Urban Anti-UAV: Fundamentals of UAV Characteristics

För att rationellt bygga ett urbant anti-UAV-försvarssystem är en tydlig förståelse av kärnsammansättningen och målegenskaperna hos UAV-system en primär förutsättning. Kärnarkitekturen för ett UAV-system består av två nyckeldelar: för det första hårdvaruplattformen och stödjande programvara för fjärrkontrollen (inklusive markstationssystemet); för det andra hårdvaruplattformen för själva UAV:en, mjukvarusystemet och den integrerade hårdvaru- och mjukvarumodulen för nyttolasten ombord. Dessa två delar realiserar datainteraktion och kommandoöverföring genom dubbelriktade kommunikationslänkar för upplänk och nedlänk. UAV:s operativa effektivitet stöds huvudsakligen av fyra kärnelement: fjärrkontrollkommandon, bildöverföring, satellitnavigering och förinställda inbyggda program. Därför kan riktad precisionsstörning och avlyssning mot de spektrala egenskaperna hos olika elektromagnetiska signaler vid nyckellänkar såsom kommunikationslänkar, navigering och positionering, och uppdragsnyttolastöverföring effektivt blockera informationsflödet och avsevärt försvaga den praktiska operativa förmågan hos UAV:er.

För närvarande är kärnmålet för UAV-förebyggande och kontroll i urbant luftrum fokuserat på 'små, lätta och mikro' UAV:er. Genom att förlita sig på fördelarna med liten storlek och starkt döljande kan sådana UAV:er flexibelt utföra uppgifter som hemlig spaning, övervakning av fasta punkter och precisionsanfall i komplexa stadsmiljöer, och kan också utföra taktiska handlingar som finteavledning, med betydande inneboende fördelar i stadsoperationer. Därför har den effektiva motåtgärden mot 'små, lätta och mikro' UAV:er blivit ett centralt kapacitetskrav vid konstruktionen av ett urbant anti-UAV-operativsystem. Enligt deras kontrollmekanismer och tekniska egenskaper kan sådana UAV delas in i sex kategorier, med de grundläggande tekniska parametrarna och operativa egenskaperna för varje kategori enligt följande:

1. UAV:er av konsumentklass: Flygplattformar med flera rotorer är huvudströmmen. De har låga tillverkningskostnader och bekväma marknadstillträdekanaler, med låg flyghöjd, obetydliga infraröda strålningsegenskaper och måttlig flyghastighet. Sådana UAV:er är starkt beroende av satellitnavigeringssignaler och dataöverföringslänkar. När de väl utsätts för elektromagnetiska störningar utlöser de vanligtvis säkerhetsstrategier som att sväva i beredskap eller tvingas landa. Även om de har förinställda kontrollmekanismer för flygförbudszoner, är dessa restriktioner lätt tekniskt knäckta, vilket innebär risk för förändringar och utnyttjande av brottslingar; deras kommunikationsfrekvensband använder för det mesta konventionella frekvenser på 2,4 GHz eller 5,8 GHz, och motsvarande detekterings- och kontrollsystem är relativt moget.

2. 
   

3. Fastvingade UAV:er: De förlitar sig på dragkraft eller dragkraft som tillhandahålls av kraftenheter för flygning och genererar lyft genom fasta vingar på flygkroppen. De har fördelar som snabb flyghastighet, bred operationstäckning, lång uthållighetstid och hög uppdragseffektivitet. Sådana UAV har dock uppenbara begränsningar: hög teknisk tröskel för drift, hög flygriskkoefficient, relativt begränsad lufthållbarhetstid och höga krav på planhet och öppenhet på startplatser; eftersom de behöver göra operativa attacker från hög höjd i städer, fångas deras flygbanor lätt av utrustning för upptäckt av hög höjd, vilket resulterar i låga motåtgärdssvårigheter.

4. 4G/5G UAV: ​​De förlitar sig på offentliga 4G/5G kommunikationsbasstationsnätverk för att uppnå fjärrkontroll, som kan bryta igenom avståndsgränsen för traditionella länkar, och har egenskaper som stark kompatibilitet, stor kommunikationsdataöverföringskapacitet och lång kontrolldistans. Deras fjärrkontrollläge ökar avsevärt svårigheten att upptäcka och identifiera styrsignaler och bildöverföringssignaler, men deras operativa användning är strikt begränsad av strålningstäckningen från 4G/5G-basstationer, vilket gör det svårt att utföra flygoperationer på hög höjd; de kan utöva god användningseffektivitet i låghöjdsmiljöer under 50 m, men kommunikationslatensen är vanligtvis över 100~200 ms, vilket är svårt att möta de taktiska behoven för höghastighetsresor i komplexa stadsmiljöer.

5. WiFi-UAV:er: Utrustade med WiFi-bildöverföringsmoduler, baserade på universella WiFi-kommunikationsprotokoll, kan de direkt realisera kontroll och förhandsvisning av bilder genom smarta terminaler som mobiltelefoner och surfplattor, med enkla och bekväma driftprocesser. Med populariseringen och tillämpningen av 5G-nätverk har kontrollnoggrannheten och bildöverföringskvaliteten för WiFi-UAV:er förbättrats ytterligare. Men, begränsat av de tekniska egenskaperna hos WiFi-kommunikation, är det effektiva bildöverföringsavståndet mestadels begränsat till ett avstånd på flera hundra meter, och det blockeras lätt av stadsbyggnader som leder till kommunikationssignalavbrott. Vanligtvis kan den endast användas i korta avståndsmiljöer utan hinder.

6. UAV:er utrustade med speciell teknik: Sådana UAV:er förbättrar operativa kapaciteter genom att integrera dedikerade tekniska moduler, huvudsakligen inklusive fyra typer: satellitnavigeringsförbättrade UAV:er är utrustade med GPS-positioneringsmoduler, och även om bildöverföringssignalen går förlorad kan de fortfarande slutföra de etablerade uppgifterna beroende på den förinställda GPS-spårplaneringen; tröghetsnavigering UAV:er har full-process autonom flygkontrollkapacitet och behöver inte realtidskontroll eller bildinformationsinteraktion med markstationen, men uppdragsparametrarna måste vara förladdade och kan inte ändras under flygningen; bildmatchande UAV:er förlitar sig på förinspelade databaser med optiska målfunktioner och kan självständigt genomföra målsökning, dynamisk spårning, exakt låsning och slaguppgifter inom ett angivet område; terrängmatchande UAV:er kan automatiskt justera flyghöjden efter terrängen, vanligtvis på ultralåga höjder som sträcker sig från flera meter till tiotals meter, och undvika radar- och radiodetektering med täckning av markklutter. Men i tätbefolkade stadskärnområden är deras användning extremt svår på grund av miljöns komplexitet.

Även om flera policyer och förordningar har utfärdats för att reglera och kontrollera UAV-flygaktiviteter i stadsluftrum, kvarstår fenomenet med illegal UAV-flygning (så kallad 'svart flygning') fortfarande, och plötsliga säkerhetsolyckor som UAV-krascher, signalförluster och byggnadskollisioner inträffar ofta. Dessa problem utgör inte bara allvarliga dolda faror för förebyggande och kontroll av den allmänna säkerheten i städerna utan utgör också ett direkt hot mot centrala huvudmål i städerna, viktiga viktiga områden och säkerhet vid stora evenemang. Särskilt i det nuvarande sammanhanget med eskalerande konfrontationer med stormaktsspel, överlappande inhemska och utländska motsättningar och frekventa provokationer från instabila faktorer i omgivande områden, när sådana UAV:er väl används av terrorister, fientliga styrkor eller extrema brottslingar för att utföra sabotageaktiviteter och skapa extrema luftsäkerhetshotsincidenter i nyckelstäder, kommer det att utlösa omfattande sociala panik och negativa konsekvenser, förluster.