人工智能技术用于反无人机系统
本文由“电科防务研究”（CETC-ETDR）授权转载，原创编译\述评：中国电科 张春磊 陈柱文，Inspired by：李雅琼 北方科技信息研究所
最近，黑睿技术（Black Sage Technologies）公司将人工智能技术用于其反无人机系统中。该公司的UAVX是一种无人机探测系统，使用多种技术探测、识别、跟踪无人机，通过人工神经网络对目标进行自动分类，降低误警率。UAVX包括15-100mm连续变焦红外摄像机，36倍变焦的日间摄像机，一台探测距离为500米的小型监视雷达，以及一台由4核ARM架构A15 CPU及192核CUBA GPU组成的移动计算机，用于运行神经网络智能算法。
黑睿技术公司UAVX无人机探测系统
UAVX系统的人工智能系统连接雷达以及其他的传感器，使用神经网络人工智能进行自动分类检测，在实时绘图软件用真实数据对人工智能进行训练。
UAVX无人机探测系统实时绘图软件
根据黑睿技术公司的介绍，UAVX系统的工作流程主要包括探测、情报、分类、警告，首先使用小型监视雷达探测500米范围内的中型无人机，一旦有目标进入探测范围，系统可产生数百个雷达反射数据样本；同时UAVX系统将目标特性与数据库中数千种预先训练好的常见无人机类型进行对比，每一次交互的证据数据都会保存下来，可实时通过浏览器查看亦可事后查看；探测到无人机后，由红外及日间摄像机组成的远程视频跟踪器则指向无人机并对其进行精确跟踪，能对无人机及其载荷进行放大检查；与此同时，系统可通过邮件发送警报，也可与已有的安全系统或视频/事故管理系统集成。
黑睿技术公司UAVX无人机探测系统
黑睿技术公司的创始人大卫·罗梅罗表示，公司已经获得多个军方客户，但拒绝透露详细信息，此外公司每月都会向潜在的客户进行系统演示。
黑睿技术公司UAVX无人机探测系统技术参数
UAVX的个别部件已被多个部队用于战场环境，如雷达和摄像机系统曾被美军用于伊拉克和阿富汗战场。为有效降低虚警，系统采用了人工智能技术，也就是工作在二进制水平的“确定性系统”技术。
延伸阅读：
反无人机系统与技术体系探析
作者：张春磊
关于未来战争、战场的特点，不同领域、不同立场、不同层面有着不同的理解，涌现出了诸如“无边”（太空战）、“无声”（静默战）、“无人”（无人平台）、“无形”（赛博战）、“无底”（水下作战）、“无色”（战争迷雾消散）等解读。然而，从当前相关技术发展状态来看，“无人”无疑是最“明确”的一个特点——近年来，无人平台及其应用已经遍布陆、海、空、天、赛博空间、电磁频谱等所有域。
无人平台及其应用已经遍布陆、海、空、天、赛博空间、电磁频谱等所有域
近10年以来，众多无人平台中又以无人机发展最为迅速。通过搭载各种各样的载荷，无人机所能承担的任务也越来越多——情报收集（图像情报、信号情报等）、监视（雷达、光电等）、电子侦察（通信侦察、雷达侦察、光电侦察等）、指控与通信（主要充当通信中继节点）、组网（主要充当空中网关）、导航（主要充当伪卫星）、电子攻击（干扰、欺骗、定向能攻击等）、火力打击等。
通过搭载各种各样的载荷，无人机所能承担的任务也越来越多
而这场“无人机热”终于也引发了一场“反无人机热”：近几年反无人机系统/项目、技术不断涌现。
近几年反无人机系统/项目、技术不断涌现
一、无人机及其威胁综述
（一）形形色色无人机发展迅速
不同组织机构对无人机的分类采用不同的标准。例如：美军根据体型大小将无人机分为5类（group）；学术界根据巡航高度和滞空时间将无人机分为高空长航时(HALE)无人机、中空长航时(MALE)无人机、战术无人机、小型无人机、微型无人机等类别；根据功能还可将无人机分为情报监视与侦察(ISR)类无人机、通信与中继无人机、导航无人机、火力打击无人机（无人战斗机）等类别；根据引擎类型可分为旋翼无人机、固定翼无人机等类别。
美军根据体型大小将无人机分为5类
以基于巡航高度和滞空时间的分类为例，当前的无人机大致可分为如下几类：
高空长航时(HALE)无人机滞空时间至少24小时，巡航高度1万米以上。这类无人机通常用来执行战略型任务。典型平台为“全球鹰”系列无人机。
“全球鹰”无人机
中空长航时(MALE)无人机滞空时间至少12小时，巡航高度3000~10000米。这类无人机通常也用来执行战略型任务。典型平台为“捕食者”系列无人机。
“捕食者”无人机
战术无人机滞空时间20小时以内，巡航高度5000米以下。这类无人机通常用来执行战术型任务。典型平台为“火力侦察兵”无人机。
“火力侦察兵”无人机
小型无人机滞空时间4小时以内，巡航高度1500米以下。这类无人机通常用来执行战术型任务。典型平台为Copter 4无人机。
Copter 4无人机
微型无人机滞空时间1小时以内，巡航高度1000米以下。这类无人机通常用来执行战术型任务。各种微型四旋翼无人机都属此类。
微型四旋翼无人机
（二）无人机潜在威胁日益凸显
无人机领域的快速发展在带来了巨大便利与效益的同时，也给社会生活的各个方面带来了巨大的威胁。
在带来了巨大便利与效益的同时，无人机也给社会生活的各个方面带来了巨大的威胁
军事领域越来越多地面临无人机威胁。无人机可能搭载摄像头/麦克风、火力打击武器、核生化武器、高能激光武器等载荷，并对军事基地、巡逻部队、军用设备、军用基础设施、各类军用平台等实施情报侦察（战略/战术侦察）、软硬杀伤打击等。
发射“地狱火”导弹的“捕食者”无人机
个人隐私领域越来越多地面临无人机威胁。无人机可能搭载摄像头/麦克风等载荷，并对特定个体实施窃听、偷窥等。
无人机可能搭载摄像头/麦克风等载荷，并对特定个体实施窃听、偷窥等
经济领域越来越多地面临无人机威胁。无人机可能搭载摄像头/麦克风、爆炸物、核生化武器、有毒物质等载荷，可窃取知识产权、从事破坏活动等，以实现打击竞争对手、操纵股市等目标。
无人机可能搭载摄像头/麦克风、爆炸物、核生化武器、有毒物质等载荷
公共安全领域越来越多地面临无人机威胁。无人机可能搭载摄像头/麦克风、爆炸物、核生化武器、有毒物质、喇叭/标语、激光器、干扰机等载荷，在关键基础设施（机场、电厂、水厂等）附近实施煽动情绪、宣传、恐怖袭击、诽谤等活动。
公共安全领域越来越多地面临无人机威胁
二、典型反无人机系统综述
从系统作战效能角度来看，反无人机系统大致可以分为软杀伤与硬杀伤两类。在实际系统中，通常是软硬杀伤一体应用。近年来涌现出的典型反无人机系统简述如下。
反无人机系统厂商在防务展上介绍解决方案
（一）反无人机防御系统(AUDS)
2015年5月，英国Blighter公司等联合研制出反无人机防御系统(AUDS)。该系统由Ku频段电扫雷达、光电/红外及热成像摄像机及跟踪软件、定向射频干扰机组成，能探测、跟踪、干扰并迫降180°范围内的无人机。系统雷达探测距离10公里，可探测目标的雷达截面积(RCS)最小为0.01平方米。干扰机采用高增益4频段天线系统，干扰对象包括GPS和遥控信号。
反无人机防御系统(AUDS)
（二）赛博能力步枪与“DroneDefender”
2016年3月10日，“新美国”智库和美国亚利桑那州立大学联合举办了“未来战争”研讨会。在一场名为“未来赛博作战是什么样子——以‘赛博能力步枪’为例”的演讲中，来自美国西点军校的陆军赛博官员与美国实验性国防创新小组(DIUx)的赛博官员一起向听众展望了未来赛博作战的典型场景。
来自美国西点军校的陆军赛博官员展示赛博能力步枪
演讲中，两人共同向听众展示了‘赛博能力步枪’这种新颖的基于无线注入的赛博作战装备。该装备以步枪为“搭载平台”，主要组成部分包括一部天线、一部Wi-Fi电台、一台廉价的计算机。该装备主要用于反无人机领域，能够通过电子攻击、赛博攻击等手段在一定距离上“击落”无人机。据称，该步枪造价仅为150美元。而且，专家表示，经过技术改进后，该步枪的作用距离有望达到4900英尺（约合1.5公里），这种距离足以支撑多种战术作战。
赛博能力步枪
其实，“赛博能力步枪”并非美国陆军的首创——2015年10月，美国的一家科技攻击就推出了一款代号“DroneDefender”的反无人机手枪。该手枪能够在400米距离上通过电子干扰方式“击落”无人机。
“DroneDefender”反无人机手枪
（三） “隼盾”
2015年9月16日，据报道，英国防务公司Selex ES在伦敦防务展(DSEi)上发布了一款名为“隼盾”(Falcon Shield)的电子战系统。该系统不仅能够探测、定位、识别、干扰、打击低空慢速飞行的小型无人机（“低慢小”目标），还能够接管目标无人机的指控权并引导其安全降落。该系统可用于机场、电厂、军事基地、体育场等重要基础设施的防护。
“隼盾”(Falcon Shield)电子战系统
系统由雷达、光电监视系统、指控组件、电子侦察与射频威胁管理系统等组成。
“隼盾”(Falcon Shield)电子战系统
（四）空客防御与太空公司的反无人机系统
2015年9月23日，据报道，空客防御与太空公司宣布，已研发出可远距离探测无人机非法入侵的反无人机系统，该系统利用雷达、红外摄像机、测向仪等设备，识别5~10公里外的无人机并评估其潜在风险。
空客防御与太空公司反无人机系统
系统会根据威胁资料库的信息以及无人机控制信号的实时分析结果，利用干扰机来破坏无人机与操作员、导航卫星之间的通信。测向仪还能定位操作员的位置，以便对其实施抓捕，而干扰机采用了智能响应干扰技术，只对无人机使用的频率进行干扰，附近的频率不受影响。此外干扰机还具备多种发射与接收功能，可采取更加高级的对抗措施，如远程控制分类和GPS欺骗等，使其既能进行针对性的干扰，也能接管无人机的控制权。
空客防御与太空公司反无人机系统
（五）紧凑型激光武器系统(CLWS)
2016年1月，据报道，在2015年美国国防部组织的代号为“黑刺”(Black Dart)的反无人机演习中，波音公司演示了其紧凑型激光武器系统(CLWS)的反无人机能力。这是一款2千瓦激光武器系统，在演习中它用持续时间为10秒的激光射击击落了一架1类无人机（微型无人机）。
无人机靶机
（六）反无人机技术与方法全球分析与评估(ANGELAS)
在2015年巴黎航展上，泰勒斯公司高管表示正为法国政府开发反无人机技术与方法全球分析与评估(ANGELAS)项目。该项目综合使用雷达、声探测、测向、无线电及视频定位器以及激光扫描技术来探测、定位目标无人机，而压制手段则包括动能打击、激光致盲、选择性干扰、GPS欺骗、电磁脉冲攻击、利用携带干扰设备的无人机进行拦截等。
泰勒斯公司反无人机技术与方法全球分析与评估(ANGELAS)
三、典型反无人机技术及其优缺点浅析
反无人机技术可以从两个角度来分类：从作战效能来看，可分为软杀伤技术和硬杀伤技术两类；从技术作战使用阶段来看，可分为探测类技术、分类与识别类技术、杀伤类技术（当然，从技术原理上来讲，前两者区别不大）。本部分从作战使用阶段角度对典型反无人机技术进行阐述。
（一） 探测、分类、识别类技术
探测类技术的目标是综合利用各种传感器来“发现”或“找到”威胁目标。而分类与识别类技术的目标是在探测类技术的基础上，通过对探测阶段采集的数据进行分析，以便将真实的目标从海量、复杂的背景数据中区分出来。
这两类技术主要通过对目标无人机的光学特性（如，可见光成像）、热学特性（如，红外成像）、射频特性（如，电台辐射信号）、声学特性（如，发动机声学特性）、磁学特性（如，感应磁场）等进行测量，以找出目标并对其进行分类与识别。具体技术如下所述。
无源光学成像技术，包括紫外成像、可见光成像、近红外光谱(NIR)成像等技术。该类技术的优点包括成本低、可用商用现货充足、视场灵活性较高；缺点包括受杂波影响严重、夜间效果差（需要主动照射），受天气影响严重。
无源热成像技术，包括短波红外成像、中波红外成像、长波红外成像等技术。该类技术的优点包括杂波影响小、夜间效果好、受天气影响程度低；缺点是需要大范围搜索模块配合使用，因为大部分的无人机的热学特征都不很明显。
有源飞行时间测量技术，包括激光雷达、距离门成像技术等。该类技术的优点包括可在很远距离上（数公里）实现非常精确的距离测量、几乎不受天气影响、日间与夜间效果均很好；缺点包括成本高、半球扫描周期长、安全性差（由于主动辐射信号）。
声学传感技术。该类技术的优点包括成本低、安全性好（无源）；缺点包括探测距离难确定、识别能力差（需事先建立目标声学特征库）、复杂环境下的虚警问题严重、探测距离受风影响严重。
射频辐射感知技术（电子侦察技术）。该类技术的优点包括成本相对较低、作战对象充足（大多数无人机都会辐射各种各样容易检测的射频信号）；缺点是无法感知处于电磁静默状态下的无人机。
雷达技术。该类技术的优点包括能够在数公里距离上探测并跟踪各种尺寸的目标、半球扫描周期适中、技术成熟度高；缺点主要是识别性能差（很多无人机的雷达截面积未知，无法仅通过雷达实现识别）。
磁探测技术。该类技术的优点是能够探测到那些机体采用了足够多的金属材料或部件的无人机；缺点是很难探测复杂环境下的低慢小目标，因为它们通常采用很少的金属材料，且其噪声特性未知。
（二）杀伤类技术
杀伤类技术的目标是综合采取各种行动来应对作战目标，方式包括软杀伤、硬杀伤等。
火力打击技术，包括导弹、机关枪、加农炮等。该类技术的优点是成本低，效能“确定”，可对目标实施不可逆的硬摧毁；缺点是受限于前期传感器对目标的探测、跟踪、识别能力，且效能投递速度低（因素量级）。
定向能武器技术，包括高能激光武器技术、高功率电磁武器技术等。该类技术的优点是效能“确定”，可对目标实施不可逆的硬摧毁，且效能投递速度非常高（光速量级），此外，该技术还可以在低功率情况下实现干扰效果；缺点是受限于前期传感器对目标的探测、跟踪、识别、引导能力，效能受目标性状、材料、距离影响较大，且成本高。
电子干扰技术，包括通信干扰技术、雷达干扰技术、光电干扰技术、导航干扰技术等。该类技术的优点是对抗低复杂度无人机效果显著；缺点是难以应对高复杂度无人机，附带损伤和电磁误伤问题严重。
四、反无人机系统与技术体系初探
考虑到反无人机技术、系统发展相对独立、分散，因此，有必要构建系统、技术体系，以理清脉络、发现短板、找准方向。对于反无人机这一新兴的高科技领域而言，系统与技术的界限并不明显。因此，可以构建一个综合技术与系统的混合体系。
综合上述系统、技术以及反无人机典型作战场景与流程，构建了如下图所示的反无人机系统-技术体系。需要说明的是，该图是一个完备的系统与技术体系图，而具体到某一套系统，可能仅需涉及其中的一种或几种系统、技术。
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