近幾場戰(zhàn)爭中，無人機(jī)被廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)場環(huán)境偵察和地面目標(biāo)的追蹤打擊，在提高作戰(zhàn)效率的同時(shí)，極大降低了使用方有生力量的損耗。未來戰(zhàn)爭中，在面對(duì)敵方無人機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別追蹤的時(shí)候，如何以最低成本、最簡方式降低其識(shí)別能力、減少力量損耗，成為亟須解決的問題。本文以網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的對(duì)抗攻擊技術(shù)為基礎(chǔ)，以近年來相關(guān)研究為依托，分析了物理對(duì)抗攻擊技術(shù)在未來戰(zhàn)場上用于反制低空無人機(jī)目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)追蹤的可能性，并設(shè)想了幾種典型應(yīng)用場景，以期為設(shè)計(jì)更為簡單、高效的反無人機(jī)裝備拓展思路。

無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

無人機(jī)作為新興無人技術(shù)的代表，智能化水平不斷提升，廣泛應(yīng)用于偵察監(jiān)視、目標(biāo)打擊、物資配送等多個(gè)領(lǐng)域，正日益成為軍事領(lǐng)域的熱點(diǎn)，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿蛯?shí)際應(yīng)用價(jià)值。軍事應(yīng)用是無人機(jī)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力與重要試驗(yàn)場，其在偵察、作戰(zhàn)等場景中的迫切需求，持續(xù)牽引著無人機(jī)技術(shù)的迭代與革新。無人機(jī)的主要優(yōu)勢在于進(jìn)行長時(shí)間的空中偵察和監(jiān)視，減少士兵的傷亡風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)具備快速反應(yīng)和部署打擊的能力。

當(dāng)前反無人機(jī)偵察措施不足。現(xiàn)有的反無人機(jī)系統(tǒng)主要側(cè)重于干擾阻斷和直接摧毀，但這兩種方式都存在局限性。干擾阻斷可能無法對(duì)所有類型的無人機(jī)都有效；直接摧毀手段中捕捉網(wǎng)的捕捉距離有限，難以瞄準(zhǔn)，高能激光武器和高功率微波武器等定向能武器雖然具有精確打擊和低成本的優(yōu)勢，但整體成本仍然較高，且受到天氣條件、距離等因素的影響，其反制效果可能受到限制。

無人機(jī)智能化安全問題。作為無人機(jī)智能化的重要研究方向，深度學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用極大地增強(qiáng)了無人機(jī)的自主決策能力、環(huán)境感知能力和任務(wù)執(zhí)行能力，尤其在圖像識(shí)別和視覺導(dǎo)航方面，深度學(xué)習(xí)模型能夠?qū)崟r(shí)處理無人機(jī)目標(biāo)的精準(zhǔn)檢測和跟蹤。然而，深度學(xué)習(xí)模型雖然具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)和推理能力，但也容易受對(duì)抗樣本攻擊的影響，對(duì)抗攻擊被稱為“深度學(xué)習(xí)的夢(mèng)魘”?？山柚@一安全特性，設(shè)計(jì)反無人機(jī)目標(biāo)識(shí)別和跟蹤的物理裝置。

面向圖像的對(duì)抗攻擊技術(shù)

無人機(jī)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)的對(duì)抗攻擊。在圖像識(shí)別任務(wù)中，通過對(duì)原始圖像添加輕微擾動(dòng)，該擾動(dòng)通常對(duì)人眼識(shí)別影響較小，幾乎不可察，但可使得深度學(xué)習(xí)模型對(duì)目標(biāo)識(shí)別或分類錯(cuò)誤，這就是圖像領(lǐng)域典型的對(duì)抗攻擊。

數(shù)字域?qū)构簟?/strong>數(shù)字域?qū)构羰窃跀?shù)字空間中對(duì)圖像或數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，通過添加微小的擾動(dòng)來欺騙機(jī)器學(xué)習(xí)模型，使其做出錯(cuò)誤的預(yù)測，攻擊的目標(biāo)通常是數(shù)字圖像、視頻或音頻等數(shù)字信號(hào)，這些信號(hào)在傳輸或處理過程中被篡改。如原始圖像為雪山和河豚，在添加相應(yīng)的擾動(dòng)之后，盡管圖像對(duì)人眼來說仍然是雪山和河豚，但深度學(xué)習(xí)模型卻錯(cuò)誤地將其識(shí)別為狗和螃蟹。

數(shù)字域?qū)构?/strong>

物理域?qū)构簟?/strong>物理域?qū)构羰窃诂F(xiàn)實(shí)世界中，通過修改物理對(duì)象或環(huán)境來影響深度學(xué)習(xí)模型的判斷。這種攻擊通常需要將數(shù)字對(duì)抗樣本轉(zhuǎn)化為物理實(shí)體，如打印成貼片、補(bǔ)丁等，并放置在目標(biāo)物體上或環(huán)境中，如通過在香蕉旁邊放置對(duì)抗貼片，使得模型將香蕉誤認(rèn)為烤面包機(jī)。

物理域?qū)构?/strong>

目前基于對(duì)抗攻擊的反無人機(jī)識(shí)別手段多處于實(shí)驗(yàn)室階段，現(xiàn)實(shí)生活中僅用于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在軍事領(lǐng)域仍未實(shí)際引入，尚未形成任何落地性成果。隨著智能化無人機(jī)在軍事應(yīng)用上高速發(fā)展，采用對(duì)抗攻擊的手段反制無人機(jī)在未來將表現(xiàn)出較大發(fā)展?jié)摿?。?shù)字域?qū)构舻那疤崾浅晒ζ谱g敵無人機(jī)的無線傳輸信道，進(jìn)而將生成的對(duì)抗擾動(dòng)添加至其采集的圖像以造成實(shí)質(zhì)性干擾攻擊。相較于可實(shí)現(xiàn)性不高的數(shù)字域?qū)构?，未來?zhàn)場上物理對(duì)抗貼片這種攻擊手段具有更為廣闊的應(yīng)用前景。

無人機(jī)識(shí)別放置對(duì)抗貼片前后對(duì)比圖

物理對(duì)抗攻擊技術(shù)在未來

戰(zhàn)場上的形態(tài)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)意義上的偽裝網(wǎng)、迷彩布等的目的在于提高被保護(hù)目標(biāo)與環(huán)境的融合性，進(jìn)而降低人眼視覺的可觀測性，一般占用面積大，功能單一，且當(dāng)環(huán)境外貌改變后很容易失去效用。而物理對(duì)抗攻擊生成的對(duì)抗貼片占用面積小，無需對(duì)保護(hù)目標(biāo)形成全覆蓋，只需放置在目標(biāo)某一特定位置，即可使敵方無人機(jī)偵察效能降低甚至失效。通常情況下，對(duì)抗貼片在不大于被偽裝目標(biāo)面積的30%時(shí)即可生效。

加裝對(duì)抗貼片前后人員識(shí)別效果圖

考慮戰(zhàn)場不同應(yīng)用場景，對(duì)抗貼片可設(shè)計(jì)為如下幾種形態(tài)。一是將對(duì)抗貼片用于戰(zhàn)場車輛偽裝防護(hù)，如坦克集群、特種車輛等，對(duì)抗貼片可設(shè)計(jì)為車輛自身迷彩防護(hù)涂裝的一部分，具體表現(xiàn)形式為車輛迷彩涂裝、可拆卸式外殼貼片、便收放式貼片等，采用一致性生成技術(shù)得到的對(duì)抗貼片，在保持對(duì)智能識(shí)別算法有效攻擊的同時(shí)，還可以提高與環(huán)境的融合一致性。

目前實(shí)驗(yàn)階段的針對(duì)無人機(jī)目標(biāo)檢測的物理貼片攻擊已經(jīng)具備良好的適用能力，雖然人眼依舊可以判定目標(biāo)位置與類型，但加裝物理貼片后的車輛被檢測到的概率卻極大降低了，基本實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)智能探測視角下的隱身，這一功能可讓戰(zhàn)場上的無人機(jī)變成“睜眼瞎”。

對(duì)抗紅外目標(biāo)檢測的物理貼紙

二是將對(duì)抗貼片用于人員防護(hù)，如編隊(duì)行進(jìn)、小組偵察、單兵作戰(zhàn)等，考慮無人機(jī)偵察視角，設(shè)計(jì)可與頭盔、上衣相融合，具體表現(xiàn)形式為頭盔涂裝、貼片馬甲、貼片外套、緊急附用魔術(shù)貼。

三是將對(duì)抗貼片用于指揮所等小型建筑物的防護(hù)，可結(jié)合偽裝網(wǎng)進(jìn)行改進(jìn)。在兼顧偽裝網(wǎng)優(yōu)勢的同時(shí)，發(fā)揮對(duì)抗貼片對(duì)智能目標(biāo)檢測算法的攻擊作用。

用于小型建筑物防護(hù)的對(duì)抗貼片

四是將對(duì)抗貼片用于對(duì)抗紅外成像偵察的無人機(jī)時(shí)，材料應(yīng)為具備一定隔熱性能的特定材料。目前這方面研究較少，2023年年底有研究者提出簡單設(shè)想，可利用隔熱材料制成對(duì)抗紅外目標(biāo)檢測的物理貼紙，主要可控對(duì)象為貼紙的位置和大小形狀。

物理對(duì)抗攻擊技術(shù)在未來

戰(zhàn)場上的功能設(shè)計(jì)

根據(jù)物理對(duì)抗貼片的攻擊特性，可分為目標(biāo)攻擊貼片和非目標(biāo)攻擊貼片。目標(biāo)攻擊貼片具有明確的、特定的錯(cuò)誤目標(biāo)，旨在操縱模型，使其將輸入圖像分類或檢測為一個(gè)攻擊者預(yù)先選定的錯(cuò)誤類別。非目標(biāo)攻擊貼片的核心目標(biāo)是使模型輸出任何錯(cuò)誤結(jié)果，而不指定具體的錯(cuò)誤類別。

目標(biāo)攻擊貼片。采用該貼片的對(duì)象，可在無人機(jī)識(shí)別時(shí)將檢測結(jié)果定向引導(dǎo)至某一特定目的，具有較高技術(shù)要求，具體可分為以下三種。一是目標(biāo)消失。加裝貼片后的對(duì)象，在無人機(jī)檢測視角中消失，即無法被智能識(shí)別算法檢測到。二是目標(biāo)偏移。由于無人機(jī)目標(biāo)檢測的實(shí)質(zhì)是確定目標(biāo)位置的錨框和目標(biāo)的種類，因此針對(duì)錨框的攻擊可干擾錨框定位的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步可使無人機(jī)攻擊瞄準(zhǔn)出現(xiàn)偏差，出現(xiàn)看得見打不準(zhǔn)的情況，在提高戰(zhàn)場生存性的同時(shí)耗費(fèi)敵方火力。三是定向引導(dǎo)。采用目標(biāo)攻擊算法生成的貼片，可使得無人機(jī)將目標(biāo)錯(cuò)誤識(shí)別為某一指定的對(duì)象類型，如把車輛識(shí)別為石頭，把人識(shí)別為樹木等，這一類型貼片在主動(dòng)塑造戰(zhàn)場態(tài)勢上具有極大應(yīng)用潛力。也可利用定向引導(dǎo)功能，無中生有地制造出敵方視角中的目標(biāo)。

無人機(jī)在空曠場地拋灑對(duì)抗貼片，

可被偵查探測為人員、摩托車

非目標(biāo)攻擊貼片。采用非目標(biāo)攻擊貼片的對(duì)象，其目的在于隱蔽目標(biāo)，干擾偵察，使得敵方無人機(jī)偵察檢測結(jié)果呈現(xiàn)出除了正確目標(biāo)信息之外的其余任何信息。相較于目標(biāo)攻擊，此類貼片針對(duì)性弱，生成難度較小，在缺乏敵方有效信息的前提下，具有更廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景。

物理對(duì)抗攻擊技術(shù)在未來

戰(zhàn)場上的使用邏輯

根據(jù)不同應(yīng)用場景，由物理對(duì)抗攻擊技術(shù)生成的貼片體系應(yīng)包含不同用途的物理貼片若干，具體使用邏輯可分為如下三種。

裝備預(yù)置—敵機(jī)探測—錯(cuò)誤引導(dǎo)—敵態(tài)勢誤判。通過對(duì)裝備提前部署目標(biāo)攻擊對(duì)抗貼片，刻意誤導(dǎo)敵方無人機(jī)偵察機(jī)將裝備識(shí)別為某特定性目標(biāo)，使其發(fā)生誤判，從而主動(dòng)塑造戰(zhàn)場態(tài)勢，提前部署謀劃。

裝備預(yù)置—敵機(jī)探測—目標(biāo)消失—敵偵察失效。通過部署提前目標(biāo)消失對(duì)抗貼片，從而在敵方無人機(jī)偵察時(shí)隱蔽力量，做到躲避偵察，提高行動(dòng)隱蔽性。

敵機(jī)追蹤—緊急貼置—目標(biāo)丟失—敵追蹤中斷。在敵方無人機(jī)自主追蹤目標(biāo)時(shí)，通過緊急部署對(duì)抗貼片，使得敵無人機(jī)視角中目標(biāo)消失，從而保護(hù)目標(biāo)，贏得戰(zhàn)術(shù)緩沖時(shí)間。

發(fā)展與展望

近年來無人機(jī)與深度學(xué)習(xí)已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)高度融合，特別是在軍事領(lǐng)域，目標(biāo)檢測作為無人機(jī)自主執(zhí)行多樣化任務(wù)的基礎(chǔ)任務(wù)，是其他重要領(lǐng)域的奠基石，其重要性日益凸顯。無人機(jī)通過集成深度學(xué)習(xí)算法，能夠自主執(zhí)行復(fù)雜的偵察、監(jiān)視、目標(biāo)跟蹤、打擊評(píng)估等任務(wù)，顯著提升作戰(zhàn)效能與決策智能化水平。

隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于無人機(jī)目標(biāo)檢測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全研究，尤其是對(duì)抗攻擊技術(shù)，已自然而然地躍升為技術(shù)演進(jìn)路徑中不可或缺的考量維度。然而，盡管這一領(lǐng)域前景廣闊，但是對(duì)抗性攻擊對(duì)無人機(jī)目標(biāo)檢測影響的深入探索卻尚處于起步階段，尤其軍事領(lǐng)域尚處于一片藍(lán)海。

未來戰(zhàn)場中，隨著智能化裝備的應(yīng)用，對(duì)抗攻擊技術(shù)必將成為反制智能化裝備的重要手段。同時(shí)，因?yàn)閷?duì)抗攻擊是針對(duì)深度學(xué)習(xí)這種智能化基礎(chǔ)性算法的共性攻擊手段，所以未來相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域也必將從現(xiàn)在以圖像對(duì)抗為主的方法延伸至其他領(lǐng)域，如控制領(lǐng)域、大語言模型領(lǐng)域、電磁信號(hào)領(lǐng)域等等。研究并利用好對(duì)抗攻擊技術(shù)，不僅能夠鞏固并提升AI系統(tǒng)的安全性與效能，也必將為軍事策略的多元化與智能化發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

免責(zé)聲明：本文轉(zhuǎn)自軍事文摘，原作者席海龍、茹樂、 王長偉、程嘉培。文章內(nèi)容系原作者個(gè)人觀點(diǎn)，本公眾號(hào)編譯/轉(zhuǎn)載僅為分享、傳達(dá)不同觀點(diǎn)，如有任何異議，歡迎聯(lián)系我們！

轉(zhuǎn)自丨軍事文摘

作者丨席海龍、茹樂、 王長偉、程嘉培

研究所簡介

國際技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所（IITE）成立于1985年11月，是隸屬于國務(wù)院發(fā)展研究中心的非營利性研究機(jī)構(gòu)，主要職能是研究我國經(jīng)濟(jì)、科技社會(huì)發(fā)展中的重大政策性、戰(zhàn)略性、前瞻性問題，跟蹤和分析世界科技、經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢，為中央和有關(guān)部委提供決策咨詢服務(wù)?！叭蚣夹g(shù)地圖”為國際技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所官方微信賬號(hào)，致力于向公眾傳遞前沿技術(shù)資訊和科技創(chuàng)新洞見。

地址：北京市海淀區(qū)小南莊20號(hào)樓A座

電話：010-82635522

微信：iite_er