为什么用激光控制无人机有其优点和缺点

几十年来，人类一直使用无线电波来远程控制无人机。但今年夏天，英国国防公司 QinetiQ 宣布成功用激光控制无人机。这种飞行机器人与人类操作员之间的通信和控制方法，为在传统无线电控制易受干扰或拦截的情况下指挥无人机提供了一种新方法。这是一项很有前途的技术，它用一整套全新的激光控制挑战取代了现有的无线电控制限制。

此次演示于今年早些时候在英格兰南部巨石阵附近的索尔兹伯里平原训练场举行。无人机至少部分由一种名为“自由空间光通信 (FSOC)”的系统控制，该系统将信息转化为光，通过开放天空传输，并由专用接收器接收。

奎奈蒂克在 7 月份的公告中表示：“FSOC 提供极高的带宽、极低的检测通信概率、低后勤占用空间，并且有可能抵消对手在拒绝射频频谱方面可能进行的大量投资。”

此次演示于 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的弹性而做出的更广泛努力的一部分。依赖发送和接收激光信号的通信在能见度低的天气（如雾或尘）下会遇到困难，因为这些天气会遮蔽天空。不过，这种方法的前景是，无论发送者和接收者身在何处，都可以用光快速清晰地、高带宽地传输大量数据，并且公开进行。这已经在光纤电缆网络中实现，光纤电缆网络是封闭空间的光通信，需要基础设施投资来建立和连接。

光年

几十年来，让这种通信发挥作用一直是军事研究的主题。2004 年，空军研究实验室和 DARPA 合作开展了光学和射频组合链路实验 (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结合起来。ORCLE 着手将这两种方法集成到一个通信节点网络中，并认为无线电可以在恶劣天气下实现持续通信。

根据诺斯罗普·格鲁曼公司的新闻稿，2008年，DARPA与诺斯罗普·格鲁曼公司签订了光学射频通信附加（ORCA）项目的合同，旨在提供“全天候、高连接性、抗干扰、高带宽网络”。

由于光通信本身的局限性，许多自由空间光通信研究都将其与无线电通信结合起来，以提高其弹性。

包括 DARPA 成员在内的 2011 年自由空间光网络论文作者认为：“尽管 FSOC 系统可能无法在云层或浓雾中运行，但将其用于混合射频/光链路配置可以形成一个可在大多数天气条件下运行的系统，并在大多数情况下提供高带宽、安全、抗干扰的通信。”

最近，DARPA 将研究重点放在卫星之间的太空光通信上，这种通信不受地球上光通信所受大气障碍物的阻碍。

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人们理解和监控。无线电传输的性质意味着，无线电波可以在接收地点以外的地方被观察到，因为信号在开放的空气中传播，有时会因地形和大气现象而发生折射或散射。这种特性对于远距离传输信息很有用，但对于保密信息则没那么有用。光通信（特别是基于激光的光通信）的前景是，它将把所有传输的信息集中在一束狭窄的光束中。

“自由空间光通信几乎不可能被拦截或探测，因为激光束会通过一条非常狭窄的路径从一个平台直接传播到另一个平台，”QinetiQ 在其网站上描述道。“拦截需要对手实际出现在光束的路径上——这是极难实现的。”

如果拦截困难，那么维持信号可能就不容易了。虽然无人机的优势在于知道定向光束来自何处，并自动将接收器指向该点，但它可能容易受到激光眩目器的攻击，这种眩目器旨在使飞行机器人上的传感器失效。

该技术用于小型无人机的较短射程，其最大前景在于它可以让士兵在不被无线电频率探测到的情况下指挥侦察兵。QinetiQ 的公告指出，此次演示“包括自由空间光通信 (FSOC) 作为其任务通信系统的双向链路。”

QinetiQ 测试的系统中可能存在其他双向通信链路，用作故障保护或备份。仅用于接收激光信号的无人机可能难以使用。在传统方法之外还包含激光信号的无人机在故障情况下可以正常运行，同时具有额外用途的潜力。

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，光通信更快的数据传输将使有用的视频快速到达，或者允许更高分辨率的摄像头而无需担心带宽问题。所有这些都至少保证了无人机即使在无线电干扰器和反无人机技术面前也能发挥作用。