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无人机探测与反制技术现状及发展

时间:2019-05-15 15:32:46   来源:公安部装备财务局警用装备研发论证中心

[法安导读]    无人机以其小型化、智能化、大众化、多样化的特点,成为近年来发展最迅猛的新兴产业之一。自2014年以来,全球民用无人机市场呈现爆发式增

  无人机以其小型化、智能化、大众化、多样化的特点,成为近年来发展最迅猛的新兴产业之一。自2014年以来,全球民用无人机市场呈现爆发式增长态势。2015年,全球民用无人机销量约57万架,其中专业级无人机约17.1万架,消费级无人机约39.9万架。 据估算,2015至2020年期间,我国消费级无人机市场年增长率达19%。未来十年,全球无人机市场规模将达673亿美元。 随着无人机特别是消费级无人机应用的不断增多,各类安全事故时有发生,有的甚至已经造成严重的现实危害。 民用无人机在发展与管理方面的问题愈加凸显,对于无人机的探测、反制及防控管理,已成为世界性普遍难题。 近年国外发生过的无人机“擅闯白宫”、 “飞越巴黎地标建筑”、 “携带放射性物质坠入日本首相官邸” ,以及国内发生的无人机干扰机场航班等系列事件,反映出无人机违规飞行对公共安全已经造成了极大隐患,如被敌对势力、恐怖分子利用,将对国家安全、社会稳定和人民生命财产安全构成严重威胁。 特别是2018年8月4日委内瑞拉总统马杜罗阅兵时遭遇无人机炸弹袭击事件,这是第一起利用无人机袭击国家政要事件,引起了各国安全部门高度关注,为大型活动安全保卫工作敲响了警钟。

无人机探测与反制技术现状及发展

       无人机探测与反制的市场需求主要体现在要地无人机探测与反制、重大活动安保以及高铁无人探测与反制等领域。其中要地包括:监所司法、重要场所、军事基地、机场、核电部门、政府机关等。从公安防控任务的角度,无人机防控可以分为针对重点地区的日常防控、针对重要警卫活动的现场防控,以及针对重点部位、重大活动现场和临时警卫现场无人机误闯或非专业性破坏的反制工作。

  一、无人机探测技术

  无人机以其超低空飞行、慢速和小型的特点,被称之为“低慢小”飞行器。其品种繁多,从外形结构来分类可分为固定翼无人机、多旋翼无人机和无人直升机,通常界定为速度200km/h以下、飞行高度1000m以下、雷达发射截面积2m?以下。 对这类无人机的精准探测及反制尚属世界难题。为了考察现有装备的技术水平,近几年公安部举办了多次无人机探测拦截装备实测技术交流会及挑战赛,全国多家无人机反制装备厂家参加,来自全国各省地市的公安机关代表现场观摩了实测情况,并组织了交流研讨。现将探测技术分类及特点总结如下:

  (一)雷达探测

  雷达分类繁多,根据扫描方式可以分为相扫、机扫等,根据调制方式可以分为脉冲编码、线性调频等。雷达技术是一种非常成熟的探测有人飞机技术,具有探测距离远、空间定位准、反映速度快的优势。 但雷达扫描存在近距离盲区,对于非导体材料制成的飞机无法探测;在无人机悬停或低速飞行时,由于多普勒频移较低,无法探测到无人机目标;在临海、森林遮挡、楼宇遮挡的情况下,探测效果也会受到影响。由于雷达天线的波束条件限制,需要较好的架设条件(如城市环境中,需要架设在高大建筑物顶层),对于周围的环境有电磁污染,造价昂贵,需要专业的技术人员操作。同时,空中的不明干扰物,也会造成大量虚警、形成误报;雷达目标点迹的起批方式、多目标的聚类方式等数字信号处理手段也会对雷达探测产生很大影响。

  (二)无线电频谱探测

  频谱探测又分为无线电频谱多点定位和无线电频谱多点测向,通常情况下,无人机在飞行过程中飞控系统和图传系统都会发射无线电信号。无线电监测就是通过对未加密的操控及图像传输信号进行监测,发现并识别无人机信息。其优势在于不受无人机尺寸、材质、建筑物遮挡限制,没有电磁污染、可以用于长期无人值守的无人机防御任务中。无线电频谱探测装备的造价和成本相对较低,能够在较大的范围内定点布设。缺点是需要多点定位、空间定位准确程度有限,对加密信号跟踪破译耗时较长。此外,由于是被动的接收无人机发射信号,对于自主飞行模式的或处于无线电“静默”状态下的无人机无法探测。频谱库属于先验型数据库,对于未知的无人机频段探测效果劣于常用已知机型。 介于目前部分无人机会针对频谱探测设备进行跳频反制,对于超高频率的跳频无人机频谱没法很好的进行跟踪。 在城市复杂电磁环境下,被动式的频谱探测容易受到干扰。

  (三)光电探测

  光电探测技术通过光学成像、红外成像、激光红外成像以及热成像技术采集无人机图像进行分析对比,从而判断无人机类型、位置等参数。 此技术优点在于可以弥补雷达探测盲区的欠缺,完成近距离的精准探测。 缺点是探测范围有限;应对多架无人机目标时能力有限;易受天气干扰(雾霾、雨雪、沙尘天气会影响目标的扫描和跟踪)。
       (四)声波探测

  声波探测技术通过无人机的电机和旋翼发生旋转对声波产生固定周期的调制,并对该调制声波进行探测。主要探测频率在0.3kHz~20kHz范围内,通过与既有的无人机音频数据库进行匹配,以类似人类声纹识别的方式探测无人机目标。这种探测距离有限,易受环境影响。

  (五)电视广播探测

  电视广播探测的原理类似于无线电频谱探测,利用探测区域附近的公共电视广播信号为参考基准,当无人机对广播信号产生反射时,频谱设备对反射信号进行检波,通过多点定位无人机。

  单一的探测手段往往不能解决复杂的无人机探测难题,通常需要采用多种探测手段相配合,如雷达+光电搜索相配合,利用雷达探测范围广、探测距离远、可以处理多目标的优势,配合光电设备近距离无盲区的优势,才能做到无盲区、快速响应、精准跟踪。 多种探测信号的融合是无人机探测技术的关键,如果不能做到各种探测手段的有机融合,很可能会导致探测失效。

  二、无人机反制技术

  为保障大型活动安保的顺利进行,结合治安、反恐、特勤的任务需求以及公安部组织的相关活动的评测情况,将反制技术分类及特点总结如下:

  (一)无线电干扰

  无线电干扰技术通过对无人机定位系统或操控无线电信号进行干扰,使其失控迫降、悬停或者返航。

  1.卫星定位信号干扰

  无线电干扰是当前无人机反制的主要手段。 根据实战的需要可采用定向干扰或全向干扰,民用无人机一般使用GPS卫星定位模块,部分为了提高性能而使用GPS/GLONASS双模卫星定位模块,少数专业级无人机会使用GPS/BD2双模卫星定位模块或GPS/GLONASS/BD2三模卫星定位模块。现有的民用卫星定位模块多采用扩频通信技术,信号相对微弱,可以对其进行卫星频点干扰,阻断无人机接收卫星定位信号。 在受到干扰后,无人机失控漂移或坠机,但此种方式也会对周围的无线电通讯设备造成干扰"。

  2.操控信号干扰

  操控信号干扰方式分为遥控信号频段阻塞干扰和跟踪式干扰两种。跟踪式干扰可根据无人机遥控信号的跳变,针对某一具体频段进行干扰,缩小了千扰范围,节省干扰功率,对电磁环境影响较小。 无人机遥控信号调频范围较广,需要使用实时带宽较大的干扰设备,对干扰设备的处理能力和响应速度要求较高。这两种控制干扰方式对于自主飞行模式下的无人机均失效。

  (二)网捕技术

  网捕技术目前主要方法有:采用大型旋翼无人机加载网枪发射网弹;采用旋翼无人机挂载抓捕网,对目标进行抓捕;或采用车载发射网弹、单兵肩抗式发射网弹等。此类方法由于受目标景深影响,精确瞄准难度较大,对抓捕手的操作技术要求极高,成功率受限。另外,此方法难以应付蜂群式无人机袭击。

  (三)硬毁伤技术

  硬毁伤技术指使用导弹、经过训练的鹰隼、暴力竞速无人机等直接摧毁目标无人机。 对武器精度要求高,且在人员密集场所易造成无人机失控引发次生危害。

  (四)激光打击技术

  激光打击需要针对无人机的特殊部位集中瞄准烧毁,毁坏无人机的电调模块或者控制电路。 对激光的功率要求较高,面对无人机群时每次只能摧毁一架,需要多次出光才能完全摧毁目标。 激光属于大型设备,由于探测瞄准机构的存在、高出光功率的要求,导致反制装备必须车载,同时需搭载油机水冷箱等设备。

  (五)高能微波打击技术

  微波武器通过微波衍射、无人机内部电路耦合等方式将大功率的微波能量吸收到无人机的电路模块中,摧毁电路元器件,导致无人机失控。高能微波打击技术受限于发射功率,需要重点提升打击的距离。

  (六)诱捕或控制链路破解

  1.卫星定位诱捕

  卫星定位诱捕通过向无人机发射虚假卫星定位信号的方式实施“诱捕”,向无人机发布错误的位置信号,达到使其误判位置而降落或返航的目的。 该方式的优点是可以应对无人机群、可以长期た人值守、发射功率低(毫瓦级)、成本低,缺点是无法应对自主飞行的无人机,在防御区内所有卫星定位授时系统均会出现问题(手机、车载GPS等),难以实现精确打击。

  2.无线电通信协议破解

  无人机使用的控制信号大多在2.4 GHZ和5.8 GHz等常规民用频段,随着开源硬件的快速发展和软件无线电技术的流行,针对无人机无线电通信协议破解的技术逐渐发展起来。 此项技术是目前国内外无人机反制领域的先进技术之一。通过破解无人机信号通信协议,模仿遥控者向无人机发送控制信号,且不会影响其他设备正常运行。 但随着通信加密技术的提升,破解难度日益增大,并且要求适配市场上各种无人机,需要定期更新发售的无人机型号、成本较高“

  三、结语

  无人机反制作为一个世界性难题,针对不同场景和不同的复杂环境,目前还没有一个绝对有效的解决方案。公安部门承担着大型活动及会议的安保任务、要地的警卫特勤任务等多项重要工作,应当从以下几个方面着手解决该问题:

  1.建立有效的无人机反制装备评测体系和评测手段。由于市场上无人机反制产品的性能良莠不齐,不能光凭商业宣传来选择反制手段。 应重视对装备的检测、一线试用等环节,同时模拟实际使用场景,在与实战相近的环境中进行多种反制装备的评测,才能选出实战效果最好的装备。

  2.应该结合不同的使用环境,采用多种类型装备的复合式解决方案,综合考虑装备成本、机动性等多项因素,根据应用场景来布设反制装备,将大型设备与固定式、便携式设备区别开,根据实际需要灵活机动的组合使用。如雷达与光电相结合,无线电干扰与激光毁伤相结合等。 例如,在特勤任务中,要求使用环境友好、低电磁辐射的情况下,可以将频谱探测装备作为远距离探测手段,发现并识别目标后采用无线电干扰装备进行反制,在遇到无线电反制失效的情况下,近距离开启光电精确跟踪,采用激光毀伤目标。

  3.多数大型反制装备操作复杂、对使用者的技术能力要求较高。 在这种情况下,如何能把只有企业技术人员会操作的反制装备变为普通警员能使用的实用、好用的反制装备是一个核心问题。如果不能做到民警代替企业人员操作或者无民警值守也能进行很好的防御,则需要建立长期的大型活动安保的企业服务机制,通过租赁服务的形式来实现大型反制装备的长效保障。

  4.依靠装备来进行无人机的反制属于技防范畴,也就是依靠技术力量。在大力发展技防的同时也应侧重发展人防,也就是针对无人机来袭的方式、安保任务的特点、场景的布设总结出一套战法,做到即使探测装备没有探测到目标,依靠人眼视距依然可以瞄准目标,并结合当时的天气、使用环境、目标数量来进行应急反制。根据配发的反制装备制订训练科目,形成标准化的反制流程。

  5.无人机企业应该与警方合作,共享或公开无人机生产数据、销售数据、飞行数据,公安等相关部门同时为厂家推送提供重大活动安保禁飞区信息、天气信息、飞航数据等,形成ー个信息共享的整体。厂家配合警方建立无人机禁飞区,警方本着“警卫主导、治安主建、属地主责”的无人机防控工作思路,全面深化、研究、落实无人机反制工作5.

  6.单体的无人机探测反制装备将逐步进入信息化,统一通过网络接入指挥平台,在重大活动安保或警卫任务中,可以整体调度指挥,形成系统化、网络化的防御体系。指挥中心可以随时了解每件装备的运行情况、故障原因、探测点迹、反制位置,对飞手进行落地查人。

作者:何昌见、凌健寿、石凌飞

编辑:广翰楼

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