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。