

几十年来,人类一直使用无线电波远程控制无人机。但今年夏天,英国国防公司 QinetiQ 宣布成功通过激光控制了一架无人机。这种通信和控制方法——在飞行机器人和人类操作员之间——为在传统无线电控制容易受到干扰或拦截的情况下指挥无人机提供了一种新方法。这是一项前景广阔的技术,它用一套全新的激光聚焦挑战取代了现有已知的一系列无线电控制限制。
演示活动于今年早些时候在英格兰南部斯通亨奇附近的萨利斯伯里平原训练场举行。这架无人机至少部分是通过一个名为“自由空间光通信 (FSOC)”的系统控制的,在该系统中,信息被转化为光,通过开放的天空传输,并由专用接收器接收。
QinetiQ 在“7 月的公告”中写道:“FSOC 提供极高的带宽、极低的探测概率通信、低后勤占地面积,并有可能抵消对手在阻止射频频谱方面可能进行的巨额投资。”
该演示活动于“2022 年 3 月”举行,是英国国防科学技术实验室为提高无人机通信韧性所做的更广泛努力的一部分。依赖于激光信号发送和接收的通信在低能见度天气(如雾或尘埃)下可能会遇到困难,因为这些天气会遮挡天空。然而,这种方法的优势在于能够通过光线快速、公开地传输大量数据,无论发送者和接收者在哪里。这一点已经在光纤电缆网络中得以实现,这些网络是闭合空间光通信,需要基础设施投资来建立和连接。
光年
这种通信方式的工作原理一直是数十年来军事研究的主题。在“2004 年”,美国空军研究实验室和 DARPA 合作进行了光学和射频联合链路实验 (ORCLE)。该计划旨在将光通信的高数据容量与无线电的信号保真度相结合。ORCLE 计划将这两种方法整合到一个“通信节点网络”中,并认识到无线电能够在恶劣天气下实现持续通信。
2008 年,DARPA 向诺斯罗普·格鲁门公司授予了一份合同,用于光学射频通信辅助 (ORCA) 项目,该项目旨在提供“全天候、高连接性、抗干扰、高带宽网络”,据“诺斯罗普·格鲁门公司的发布”称。
由于仅靠光学通信存在局限性,因此许多关于自由空间光通信的研究将其与无线电通信配对,以提高韧性。
“尽管 FSOC 系统可能无法穿透云层或浓雾,但将其用于混合射频/光学链路配置可以得到一个可以在大多数天气条件下运行并提供高带宽、安全、抗干扰通信的系统,”一篇关于自由空间光网络的“2011 年论文”的作者(包括 DARPA 的成员)认为。
近来,DARPA 将其研究重点放在了“太空中卫星之间的”光学通信上,这不受阻碍地球上光基通信的大气障碍。
自由空间,窄孔径
无线电信号通过已知频率发送,一个世纪以来一直被理解和监测。无线电传输的性质意味着波浪可以被接收点以外的地方观察到,因为信号会穿过开放的空气,有时会在地形和大气现象中折射或扩散。这种特性有助于远距离传输信息,但对于保密信息来说作用不大。光学通信的优势,特别是基于激光的光学通信,在于它会将所有传输的信息集中在一个狭窄的光束中。
QinetiQ 在其网站上“描述”道:“自由空间光通信几乎不可能被拦截或探测,因为激光束直接从一个平台传播到另一个平台,路径非常狭窄。”“拦截需要对手物理上存在于光束路径上——这是极其难以实现的。”
如果拦截很困难,那么维持信号可能也不容易。虽然无人机将有知道定向光束来自何处并自动将其接收器对准该点的优势,但它可能会容易受到激光炫目器的攻击,这些炫目器旨在禁用飞行机器人上的传感器。
这项技术在短距离小型无人机上的最大优势在于,它将允许士兵在不被无线电频率探测到的情况下指挥侦察机。QinetiQ 的公告指出,此次演示“在任务通信系统中包含自由空间光通信 (FSOC) 作为双向链路”。
QinetiQ 测试的系统中可能存在其他双向通信链路,用作故障安全或备份。一种仅设计为接收激光信号的无人机可能难以使用。一种包含传统方法旁边的激光信号的无人机,在发生故障时将正常运行,同时具有额外的效用潜力。
目前,这项技术似乎专注于侦察无人机的指挥、控制和数据传输功能。如果将其应用于携带武器的无人机,挑战将变得更加复杂。但对于侦察机来说,光学通信更快的數據传输将能够快速传输有用的视频,或者使用更高分辨率的摄像头而无需担心带宽。所有这些都至少有望在无人机面临无线电干扰器和反无人机技术的挑战时仍然有用。