民用機(jī)場(chǎng)無(wú)人機(jī)管制系統(tǒng)設(shè)計(jì)初探

拜俊鵬 民航西北空管局

近年來(lái)，以多旋翼飛行器為主要形式低空慢速小目標(biāo)無(wú)人機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：無(wú)人機(jī)）發(fā)展迅速，其空中攝像、凌空飛抵、實(shí)時(shí)圖傳、運(yùn)輸投放等能力，給保密、安防和反恐等工作帶來(lái)了新挑戰(zhàn)。因此，加強(qiáng)民用機(jī)場(chǎng)無(wú)人機(jī)管制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將為機(jī)場(chǎng)安保提供重要的技術(shù)支撐，從本質(zhì)上提升公共安全的水平。

1 無(wú)人機(jī)對(duì)航空安全的危險(xiǎn)

無(wú)論民用飛機(jī)還是軍用飛機(jī)，其機(jī)場(chǎng)起降過(guò)程需要一定范圍的“凈空”予以保護(hù)，這樣才能保證飛行的安全。然而，近年來(lái)大量出現(xiàn)的無(wú)人機(jī)能夠隨時(shí)不受約束的闖入機(jī)場(chǎng)“凈空”管理區(qū)域，引發(fā)航空不安全事件，給航空業(yè)帶來(lái)巨大損失。

1.1 威脅航空器起降安全

無(wú)人機(jī)直接威脅到航空器的起降安全，根據(jù)大疆無(wú)人機(jī)官網(wǎng)的數(shù)據(jù)INSPIRE 2 無(wú)人機(jī)（型號(hào)T650）的最大水平飛行速度可達(dá)94km/h，普通槳的最大起飛海拔高度為2500m，最大起飛重量為4kg。根據(jù)物理學(xué)中的動(dòng)量守恒，無(wú)人機(jī)在撞上飛機(jī)后變成相反方向的370km/h，其速度改變量為（370+94）km/h，而相撞時(shí)間極短，約為3ms，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，客機(jī)受到無(wú)人機(jī)的撞擊作用力可以計(jì)算如下：即，客機(jī)受到撞擊力約為17 萬(wàn)牛頓大小，這相當(dāng)于一顆炮彈的能量。而無(wú)人機(jī)與客機(jī)的接觸面積又極小，約為0.02 平方米，所以飛機(jī)被撞擊位置受到的壓強(qiáng)約為8.53 兆帕。目前，飛機(jī)生產(chǎn)所用材料還無(wú)法承受如此大的壓強(qiáng)，這樣的撞擊必將造成客機(jī)的嚴(yán)重事故。

1.2 延誤正常飛機(jī)起降

當(dāng)機(jī)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)闖入“凈空”管理區(qū)域后，必須對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行有效的處置，才能允許機(jī)場(chǎng)正常起降作業(yè)。但是，目前對(duì)于無(wú)人機(jī)的處置尚沒(méi)有快速有效的手段，需要大量的時(shí)間來(lái)處理威脅，因此，可以說(shuō)一旦無(wú)人機(jī)闖入機(jī)場(chǎng)凈空保護(hù)區(qū)，幾乎必然對(duì)延誤機(jī)場(chǎng)的飛機(jī)起降。例如：2013 年12 月29 日，首都機(jī)場(chǎng)以東空域發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)，導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)10 余班次航班延誤起飛、兩班次航班空中避讓。2016 年5 月28 日，在成都機(jī)場(chǎng)東跑道航班起降空域發(fā)生因無(wú)人機(jī)阻礙航班正常起降事件，導(dǎo)致成都機(jī)場(chǎng)東跑道停航關(guān)閉1 小時(shí)零20 分鐘，直接造成55 個(gè)航班不能正常起降，其中進(jìn)港26 個(gè)，出港29 個(gè)。

1.3 增加航空運(yùn)營(yíng)成本

無(wú)人機(jī)闖入凈空保護(hù)區(qū)導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)和航空公司運(yùn)營(yíng)成本上升，消耗大量的人力物力資源。首先，按照當(dāng)前的處置方法，機(jī)場(chǎng)為應(yīng)對(duì)無(wú)人機(jī)的威脅，需要部署大量的人員和物資予以應(yīng)對(duì)，造成直接持續(xù)成本的上升；需要根據(jù)無(wú)人機(jī)威脅重新調(diào)整機(jī)場(chǎng)起降方案，造成運(yùn)營(yíng)成本上升。據(jù)《中國(guó)民航報(bào)》報(bào)道，2013 年12 月，北京某科技公司的3名員工，在沒(méi)有航拍資質(zhì)、未申請(qǐng)空域的情況下，操縱燃油助力航模無(wú)人機(jī)進(jìn)行航空測(cè)繪，造成多架次民航飛機(jī)避讓、延誤，軍隊(duì)出動(dòng)直升機(jī)迫降的后果。最終，法院一審判處當(dāng)事人有期徒刑1 年6 個(gè)月，緩刑2 年。

2 反無(wú)人機(jī)相關(guān)技術(shù)

目前反無(wú)人機(jī)系統(tǒng)技術(shù)大致可分為探測(cè)、分識(shí)別和殺傷三大類(lèi)。一套完整的反無(wú)人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是這三類(lèi)技術(shù)的融合體，是多種技術(shù)相互協(xié)作的平臺(tái)。

2.1 探測(cè)技術(shù)：對(duì)空探測(cè)技術(shù)分為雷達(dá)探測(cè)、光電探測(cè)、無(wú)線電頻譜監(jiān)測(cè)三種。其中雷達(dá)探測(cè)的作用距離最遠(yuǎn)、準(zhǔn)確性最高、技術(shù)最為成熟。通常將雷達(dá)配置為區(qū)域主要探測(cè)手段，輔助以光電探測(cè)和無(wú)線電頻譜監(jiān)測(cè)，確定目標(biāo)方位、高度、航向、速度等。

2.2 識(shí)別技術(shù)：識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于防御系統(tǒng)的指揮中心，屬于系統(tǒng)的大腦，它與探測(cè)系統(tǒng)建立情報(bào)傳輸?shù)缆?，將情?bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、分析、判斷，同時(shí)要與相關(guān)部門(mén)建立聯(lián)動(dòng)體系，及時(shí)與空軍、公安、氣象、體育等部門(mén)進(jìn)行情報(bào)認(rèn)證，快速、準(zhǔn)確的判定目標(biāo)屬性。

2.3 殺傷技術(shù)：分為硬殺傷和軟殺傷兩類(lèi)。硬殺傷主要是以動(dòng)能、激光、微波等來(lái)摧毀目標(biāo)物。軟殺傷主要是以無(wú)線電磁干擾為主，用以干擾無(wú)人機(jī)控制信道、定位數(shù)據(jù)信道等。針對(duì)于民用領(lǐng)域，主要是以軟殺傷為主。通過(guò)模擬虛假的GPS 定位信號(hào)、大功率電磁干擾等手段迫使逼近的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生控制中斷、定位信息接收中斷或接收到錯(cuò)誤的定位信息，使其返航、指定地點(diǎn)降落、原地降落。

3 基本架構(gòu)

一套基礎(chǔ)的反無(wú)人機(jī)系統(tǒng)由低空無(wú)人機(jī)探測(cè)雷達(dá)、光電跟蹤設(shè)備、定向反制設(shè)備、便攜式反制設(shè)備和監(jiān)控指揮平臺(tái)等組成。首先由無(wú)人機(jī)探測(cè)雷達(dá)在 360°大范圍檢測(cè)無(wú)人機(jī)，一旦確認(rèn)有目標(biāo)，指揮控制平臺(tái)立即將目標(biāo)位置信息傳送給跟蹤雷達(dá)（可以與探測(cè)雷達(dá)融為一體），跟蹤雷達(dá)鎖定目標(biāo)后可控制轉(zhuǎn)臺(tái)一直指向目標(biāo)，安裝在同一轉(zhuǎn)臺(tái)上的光電和干擾系統(tǒng)也同步對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。操作人員可通過(guò)光電進(jìn)一步觀察目標(biāo)，并可隨時(shí)進(jìn)行電磁干擾打擊。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示：

圖1 反無(wú)人機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 系統(tǒng)功能

反無(wú)人機(jī)系統(tǒng)不是一個(gè)單獨(dú)的技術(shù)，主要包括：探測(cè)識(shí)別技術(shù)、光電跟蹤技術(shù)、無(wú)線電反制技術(shù)和網(wǎng)捕反制技術(shù)等，需要實(shí)現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)化的功能。

4.1 遠(yuǎn)程控制功能。可對(duì)機(jī)場(chǎng)、重點(diǎn)安防領(lǐng)域近進(jìn)空域內(nèi)各種低空自主飛行物（無(wú)人機(jī)）、飛鳥(niǎo)等目標(biāo)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視、實(shí)時(shí)預(yù)警，目標(biāo)信息輸出包括方位、距離、高度、速度及運(yùn)動(dòng)方向等信息；

4.2 安全評(píng)估功能。可以實(shí)時(shí)評(píng)估飛機(jī)起降航線重點(diǎn)空域自主飛行物、鳥(niǎo)情風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)水平，滿(mǎn)足飛機(jī)安全起降需要，在重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)控的同時(shí)，360 度無(wú)盲區(qū)連續(xù)監(jiān)控周邊區(qū)域，預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)協(xié)議，可靈活接入飛行保障的指揮控制系統(tǒng)；

4.3 動(dòng)態(tài)監(jiān)視功能。機(jī)場(chǎng)整體空域自主飛行物、無(wú)人機(jī)飛行動(dòng)態(tài)全程可控，發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)后。進(jìn)行視頻確認(rèn)，確認(rèn)后由打擊設(shè)備（干擾器）進(jìn)行打擊。

4.4 安全管理功能。系統(tǒng)界面顯示采用圖形化界面組織管理，人機(jī)交互良好。包括賬戶(hù)管理界面、態(tài)勢(shì)顯示界面、工作日志上報(bào)等。

5 總結(jié)

目前，我國(guó)民用航空發(fā)展迅速，至2020 年我國(guó)總規(guī)劃民用機(jī)場(chǎng)數(shù)量244 個(gè)，已公開(kāi)的軍用機(jī)場(chǎng)134 個(gè)，機(jī)場(chǎng)總數(shù)量達(dá)到近400 個(gè)。雖然我國(guó)有一系列針對(duì)無(wú)人機(jī)的監(jiān)管政策，但相關(guān)技術(shù)手段還不成熟，加之無(wú)常識(shí)和法規(guī)意識(shí)的非法無(wú)人機(jī)用戶(hù)量大，對(duì)于機(jī)場(chǎng)“凈空”管理的威脅還會(huì)長(zhǎng)期存在。因此，我國(guó)必須加快反無(wú)人機(jī)技術(shù)的研發(fā)和部署，使機(jī)場(chǎng)具備低成本的反無(wú)人機(jī)技術(shù)手段，從而大大降低無(wú)人機(jī)侵?jǐn)_給機(jī)場(chǎng)帶來(lái)的危害。