receiver under in-band three-source electromagnetic interference

圖 2 某型導(dǎo)航接收機帶內(nèi)三源電磁干擾下效應(yīng)模型曲面

1.3 電磁反制無人機探測系統(tǒng)

探測系統(tǒng)是無人機重要的任務(wù)載荷，早期受載荷能力和成本限制，無人機掛載的探測系統(tǒng)相對單一，執(zhí)行的任 務(wù)主要是低空近距離偵察、監(jiān)視，提供圖像情報等。如科索沃戰(zhàn)爭中 CL-289 無人機、早期的紅隼無人機等，其探 測功能為單獨的紅外行掃描器和可見光攝像機[5]。隨著紅外、激光、多光譜探測技術(shù)發(fā)展，無人機探測光電系統(tǒng)集 多傳感器于一體，向全天候、高分辨率、遠距離、綜合化、小型化發(fā)展。

由于無人機光電載荷是任務(wù)系統(tǒng)，搭載于無人機上的電磁環(huán)境效應(yīng)研究相對不完善，電磁防護能力較弱，容易 干擾。實驗室條件下探測系統(tǒng)吊艙光電部分、帶有控制系統(tǒng)的吊艙整體、激光測距雷達等表現(xiàn)出明顯的性能下 降、干擾、擾亂、損傷效應(yīng)。性能下降為探測圖像出現(xiàn)噪點，激光測距雷達部分測試數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大誤差等，但不影 響對探測目標或點云的判斷。干擾表現(xiàn)為圖像出現(xiàn)明顯的噪點、橫紋，或激光測距雷達探測距離超出系統(tǒng)允許誤 差，但借助于圖像處理、數(shù)據(jù)糾錯等相關(guān)技術(shù)手段，仍可大致判斷探測目標。擾亂為光電吊艙全部花屏、黑屏或圖 像卡死，無法完成圖傳功能，或激光測距雷達探測距離誤差較大，無法成為定位、定高等的距離依據(jù)。損傷為探測 系統(tǒng)出現(xiàn)硬件損傷，實驗室條件下發(fā)生了光電吊艙電源部分損傷、激光測距雷達 FPGA 電路損毀等現(xiàn)象。圖 3 為 某型探測系統(tǒng)光電吊艙在強場連續(xù)波作用下，典型干擾頻點上，隨著輻射場強度的增加，從噪點、橫紋、花屏、圖 像卡死變化的全過程。該型光電吊艙在強電磁脈沖下表現(xiàn)出極大不耐受。

Fig. 3 UAV optical pod is disturbed 

圖 3 無人機光電吊艙受擾

1.4 電磁反制無人機控制系統(tǒng)

飛行控制系統(tǒng)是整個無人機的大腦，擔任統(tǒng)領(lǐng)工作，其電磁安全性在強場連續(xù)波和強電磁脈沖下均比較高。

而對于中小型無人機，由于飛控系統(tǒng)集成了較多的傳感測量設(shè)備，雖然其內(nèi)部程序不易打亂，但測量參量易受到極 大影響，不同型號的無人機飛控系統(tǒng)表現(xiàn)出來的效應(yīng)現(xiàn)象非常分散。在強場連續(xù)波下，敏感頻率主要為控制系統(tǒng) 處理器頻率、氣壓計敏感頻率，或者任意可能引起場線耦合的頻率。圖 4 為某小型固定翼無人機飛控系統(tǒng)內(nèi)部集 成的氣壓計數(shù)據(jù)受擾出現(xiàn)錯誤，能導(dǎo)致經(jīng)過融合解算的無人機飛行高度出現(xiàn)較大誤差，進而出現(xiàn)無人機飛行的驟 升或驟降。寬譜高功率微波下(見圖 5)，該小型固定翼無人機飛控系統(tǒng)在輻射場強度單峰值達到約 80 kV/m 時，內(nèi) 部慣性測量裝置受擾，俯仰角、滾轉(zhuǎn)角以及偏航角均出現(xiàn)大于 50°的劇烈波動，對無人機飛行姿態(tài)造成極大影響， 甚至可能引發(fā)墜機。綜上所述，利用電磁效應(yīng)反制無人機系統(tǒng)是最為行之有效的手段，各種電磁環(huán)境對無人機通信、導(dǎo)航、探測以及控制系統(tǒng)的作用機理為未來融合多種干擾和毀傷手段反制惡意無人機提供了理論支撐[6-10]。