Urban Anti-UAV: Grundlagen der UAV-Eigenschaften

Für den rationalen Aufbau eines städtischen Anti-UAV-Verteidigungssystems ist ein klares Verständnis der Kernzusammensetzung und Zieleigenschaften von UAV-Systemen eine Grundvoraussetzung. Die Kernarchitektur eines UAV-Systems besteht aus zwei Schlüsselteilen: erstens der Hardwareplattform und der unterstützenden Software der Fernsteuerung (einschließlich des Bodenstationssystems); Zweitens die Hardwareplattform des UAV selbst, das Softwaresystem und das integrierte Hardware- und Softwaremodul der Bordnutzlast. Diese beiden Teile realisieren die Dateninteraktion und Befehlsübertragung über bidirektionale Uplink- und Downlink-Kommunikationsverbindungen. Die betriebliche Wirksamkeit von UAVs wird hauptsächlich durch vier Kernelemente unterstützt: Fernsteuerungsbefehle, Bildübertragung, Satellitennavigation und voreingestellte integrierte Programme. Daher kann ein gezieltes, präzises Stören und Abfangen der spektralen Eigenschaften verschiedener elektromagnetischer Signale an wichtigen Verbindungen wie Kommunikationsverbindungen, Navigation und Positionierung sowie der Übertragung von Missionsnutzlasten den Informationsfluss wirksam blockieren und die praktischen Einsatzfähigkeiten von UAVs erheblich schwächen.

Derzeit konzentriert sich das Kernziel der UAV-Prävention und -Kontrolle im städtischen Luftraum auf „kleine, leichte und Mikro“-UAVs. Aufgrund der Vorteile der geringen Größe und der starken Tarnung können solche UAVs flexibel Aufgaben wie verdeckte Aufklärung, Festpunktüberwachung und Präzisionsangriffe in komplexen städtischen Umgebungen ausführen und auch taktische Aktionen wie die Ablenkung von Finten durchführen, was bei städtischen Einsätzen erhebliche inhärente Vorteile bietet. Daher ist die wirksame Gegenmaßnahme gegen „kleine, leichte und Mikro“-UAVs zu einer Kernkompetenzanforderung beim Aufbau eines städtischen Anti-UAV-Betriebssystems geworden. Entsprechend ihren Kontrollmechanismen und technischen Merkmalen können solche UAVs in sechs Kategorien unterteilt werden, wobei die wichtigsten technischen Parameter und Betriebsmerkmale jeder Kategorie wie folgt sind:

1. UAVs für Verbraucher: Mehrrotor-Flugplattformen sind der Mainstream. Sie zeichnen sich durch niedrige Herstellungskosten und bequeme Marktzugangskanäle aus, mit geringer Flughöhe, unbedeutenden Infrarotstrahlungseigenschaften und mäßiger Fluggeschwindigkeit. Solche UAVs sind in hohem Maße auf Satellitennavigationssignale und Datenübertragungsverbindungen angewiesen. Sobald sie elektromagnetischen Störungen ausgesetzt sind, lösen sie in der Regel Sicherheitsschutzmaßnahmen aus, wie z. B. den Schwebeflug im Standby-Modus oder die Notlandung. Obwohl sie über voreingestellte Kontrollmechanismen für Flugverbotszonen verfügen, können diese Beschränkungen technisch leicht geknackt werden, was das Risiko einer Änderung und Ausnutzung durch Kriminelle birgt. Ihre Kommunikationsfrequenzbänder verwenden meist herkömmliche Frequenzen von 2,4 GHz oder 5,8 GHz, und das entsprechende Erkennungs- und Steuerungstechnologiesystem ist relativ ausgereift.

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3. Starrflügler-UAVs: Sie sind für den Flug auf den Schub oder die Zugkraft von Antriebsgeräten angewiesen und erzeugen Auftrieb durch feststehende Flügel am Rumpf. Sie bieten Vorteile wie eine hohe Fluggeschwindigkeit, eine große Einsatzabdeckung, eine lange Lebensdauer und eine hohe Missionseffizienz. Allerdings weisen solche UAVs offensichtliche Einschränkungen auf: hohe technische Schwelle für den Betrieb, hoher Flugrisikokoeffizient, relativ begrenzte Flugdauer und hohe Anforderungen an die Ebenheit und Offenheit der Startplätze; Da sie operative Angriffe aus großen Höhen in Städten starten müssen, können ihre Flugbahnen leicht von Geräten zur Höhenerkennung erfasst werden, was zu geringen Schwierigkeiten bei Gegenmaßnahmen führt.

4. 4G/5G-UAVs: Sie verlassen sich auf öffentliche 4G/5G-Kommunikationsbasisstationsnetzwerke, um eine Fernsteuerung zu erreichen, die die Entfernungsbegrenzung herkömmlicher Verbindungen durchbrechen kann und Eigenschaften wie starke Kompatibilität, große Kommunikationsdatenübertragungskapazität und große Steuerentfernung aufweist. Ihr Fernsteuerungsmodus erhöht die Schwierigkeit der Erkennung und Identifizierung von Steuersignalen und Bildübertragungssignalen erheblich, ihre betriebliche Nutzung ist jedoch durch die Strahlungsabdeckung von 4G/5G-Basisstationen stark eingeschränkt, was die Durchführung von Flugoperationen in großen Höhen erschwert; Sie können in Umgebungen mit geringer Höhe unter 50 m eine gute Nutzungseffizienz erzielen, aber die Kommunikationslatenz liegt normalerweise über 100 bis 200 ms, was es schwierig macht, die taktischen Anforderungen von Hochgeschwindigkeitsreisen in komplexen städtischen Umgebungen zu erfüllen.

5. WiFi-UAVs: Ausgestattet mit WiFi-Bildübertragungsmodulen, die auf universellen WiFi-Kommunikationsprotokollen basieren, können sie die Steuerung und Bildvorschau direkt über intelligente Terminals wie Mobiltelefone und Tablets mit einfachen und bequemen Bedienungsprozessen realisieren. Mit der Popularisierung und Anwendung von 5G-Netzwerken wurden die Steuerungsgenauigkeit und Bildübertragungsqualität von WiFi-UAVs weiter verbessert. Allerdings ist die effektive Bildübertragungsentfernung aufgrund der technischen Eigenschaften der WiFi-Kommunikation meist auf eine Reichweite von mehreren hundert Metern begrenzt und kann leicht durch städtische Gebäude blockiert werden, was zu einer Unterbrechung des Kommunikationssignals führt. Normalerweise kann es nur in Umgebungen mit freier Sichtlinie über kurze Distanzen verwendet werden.

6. UAVs, die mit speziellen Technologien ausgestattet sind: Solche UAVs verbessern die Betriebsfähigkeiten durch die Integration spezieller technischer Module, die hauptsächlich vier Typen umfassen: UAVs mit verbesserter Satellitennavigation sind mit GPS-Positionierungsmodulen ausgestattet und können selbst bei Verlust des Bildübertragungssignals die festgelegten Aufgaben auf der Grundlage der voreingestellten GPS-Trackplanung ausführen; Trägheitsnavigations-UAVs verfügen über vollautomatische Flugsteuerungsfunktionen und benötigen keine Echtzeitsteuerung oder Bildinformationsinteraktion mit der Bodenstation, aber die Missionsparameter müssen vorab geladen werden und können während des Fluges nicht geändert werden; Bildabgleichende UAVs stützen sich auf vorab aufgezeichnete Datenbanken mit optischen Zielmerkmalen und können Zielsuche, dynamische Verfolgung, präzises Sperren und Angriffsaufgaben innerhalb eines bestimmten Bereichs unabhängig durchführen; Terrain-Matching-UAVs können die Flughöhe automatisch an das Gelände anpassen, normalerweise in extrem niedrigen Höhen von mehreren Metern bis zu mehreren zehn Metern fliegen und Radar- und Funkerkennung durch die Abdeckung durch Bodenechos vermeiden. In dicht besiedelten städtischen Kerngebieten ist ihr Einsatz jedoch aufgrund der Komplexität der Umwelt äußerst schwierig.

Obwohl zahlreiche Richtlinien und Vorschriften erlassen wurden, um UAV-Flugaktivitäten im städtischen Luftraum zu regulieren und zu kontrollieren, besteht das Phänomen des illegalen UAV-Flugs (sogenannter „Schwarzflug“) immer noch und es kommt häufig zu plötzlichen Sicherheitsunfällen wie UAV-Abstürzen, Signalverlust und Gebäudekollisionen. Diese Probleme stellen nicht nur schwerwiegende versteckte Gefahren für die Präventions- und Kontrollarbeit im Bereich der öffentlichen Sicherheit in Städten dar, sondern stellen auch eine direkte Bedrohung für zentrale Kernziele, kritische Bereiche und die Sicherheit von Großveranstaltungen dar. Besonders im aktuellen Kontext eskalierender Konfrontationen zwischen Großmächten, sich überschneidender in- und ausländischer Widersprüche und häufiger Provokationen durch instabile Faktoren in umliegenden Gebieten wird der Einsatz solcher UAVs, sobald sie von Terroristen, feindlichen Kräften oder extremen Kriminellen zur Durchführung von Sabotageaktivitäten und zur Entstehung extremer Bedrohungen der Luftsicherheit in Schlüsselstädten eingesetzt werden, weit verbreitete soziale Panik und negative Auswirkungen auslösen, die zu unermesslichen Verlusten an Opfern und Sachschäden führen.