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无人机侦测反制技术研究

2020/11/30 阅读:

摘要:在梳理无人机侦测反制技术发展现状的基础上,以某看守所为例,设计了适合于监管场所使用的无人机防控系统。结合近年来国内多次反无人机对抗赛实际情况,对无人机侦测反制技术面临的困境进行了总结,并提出现阶段提升无人机防控成功率的方法。

关键词:无人机侦测技术;无人机反制技术;无人机防控成功率

随着无人机技术的成熟,民用无人机产业蓬勃发展,应用领域得到小断拓展。但与此同时,由误操作或恶意使用无人机引发的安全事件也层出小穷,对国家安全、空中航道安全、民众生命财产安全和个人隐私等造成严重威胁,已经成为行业痛点。为解决此类问题,无人机侦测反制技术作为重要的防范手段取得了长足发展,侦测、定位、干扰、捕获、摧毁等技术手段日渐丰富。

一、无人机侦测反制技术发展现状

(一)少匕人机侦测技术

无人机侦测是无人机管控反制系统的感知单元,只有J决速、精确地侦测到目标后,才能有效地采取后续的反制措施。目前,主要的无人机侦测手段包括雷达探测、无线电频谱监测、司一见光肛外探测、声波识别等,其原理、侦测距离、优缺点详见表。

(二)少匕人机反制技术

无人机反制技术从手段上可以分为捕获摧毁类和驱离迫降类两种,捕获摧毁类主要有枪支导弹摧毁、网捕测弹拦截、激光毁伤等手段;驱离迫降类主要有无线电阻断、GPS诱骗、协议破解等技术。

二、监管场所无人机防控系统的设计与应用

本文以某看守所为例,设计了一套适合于监管场所使用的无人机防控系统。

(一)管J为)沂尤人{儿防控技术的体制选扦

对比各种技术方案,综合平衡了无人机侦测、反制各种技术的性能指标、技术成熟度、建设成本、性价比、环保及辐射、监管场所场景适应性等因素后,监管场所无人机防控系统技术方案设计如卜:1.无人机侦测技术基础配置无线电侦测技术,采用固定式安装设备。如果应用场所周围300m内有其他建筑时,考虑到周边干扰源会导致侦测设备误报,补充增加图像识别设备对报警进行确认。侦测原理如图1所示。<1)测向原理侦测设备一般由多个扇面(8个以上)组成,形成360。角度的全覆盖,每个扇面覆盖小于45。的范围。侦测设备开机后对周边电磁环境进行实时扫描,当范围内出现数据库中有关无人机频谱信息时,根据其所出现的扇面获得无人})L方向。<2)测距原理侦测设备测距原理基于电磁波空问损耗模型进行估算,根据自由空问损耗算法:LS二32.45十20Xbg}')MHm十20Xbg})KM①LS为传输路径损耗。侦测设备能够测量到范围内的无人机控制信号接收场强值R1,已知当前商用无人机控制模块发射功率R2(如大疆精灵4的发射功率参数为20dBm),PJ一计算出LS二R1一R20OOF为无人机控制信号的频率。测算周边电磁环境情况,能够获取。根据自有空问损耗公式,在已知路径损耗(LS)和频率(F)的情况卜,能够测算出侦测设备与无人机之问的距离(D)。<3)多站协同测距算法多站协同的情况卜,可以基于三角定位算法,更加准确的测算出无人机的实际位置。基于场强值的三角定位算法由接收节点测量接收到的无线信号强度,通过信号强度,得出节点之问的距离后根据三角测量法或其他算法求解节点坐标未知信息。可计算出传播过程中的损耗,再利用已知的理论或经验的信号传播衰减模型计算出节点之问的距离。2.无人机反制技术基础配置无线电阻断技术,采用固定式安装设备和手持式设备,补充配置协议破解技术。如果应用场所周围300m内有其他建筑时,优先考虑采用协议破解技术进行反制,避免造成周边大范围干扰。3.技术体制选择小结某看守所无人机防控系统整体设计方案包括无人机侦测和反制等功能。系统中的无线电阻断设备同样基于450扇面强电磁干扰原理。由侦测设备测算出无人机大致方向以及判断出其大致距离后,联动反制设备进行电磁干扰。因此,反制设备对实际的定位精度并小敏感。考虑到经费成本J清况,系统配置一套设备侦测设备能够满足用户的使用需求。当然,如果监管场所位于机场、大型电力设施、炼油厂装置区、储油(气)库等有自身特殊管控要求场所的区域内,设计方案还需要满足上述场所的特殊要求。(_)v;管场所尤人机防控的}x_域范ltl根据国家空中交通管制委员会制定的《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》第二}一八条对监狱等监管场所的规定,轻型无人机(对应市场上的消费级无人机)管控空域范围为“监管场所以及周边200m范围的上方”,及“真高120m以上空域”。同时根据第三}一七条规定,“轻型无人})L在除禁区外的适飞空域飞行,无需申请飞行计划”。监管场所低空空域管控范围划分如图2所示。

(二)管J为所尤人机防控系统使用流程要求

结合监管场所的实际情况,无人机防控系统建设部署后,应按照规范流程进行使用。当无人机入侵到监管场所防护空域时,无人机防控系统侦测到此次入侵行为,并对该无人机进行持续跟踪,监管场所启动无人机防控预案,并在防控系统的跟踪信息引导卜进行干扰、捕获无人机。当无人机防控系统识别出该无人机信息(型号、标识等)时,通过特定网络将该信息以及入侵证据报送到公安机关进行报案,由公安机关启动应急机制。当无人机防控系统获取到无人机操控者位置信息时,监管场所向公安机关报案,并提供无人机操控者位置信息,协助公安机关追查。

三、当前无人机防控存在的主要问题

近年来国内举办了多次反无人机对抗赛,从实际情况来看,无人机侦测反制系统在性能、实用性、使用合法性等方面都存在一些问题。

(一)少匕人机侦测反制成功率小

2017年以来,国内举办了多次模拟实战的反无人机对抗赛,国内大多数无人机侦测、反制产品的制造商参加了此类比赛,但测试结果小尽如人意。在比赛中能够适应小同的场景、成功完成侦测反制任务的产品少之又少。没有任何一种无人机侦测反制系统是100%有效的。主要原因如卜:<1)任何一种侦测反制方式都有比较明显的劣势。例如雷达小仅有自区,而且难以发现体积小、截面积小、低空慢速飞行的无人机;无线电阻断影响周围正常使用的设备;激光毁伤和网弹等硬毁伤反制方式,容易产生次生伤害。<2)由于前期调研小够扎实、对实际使用场景分析小足,闭门造车式的研发,使得系统难以满足实战,这是反无人机系统成功率小高的重要原因之一。无论采取哪种侦测反制技术,原理上走得通并小代表实际应用中能够使用,演示中能够侦测反制无人机并小代表实际应用中的成功率高。<3)诸多反无人机系统生产厂家基本以大疆系列无人机为测试依据,给后期应用带来很大局限性。虽然大疆系列无人机在全球占据了极大的市场,但进行破坏活动的无人机多为自制或更改频率的无人机。<4)灵敏度与误报之问的矛盾难以解决。为保证系统有效性,无人机侦测系统必须降低漏报率和误报率。这要求无人机侦测系统必须足够灵敏,但过于敏感的系统可能会产生大量误报,从而导致系统无法正常使用。与此同时,无人机技术发展并小是停滞小前的。因此,反无人机技术必须对无人机技术的新进展持续响应。缺少尤人机侦测反制系统相关标准目前,无人机侦测反制系统相关标准仍属空白。标准的缺失意味着系统的性能和可靠性之问可能存在显著的差异,也引发了对系统安全性的质疑。特别是在民用领域,即使功能完备的无人机侦测反制系统也可能存在安全风险。例如,对紧急无线电通信产生严重干扰。

(二)关于尤人机侦测反制系统应用的法律法规建设

目前,在大多数国家,都没有明确的法律法规来规范无人机侦测反制系统的使用。在大多数发达国家,使用信号干扰设备(包括更先进的定向系统)即使小是非法的,也是受限制的。在美国,无线电侦测系统可能违反窃听法、禁比截取电子通信信息等法律条款,即使只是通过卜载有关无人})L位置和遥测信息来监测和跟踪无人机的系统也可能违法。破解无人机通信协议可能会违反计算机欺诈和滥用等相关法案。在我国也面临着同样的问题,目前法律法规仍没有明确的规定,谁能够使用无人机反制设备、使用哪种方式的反制设备。无人机的飞行必须合法合规,必要时采取一些技术手段进行防范反制是理所应当的。但是,无人机反制系统是把“双刃剑”,稍有小慎就会对民航通信等业务领域产生干扰。例如,2019年上海进博会前夕,位于进博会场馆以北500m、距虹桥机场3.5km的某小区楼顶,一套正在使用的无人机反制系统,造成当时在虹桥机场至九亭附近的机组的GPS信号失效。

四、提升无人机防控成功率的方法

无人机的侦测与反制,是困扰世界各国的难题,目前还没有一个绝对有效的解决方案,但可以通过以卜方式提升无人机防御的成功率。

(一)建立尤人机管控系统

无人机管控系统通过与外部的无人机应用系统进行数据交换,汇集历史飞行轨迹数据和人员背景审查数据,开展信息关联查询分析和大数据分析,对无人机基础信息、使用信息、所有人和关系人信息等进行分析,对无人机进行危险等级刻u,为无人机重点防控提供情报预警支撑,为公安机关“落地查人”提供信息查询支撑。

(二)融介多种手段提

人机侦测反制成功率近年来无论是大型活动的安全保卫、要人驻地日常警卫,还是高铁、机场等交通线路的保护,无人机侦测反制系统的需求越来越多。仔细分析上述需求,会发现应用环境、防御区域、防御效果都有很大的小同。设计无人机防御系统时,应该充分考虑应用环境(城市还是野外)、附带损伤的要求(软杀伤还是硬杀伤)以及无人值守的要求,同时还要考虑成本、机动性等因素,建设多种手段相结合的无人机侦测反制反系统。例如在监管场所,采用无线电频谱扫描、视频等多种方式协同侦测无人机;在远郊旷野,采用大功率微波干扰和激光毁伤相结合的手段,进行无人机的反制。

(三)建立尤人机侦测反制系统标准体系

我国研制无人机侦测反制产品的单位众多,水平参差小齐,应尽快构建以国家标准、行业标准为主体的无人机侦测反制系统标准体系,提升技术水平,加强对此类产品的检测。同时,完善相关法律法规建设,为无人机侦测反制系统的应用扫除法律障碍。

作者:范蓓 韩军 单位:公安部第一研究所 北京中天锋安全防护技术有限公司

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