夜雨聆风2026年4月6日， MDPI 期刊刊登文章《高功率电磁脉冲对无人机的影响分析》，本研究探讨了高功率电磁脉冲作用下无人机的“软杀伤”机制。
与以往侧重于硬件破坏的研究不同，我们发现脉冲宽度调制信号逻辑阈值越界导致的飞行控制瘫痪是主要的失效模式。为了解决理论与实验之间的差异，我们在CST Studio Suite中实现了一个1×1 m的环形天线模型。
结果表明，无人机机臂布线中的EMP耦合主要产生差模噪声。这解释了为什么传统的铁氧体磁珠会失效，而全身屏蔽仍然有效。我们的研究结果为低功耗反无人机系统优化和加固型无人机设计提供了理论基础。
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关键词：电磁脉冲；无人机；反无人机
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编译 l 所长007
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一、引言
随着电池容量、GPS技术、无线控制、位置控制和电机性能优化等无人机相关技术的不断进步，无人机的应用范围正在迅速扩展。在军事行动中，无人机被用于侦察和特种任务；而在民用领域，它们则服务于多种用途，包括货物运输、考古勘探、高层建筑无损检测和森林防火。
然而，无人机的日益普及也带来了诸多问题，例如未经授权进入禁飞区、侵犯个人隐私以及被用于恐怖主义目的等，这促使人们开发各种方法来防止无人机未经授权的入侵。人们已经探索了多种反制措施，例如使用网、动能拦截弹药、部署鹰式侦察机以及使用激光。最近，利用电磁脉冲（EMP）的反无人机系统引起了广泛关注。
电磁脉冲（EMP）是一种短暂而强烈的电磁能量爆发，由于其高强度辐射，可对电子设备和电力系统造成损坏。电磁脉冲可能源于自然现象，例如太阳风暴，也可能由人类活动引起，例如核爆炸或高功率电磁脉冲发生器的运行。电磁脉冲威胁通常分为核电磁脉冲（NEMP）和非核电磁脉冲（NNEMP）两类。
核电磁脉冲包括高空核电磁脉冲（HEMP），而高空核爆炸产生的伽马射线与大气分子相互作用，形成强大的电磁波，其覆盖范围广，可对电子设备和基础设施造成严重破坏。相比之下，非核电磁脉冲装置通过化学爆炸或电子设备产生电磁能量，通常采用高电流、高电压电路储存能量，并在瞬间释放能量以产生电磁脉冲。因此，NNEMP 设备能够有效抵御针对特定区域或设备的定向攻击，从而造成局部干扰或破坏。
二、高功率电磁脉冲效应的分析方法
1.数值建模和环形天线仿真设置
使用商业软件进行电磁仿真。所有方向均采用开放边界条件。入射平面波脉冲的上升时间为20 ns，半峰全宽为120 ns，峰值幅度为600 V。选择这些脉冲参数是为了近似实验中使用的超宽带发生器的测量波形，该波形代表了用于高能电磁脉冲保护装置测试的短脉冲源。因此，CST仿真主要用于研究UWB类输入条件下的耦合趋势和热点分布，而不是直接定量预测实验中感应电压。
2.电磁脉冲耦合特性仿真结果
所得电场分布对频率和环路旋转角度均表现出强烈的依赖性。对于 0° 旋转情况（图 2），200 MHz 的分布图（图 2a）显示，电机/机械臂区域附近存在局部热点，峰值标注值为 5.2 × 10⁻¹⁰ V /m，而机械臂-主体连接区域的峰值约为 3.9 × 10⁻¹⁰ V /m。在 500 MHz 时，场强显著增加：机械臂连接区域的峰值标注值达到 3.1 × 10⁻⁸ V/m，沿机械臂连接线的峰值标注值高达1.4 × 10⁻⁷ V /m，表明近谐振耦合显著增强。对于 45° 旋转情况，200 MHz 的结果显示出比 0°情况更高的局部场强，峰值标注值高达 1.8 × 10⁻⁹ V /m；在俯视图的布线区域，电场强度值达到 1.4 × 10⁻⁸ V /m，表明非对称臂环路径的耦合增强。
图2. 0°旋转环形天线的模拟电场分布：(a) 200 MHz，(b) 500 MHz。
3.实验装置和测量方法
本文通过室内辐射实验研究了高功率电磁脉冲（EMP）对无人机的影响。如图5a所示，无人机被放置在透明聚乙烯（PE）线之间，以便观察其在电机控制下的运动。如图5b所示，无人机在不安装旋翼的情况下，对角线长度为270 mm，安装旋翼后为370 mm。本研究使用的无人机为义乌市金正贸易有限公司生产的商用2.4G遥控无人机B5型。
该无人机配备四个直流电机，并由一块3.7V、500mAh的锂聚合物电池供电。无人机与控制器之间通过2.4GHz无线连接进行通信。
图 5. ( a ) 测试无人机 (2.4 G RC DRONE-B5) 的照片。( b ) 无人机尺寸和通道位置。
4.激发源和测量的诱发反应
在同一环形天线测试平台上使用了两个激励源。第一个激励源是专为高电磁脉冲防护装置的验收和验证测试而开发的超宽带发生器。根据MIL-Std-188-125-1 标准，波形根据其上升时间和半峰全宽分为短脉冲、中脉冲和长脉冲。本研究中使用的UWB发生器属于短脉冲发生器，其上升时间小于20 ns，峰值电流超过2.5 kA。本节首先描述激励源的特性，然后给出每个激励源对应的感应信号结果。为清晰起见，图8所示为单脉冲UWB发生器的简化等效电路。
图 8. 单脉冲 UWB 发生器的简化等效电路。
三、露天试验及结果
为了直接评估电磁脉冲（EMP）对无人机飞行的影响，如图15a所示，在开阔场地中向无人机施加EMP辐射。本实验使用的无人机与实验室实验中使用的2.4G遥控无人机B5型号相同。如图15b所示，辐射的EMP波形脉冲宽度为420 ps。
EMP发生器的详细规格列于表1。实验中，无人机与EMP发生器之间的距离设置为5 m，以获得最大电场强度为55 kV/m、重复频率为5 Hz的电磁脉冲。无人机悬停在与EMP发生器对齐的位置。每次测试开始时，无人机在无线遥控下保持悬停状态，然后暴露于辐射的EMP中，同时目视监测其姿态变化。为确保结果准确，消除了电磁脉冲发生器和测试场地附近可能存在的干扰因素，并限制了人员和车辆，以降低任何风险。
图 15 （a）空旷场地中无人机受到电磁脉冲辐射的照片。（b）脉冲波形。
四、讨论
本研究将无人机易受电磁脉冲（EMP）影响的机制从部件损坏转向信号完整性。证据表明，其主要机制为“软杀伤”：瞬态干扰会破坏脉宽调制电机指令，导致飞行控制回路不稳定，最终造成飞行姿态丧失。由于标称PWM信号的幅值仅为几伏，脉冲宽度约为5微秒，因此EMP引起的几十伏瞬态干扰即可扭曲电调（ESC）接收到的有效PWM时序，瞬间产生不平衡的电机指令，进而导致推力不平衡。平台在断电重启后通常能够恢复，这表明其受损的是逻辑电平异常，而非不可逆的电过载。
五、结论
我们研究了电磁脉冲（EMP）对无人机的影响及其潜在的防护作用。为了评估EMP对无人机飞行的影响，我们使用TEM天线在空旷场地中照射了一个脉冲宽度为420 ps、最大电场强度为55 kV/m、重复频率为5 Hz的EMP波形。实验结果表明，EMP耦合通常会对无人机产生影响；只有当无人机完全被铝箔屏蔽时，才能正常运行。在所有其他情况下，EMP会在电机控制信号线上产生幅度不等的瞬态信号，导致电机转速波动，最终导致无人机坠毁。为了验证EMP的影响，我们进行了室内实验。
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