对抗无人机系统：基于开放系统体系结构的定制系统解决方案白皮书

白皮书涵盖：

·将反无人机系统架构分解为传感器、指挥和控制以及击败子系统

·比较常用于检测无人机的四种传感器类型：雷达、无源 RF-DF(测向)、光电和热学 (EO/IR) 摄像机以及声学

·用于击败无人机威胁的硬杀伤(动能)和软杀伤(非动能)系统

·命令和控制系统如何做出决策并管理杀伤链的各个方面

·Meteksan 的 KAPAN 反无人机系统作为开放式架构反无人机系统的一个例子

随着小型无人机的可用性增加，对强大的反无人机解决方案的要求也在增加。这些解决方案的要求可能因环境和要保护的区域而异，因此开放的系统架构允许根据特定需求定制每个子系统。

微型无人机(UAV)，俗称“无人机”，由于其自主能力、可用性和经济性，在许多领域得到广泛应用。它们被安全部队广泛用于侦察、监视和边境安全，以及许多其他民用应用，特别是在农业、建筑、摄影和运输领域。然而，这种扩散和易用性也为无人机的敌对使用打开了大门，使其成为广泛用作不对称战争威胁的武器。保护军事和民用关键设施免受这一新威胁的需要是近年来对抗无人机系统发展的主要触发因素。

反无人机系统是一种底层防空系统，其结构特点类似于模块化和多层防空系统。尽管每个防空系统都是针对一系列空中威胁开发的，但其杀伤链主要由三个复杂的子系统组成：传感器系统、指挥控制系统和击败系统(图1)。根据这一特点，反无人机系统就是所谓的系统体系。

在反无人机系统中，每个子系统的要求、类型和数量可能会因要保护的设施或基础设施、可能的威胁场景、区域和项目预算而大不相同。因此，解决方案集不是唯一的，必须通过定制和调整系统体系结构来实现最佳解决方案，作为每个应用程序的定制系统解决方案。

图1：对抗无人机系统结构

传感器系统

在广域范围内对小型低速无人机进行检测、定位、跟踪、分类和识别以进行防护是一个需要有效解决的复杂问题，当考虑到自主无人机和群体攻击时，这一问题变得更具挑战性。因此，对抗无人机系统的传感器取决于不同的模式。传感中常用的四种传感器类型无人机包括雷达、无源RF-DF(测向)、光电和热(EO/IR)摄像机以及声学系统。图2给出了这些技术在距离、定位精度、体积扫描、环境条件、跟踪和分类能力、自主、多目标扩展性能和成本等方面的主要特征的一般比较图。

图2：无人机传感器系统关键特性对比图

在探测和跟踪方面，雷达由于其精确定位、自主和多目标检测性能，以及无论环境条件如何都具有足够的射程，而主要用作对抗无人机系统的主要传感器。这些反无人机雷达应采用有效的雷达信号处理算法进行专门设计，以检测目标，并从处理后的信号中提取固有特征，以便自动检测和分类，因为低RCS、低速无人机与鸟类具有相同的关键特征。

Retinar FAR-AD无人机检测雷达(图3)是经现场验证的高精度三维反无人机雷达之一，它结合了这些特殊算法和波形来检测、跟踪和分类无人机。Retinar FAR-AD还提供40度仰角以实现广泛有效的区域覆盖，并提供30 rpm转速以有效跟踪快速移动和灵活的目标，此外，还提供微多普勒特征分析功能以进行识别。

图3：视网膜远距无人机探测雷达

为了扩大态势感知区域，将具有高探测范围的被动RF-DF传感器用作预警传感器。一些RF-DF传感器还支持通过其预装的无人机通信频率库进行识别和分类。但EO/IR系统确保了最精确的分类。高分辨率摄像机和热成像技术被用于在多种背景下捕获无人机。从EO/IR传感器接收到的这些光学和热数据通过定制的基于AI的算法进行处理，以获得保护区的最佳性能。另一方面，尽管无人机的声学特征也为分类提供了足够的数据，但声学传感器在有效范围有限的对抗无人机系统中是一种不太常见的选择。

击败系统

一旦发现并识别出敌方无人机，必须通过硬杀伤(动能)或软杀伤(非动能)击败系统将其压制。由于无人机的小型、快速移动和敏捷特性，硬杀伤解决方案依赖于短程物理杀伤。此外，像武器这样的解决方案会造成严重的附带损害，因此在民用和人口稠密的地区不受欢迎。此外，动力学解是一对一的，在群体攻击中需要线性缩放，这使得它们不具有成本效益。

另一方面，软杀伤解决方案干扰和欺骗是对抗无人机系统中最常用的方法。干扰机通过干扰无人机控制和导航所依赖的所有无线电通信信道和GNSS信号来击败无人机。一旦无人机失去控制和导航信号，它们就会切换故障安全模式(自动返回或立即着陆模式)，而无法完成任务。干扰机的主要缺点是对自主无人机攻击无效，但由于在没有全球导航卫星系统的情况下累积导航错误，这些攻击通常不会成功或影响有限。另一种软杀伤解决方案是通过生成伪造的控制和全球导航卫星系统信号来欺骗、控制或误导敌方无人机。然而，对于使用受保护的通信链路构建的无人机，很难实施欺骗。

与传感器系统一样，没有任何失效系统对每种情况都完全有效，失效系统的配置应根据要保护的区域、附带损害的风险和影响以及预算进行选择。

指挥控制系统

指挥与控制部是反无人机系统的策划者和决策者，负责管理杀伤链中的所有活动。它接收来自各种传感器的数据，并通过传感器融合算法生成独特的空中图像。在通用作战显示器上，它在数字地图上显示威胁信息，如位置、分类和识别，以及探测和击败区域，以实现态势感知。然后，根据所选模式，通过使用威胁评估和武器分配等决策支持算法，自动或手动应用最合适的对策。根据所选择的传感器和失效系统，所有基于AI的决策支持算法都应根据从安装区域收集的真实数据进行培训和优化。

总而言之，对抗无人机系统的要求并不统一，根据资产和待保护区域的不同而有所不同。因此，对抗无人机系统必须具有开放式系统架构，并且必须通过配置、调整、培训和优化子系统来定制每个解决方案。

Meteksan Defense KAPAN反无人机系统(图4)是开放式体系结构反无人机系统的一个很好的例子，它具有模块化和可扩展性的成本效益。它通过集成必要的传感器和失效系统，并在指挥控制系统的管理下，为边境和关键基础设施安全提供卓越的无人机检测、跟踪和中和性能，从而满足所有客户特定的要求。