摘 要: 无人机在枯燥任务领域、恶劣环境任务领域和危险任务领域发挥巨大作用，由于其具有低成本、 零伤亡、高费效比等特性，在现代战争中屡立战功。未来战争是智能化、信息化战争，人工智能在给无人机带 来巨大变革的同时，系统运行的可靠性、安全性也越来越依赖于复杂电磁环境下信息的稳定传输与掌控。无人 机在恶劣电磁环境下的生存能力、适应能力，乃至电磁制衡能力一定程度上引领信息化装备电磁攻防的发展趋 势。综述了无人机的电磁环境效应与电磁防护技术，阐述信息层面与能量层面的无人机电磁反制与电磁防护 方法，以期从智能化角度实现无人机电磁攻防。

关 键 词 : 无人机; 电磁反制; 电磁防护; 智能化

海、陆、空、天、电磁多域一体化作战下，无人机在枯燥任务领域、恶劣环境任务领域和危险任务领域发挥巨 大作用。未来战争是智能化、信息化战争，随着隐身技术、新材料技术、微电子技术等高新技术在武器装备上的 广泛应用，无人机取得了突破性进展，屡立战功，特别是人工智能的发展给无人机带来新变革。但与此同时，无人 机各项任务的完成也越来越依赖于复杂电磁环境下系统的抗电磁干扰乃至电磁打击能力，无人机在恶劣电磁环境 下的生存能力、适应能力，乃至电磁制衡能力一定程度上引领信息化装备电磁攻防的发展趋势。

 1 无人机电磁反制技术 

恶意无人机和有意无人机攻击对军事及民用目标的威胁日益增大，无人机电磁反制技术成为新热点，基于电 磁效应攻击并反制成为“必杀技”。而随着无人机本身信息化、自主化程度显著提高，抗干扰能力大为增强，依靠 固定频点、功率压制的简单手段难以制服无人机的恶意行为。为此，基于多种信息化手段，动态多源电磁环境对 无人机的作用规律与机理亟需被认知。

现有对无人机干扰的软杀伤技术即电子干扰技术，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。大型项目使用最多的无人机反制系统是雷达光电反制系统，它以雷达及光电协同探测为主要手段，雷 达远距离发现目标，光电跟踪系统完成视距内无人机的搜索、检测与识别，干扰反制系统根据控制中心指令或预 定模式对识别出的无人机进行驱离或迫降。小型项目主要采用无人机反制枪，在无人机通信或导航频率上发射比 正常工作功率更大的无线电信号，对通信或导航系统起到干扰和阻断作用，迫使其降落或返航。基于上述原理的 无人机反制系统研究日趋成熟，功能越来越强大，例如以色列拉斐尔先进防御系统公司研制的无人机穹(Drone)除 了能阻塞无人机与地面遥控装置之间的通信信号，还可以对全球导航卫星系统信号进行干扰;英国研发的 AUDS 反无人机系统能在 6 英里范围内检测无人机，通过阻塞、干扰、诱骗来控制目标无人机;中国北斗开放实验 室发布的诱骗式民用反无人机系统 ADS2000，通过全面干扰、压制、欺骗等方式，实现对目标无人机的有效捕获。

无人机摧毁的硬杀伤技术以定向能武器技术优势明显，主要包括高能激光武器技术、高功率电磁脉冲武器技 术。激光武器具有精度高、成本低、瞄准即摧毁等优点，无人机在激光武器面前躲避攻击的能力较低。例如美国 陆军在无人机硬杀伤挑战赛中验证了“机动型远征高能激光武器 (MEHEL 2.0)”的反无人机能力，可以 5 kW 高能 激光束成功打击目标。美国陆军利用雷声公司“相位器”高功率微波武器对抗无人机，可在搜索雷达的引导下跟 踪无人机，通过蝶形天线发射高功率微波，损毁无人机内部的电子器件。俄罗斯联合仪器制造公司研制的微波武 器系统，通过发射超高频微波，使无人机的通信系统失效，导致无人机失去控制，可应对 0.8 km 范围内的无人机 群。我国在此方向上以国防科技大学的技术优势最为明显。

随着软杀伤和硬摧毁这两类无人机反制技术的日趋成熟，未来将打破技术屏障，实现动态多源融合的电磁反 制，基于多种电磁效应复杂非线性作用与响应机理，实现宽带与窄带、信息与能量、干扰与损伤的多维度打击。如 下述实验室对无人机通信、导航、探测和控制这 4 项关键性能的电磁环境效应研究成果，以此综述基于电磁环境 效应可对无人机系统采取的反制措施。

1.1 电磁反制无人机通信链路

目前无人机执行任务仍主要依靠地面控制站进行决策，采取的是上传遥控指令，下传遥感遥测信息的模式，进 而无人机通信链路即数据链的电磁安全性是无人机系统的重中之重。例如，美伊局势紧张，美国多次派遣无人机 对伊朗实施抵近侦查，但伊朗毫不示弱，从 2011 年开始相继宣称俘获和击落多架美军无人机，包括 RQ-170“哨兵” 无人机、“扫描鹰”无人机、MQ-9“死神”无人机和 RQ-4“全球鹰”无人机[1]。这些无人机中部分机体完整无明显损 伤痕迹，相关人员对此分析研判，认为数据链受到电磁干扰是美军无人机被捕获的重要原因。

对无人机数据链系统，实验室条件下分别开展强场连续波及强电磁脉冲试验。发现在强场连续波下，无人机 数据链表现出丰富的效应等级，包括性能下降、干扰、扰乱和降级。每个效应等级的阈值均是以中心频率为最低 点的“U”型曲线[1-2]。性能下降是在观测数据链的误码率时，可明显发现误码率显著上升，数据链仍能保持正常工 作。干扰是数据链偶发失锁，即偶然发生链路中断，但依靠链路自身的处理机理仍能再次连通，保持正常工作。扰乱是数据链中断失锁，无法连通，但依靠地面端的控制软件可软重启，恢复重新连通的状态。降级则是数据链 失锁，无法软件重启连通，只能依靠人为重新加电才能恢复工作，但并未发生硬损伤的效应现象。同时，以 4 种无 人机数据链为受试对象，强场连续波 200 V/m 下均未发生物理损 伤，但效应的丰富层次和效应阈值与数据链本身有关。在宽谱高 功率微波下，数据链的效应现象与峰值场强、重复频率密切相关， 也展现出干扰、扰乱和降级的效应现象，单峰值 80 kV/m 下未出现 硬损伤。在窄谱高功率微波下，数据链的效应现象与中心频率密 切相关，当干扰频率处于工作频带以外时，表现出干扰、扰乱和降 级的效应现象;当干扰频率与工作频率非常接近，数据链的效应现 象与脉冲功率密度、脉宽、重复频率、持续时间均密切相关，当重 复频率足够高、脉宽足够宽，即使较低的脉冲功率密度也可造成数 据链射频前端损伤。图 1 为高功率微波下数据链射频前端低噪声 放大器出现硬件损伤，导致无人机数据链无法工作。

Fig. 1 UAV data link RF front-end damage 

图 1 无人机数据链射频前端损伤

1.2 电磁反制无人机导航系统

无人机依靠卫星导航定位系统实时更新自己的位置，以便地面人员能够及时掌握无人机的飞行信息，缺乏精 确的定位会使任务成功率大打折扣。相比于数据链，卫星导航系统对电磁干扰更加敏感，且导航信号频段公开，更 容易进行有针对性的攻击[3-4]。在现有的无人机飞行策略中，数据链受扰后仍可主动地进行返航操作，但当卫星导 航系统受扰后，无人机一般会采取原地降落的方式，这可使反制成功，获取敌机。当然现有辅助导航定位的方式很 多，例如高精度的惯导、地图识别匹配等，但大部分中小型无人机受其最大起飞重量的限制、成本问题和定位精度 的影响，仍以卫星导航定位作为其主要的导航方式。例如，2011 年伊朗通过干扰卫星导航系统，成功捕获了美国 的 RQ-170“哨兵”无人机;2019 年美国通过切断波斯湾内卫星导航信号的方式，使得伊朗无人机无法及时出动; 2020 年俄罗斯在中东地区通过干扰卫星导航的方式，有效地压制了叙利亚叛军无人机的攻击，并影响了美军的导 弹发射以及 F-22 和 F-35 战机飞行[3]。

针对无人机导航系统，实验室条件下分别开展强场连续波和强电磁脉冲试验。在强场连续波下，无人机导航 系统表现出干扰、扰乱、降级的效应现象，同时造成电磁环境效应现象的干扰频率带宽远超过导航接收机的工作 带宽，即使干扰频率远离工作频带，甚至几倍频的情况下，一定的功率信号特别是宽带干扰信号，仍可造成导航接 收机的阻塞。导航接收机出现干扰现象表现为各接收通道的载噪比下降，但该通道仍能正常接收定位信息，系统 可正常定位。扰乱现象表现为导航接收机开始出现丢星现象，但此时接收机内部跟踪的有效卫星数目仍满足导航 接收机的定位要求，可正常定位。降级表现为导航接收机丢星数目较多，接收机定位失败。图 2 为某型导航接收 机在带内三源点频电磁干扰下的效应模型曲面[3]。宽谱高功率微波下，无人机导航系统表现出丰富的前后门效 应，这源于导航信号的敏感性，无论是电源、数据、控制端口及传输电缆的哪个部分，任意节点的尖峰脉冲、数据 翻转等均可能造成导航接收机无法正常工作。窄谱高功率微波下，当对导航接收机后门采用了稳固的防护措施 后，导航接收机的效应现象表现为与连续波一致的干扰、扰乱、降级，当干扰频率接近工作频点时可造成接收机射 频前端硬件损伤。

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

图 2 某型导航接收机带内三源电磁干扰下效应模型曲面

1.3 电磁反制无人机探测系统

探测系统是无人机重要的任务载荷，早期受载荷能力和成本限制，无人机挂载的探测系统相对单一，执行的任 务主要是低空近距离侦察、监视，提供图像情报等。如科索沃战争中 CL-289 无人机、早期的红隼无人机等，其探 测功能为单独的红外行扫描器和可见光摄像机[5]。随着红外、激光、多光谱探测技术发展，无人机探测光电系统集 多传感器于一体，向全天候、高分辨率、远距离、综合化、小型化发展。

由于无人机光电载荷是任务系统，搭载于无人机上的电磁环境效应研究相对不完善，电磁防护能力较弱，容易 干扰。实验室条件下探测系统吊舱光电部分、带有控制系统的吊舱整体、激光测距雷达等表现出明显的性能下 降、干扰、扰乱、损伤效应。性能下降为探测图像出现噪点，激光测距雷达部分测试数据出现较大误差等，但不影 响对探测目标或点云的判断。干扰表现为图像出现明显的噪点、横纹，或激光测距雷达探测距离超出系统允许误 差，但借助于图像处理、数据纠错等相关技术手段，仍可大致判断探测目标。扰乱为光电吊舱全部花屏、黑屏或图 像卡死，无法完成图传功能，或激光测距雷达探测距离误差较大，无法成为定位、定高等的距离依据。损伤为探测 系统出现硬件损伤，实验室条件下发生了光电吊舱电源部分损伤、激光测距雷达 FPGA 电路损毁等现象。图 3 为 某型探测系统光电吊舱在强场连续波作用下，典型干扰频点上，随着辐射场强度的增加，从噪点、横纹、花屏、图 像卡死变化的全过程。该型光电吊舱在强电磁脉冲下表现出极大不耐受。

Fig. 3 UAV optical pod is disturbed 

图 3 无人机光电吊舱受扰

1.4 电磁反制无人机控制系统

飞行控制系统是整个无人机的大脑，担任统领工作，其电磁安全性在强场连续波和强电磁脉冲下均比较高。

而对于中小型无人机，由于飞控系统集成了较多的传感测量设备，虽然其内部程序不易打乱，但测量参量易受到极 大影响，不同型号的无人机飞控系统表现出来的效应现象非常分散。在强场连续波下，敏感频率主要为控制系统 处理器频率、气压计敏感频率，或者任意可能引起场线耦合的频率。图 4 为某小型固定翼无人机飞控系统内部集 成的气压计数据受扰出现错误，能导致经过融合解算的无人机飞行高度出现较大误差，进而出现无人机飞行的骤 升或骤降。宽谱高功率微波下(见图 5)，该小型固定翼无人机飞控系统在辐射场强度单峰值达到约 80 kV/m 时，内 部惯性测量装置受扰，俯仰角、滚转角以及偏航角均出现大于 50°的剧烈波动，对无人机飞行姿态造成极大影响， 甚至可能引发坠机。综上所述，利用电磁效应反制无人机系统是最为行之有效的手段，各种电磁环境对无人机通信、导航、探测以及控制系统的作用机理为未来融合多种干扰和毁伤手段反制恶意无人机提供了理论支撑[6-10]。

 2 无人机电磁防护技术 

根据国外公开资料，无论是从电磁干扰源、电磁脉冲武器的发展，还是利用无人机投放电磁脉冲弹来看，他国 已在无人机的研制过程中广泛开展电磁环境适应性验证，但采用的电磁防护技术鲜有报道。在实际针对无人机射 频前端进行强电磁脉冲试验的过程中发现，他国无人机的射频前端开展了抗干扰和抗烧毁双重设计，不单采取了 对信息层面的抗干扰防护设计，也开展了针对强电磁脉冲的能量型防护设计，这说明无论从效应机理还是试验方 法、作战性能评估等方面均已达到了较为成熟的应用程度。我国无人机射频前端抗干扰和抗烧毁设计注重信号 层面滤波，滤波参数如插入损耗、滤波陡度进一步精细化设计将显著提升抗干扰能力。存在部分射频前端尚未开 展抗烧毁设计，针对有意电子攻击、强电磁脉冲攻击的防护能力不足，复杂电磁环境下无人机整体电磁防护性能 有较大提升空间。

无人机电子化、智能化程度越高，对系统抗干扰、抗毁伤的要求也越高。当然，抗电磁干扰、电磁防护加固手 段多种多样，目前无人机在生产定型时，电磁兼容性、电磁环境效应考核得到贯彻，智能化防护思想纳入设计阶段 取得初步突破。为应对越来越准确化、精细化的干扰体制，出现了智能化天线、多阵元天线、灵巧抗干扰、基于频 谱感知与认知的抗干扰、自适应决策控制的无人机自主平台等，这方面中电五十四所、中电十所等均做出了突出 贡献。以往出于对电子器件保护、防静电保护的设计思想，转变为应对高功率微波等电磁脉冲武器而进行综合一 体化智能防护的设计思想。对射频前端进行强场连续波与强电磁脉冲常规抗烧毁设计成为主流，耐受脉冲峰值功 率 4 kW 以上的防护器件得以应用，动态可重构防护阵列，综合射频前端超宽频强场一体化防护，智能防护材料等 进一步提升无人机恶劣电磁环境生存与适应能力。在此领域，陆军工程大学电磁环境效应实验室具有相当的研究 经验，不单研制出了综合射频前端超宽频一体化防护模块样件，还发展了智能防护材料、电磁防护仿生等新兴交 叉学科。国防科技大学在电磁防护领域也具有一定的技术优势，在强场防护方面做出了贡献。

2.1 无人机传输端口的能量型电磁防护

要保证无人机系统正常飞行，首要是应保证其硬件系统 不损伤，为此能量型防护是无人机系统电磁防护设计的必须 步骤。美国要求国家重大基础设施均应能承受强电磁脉冲 攻击，必须加装应对强电磁脉冲辐射的防护模块，目前已完 成了电子器件和集成电路的电磁脉冲加固测试，研制了面向 线缆和射频端口的强电磁脉冲防护模组，相关产品已面向设 备和系统全面铺开。图 6 为美军早期加装的部分强电磁脉 冲防护加固模组[11-15]。

近几年，针对射频前端的电磁防护技术不断突破，例如MACOM，Skyworks，Qorvo 等公司提供全系列的射频和微波限幅产品，分类满足射频前端的防护需求。其中 MACOM 公司的 MADL-011014 高功率限幅器，能够承受 100 W 连续波输入功率，320 W 脉冲输入功率，响应速度小于 1 ns，1~2 GHz 频率范围内插入损耗小于 0.6 dB，这一防护芯 片广泛应用于 L 波段射频前端防护。此外，还有一系列可应用于电源线、数据端口、控制端口等的防护模块。国 内外典型防护产品性能如表 1 所示[11,15]。

对能量型防护，电磁屏蔽、终端保护装置和滤波、接地处理、合理选择工作频率、合理配置线路和电缆等设计 方法开始贯穿防护设计始终。同时，越来越多的射频前端收发通道共用，多任务多角色切换并具有超宽频带，这对 超宽频射频前端强场一体化防护提出了新挑战。目前为解决射频前端功能复用对强电磁脉冲防护等级要求不同 的问题，多个研究团队提出了动态防护结构设计方法，解决防护结构可重构、动态化设计难题。实验室的研制水 平达到了分 3 个频段覆盖综合射频前端 1.5 MHz~18 GHz 工作范围，高功率微波、核电磁脉冲、雷电电磁脉冲的 一体化防护能力。

Fig. 6 Part of the strong electromagnetic pulse protection and reinforcement module installed by the US Army

图 6 美军加装的部分强电磁脉冲防护加固模组 

2.2 无人机系统智能化抗干扰设计

在无人机系统信息型防护层面上，传统抗干扰方法是无人机系统的防护设计基础，但这些方法均处于被动模 式，缺乏电磁威胁感知能力，不能主动地识别外界电磁干扰，有效地进行电磁威胁预警，提供人工判决或自适应辅 助决策[1]。为此，无人机自主智能所涉及的环境感知、数据融合、自主决策等关键技术正成为研究热点。从电磁环 境效应的角度，无人机能够自主感知周围的电磁环境威胁是开展智能决策的前提和依据。通过在无人机机载端携 带类似于“频谱仪”“多通道接收机”的模式，再辅助“智能天线”加以配合，即可识别外界电磁干扰的频率、来向、 强度、样式等，进而评估电磁威胁等级。

电磁威胁预判等级可基于试验数据、经验数据、人工辅助判决等，如对某型无人机数据链工作信号的电磁威 胁预判等级如图 7 所示，当电磁干扰信号强度超过安全阈值后，数据链开始出现误码;若干扰信号强度超过预警阈 值，数据链误码率显著提高;若干扰信号强度超过危险阈值，数据链进入临界失锁状态;若干扰信号强度超过红线 即失锁阈值，数据链路变为完全失锁状态[1,16]。在基于电磁环境效应确定了电磁威胁阈值之后，即可采取一系列的 控制措施来规避干扰，如调整智能天线方向，提高工作信号功率，躲避干扰方向等，这与无人机的应用方式密切相关。

2.3 无人机系统抗扰抗毁新技术

除了必须对无人机系统进行抗烧毁设计的硬件加固措施，采用除传统抗干扰方法外的无人机电磁环境自主感 知与智能决策技术，还有许多新技术有望应用于无人机系统电磁防护设计之中。在电磁防护材料方面，针对强场下无人机机体或设备的电磁防护急需发展智能电磁防护材料。例如，突破材 料绝缘/金属相变的微观机理、制备方法及性能可调控技术，研制临界场强可调、脉冲响应速度快、非线性系数高 的导电粒子填充型、金属氧化物薄膜型自适应智能电磁防护新材料，可为无人机强场防护提供技术支撑[17-18]。此 外，超材料技术也在部分设备中得以应用[19]。

同时，在由无人机装备智能向人体智能迈进的过程中，突破从生物到电子的领域转换科学问题，通过研究仿生 防护材料、仿生器件及仿生智能计算系统，将生物原理引入电磁防护设计领域，为提高电子装备在复杂电磁环境 下的抗干扰与抗损伤特性，提供了一种全新的理论与技术支撑[20]。目前陆军工程大学电磁环境效应实验室基于神 经信息编码原理开展了电磁防护仿生研究，将生物机制引入电磁防护领域，突破了神经信息编码的抗扰机制与神 经电路的设计技术，建立了生物神经元网络模型，提出了具有抗扰机制的神经元网络仿生电路的设计方法，设计实 现了具有生物神经网络抗扰机制的原型系统[20-21]。

 3 展 望 

无人机的技术发展与作战使用必将带来战争的革命性变化，该领域将继续构建自主可控、深度智能的基础 前沿技术体系，支撑无人机各项性能颠覆式提升。对未来技术有以下展望:一是无人机的自主智能化水平显著 提升，从适应性自主到系统性自主，再到学习型自主，具备适应性、自修复、智能性、协同性、自学习等高级自主 系统的特点。二是动态多源电磁环境对无人机系统的影响规律与作用机理将被进一步认识，突破软杀伤与硬摧 毁这两类技术之间的屏障，实现动态多源融合的电磁反制，基于多种电磁效应复杂非线性作用与响应机理，实现 多维度打击。