淺談無人機治安防控體系建設(shè)

■文/ 范殿梁 邢更力 廖洪健 毛謹

■1.公安部第一研究所 2.四川九洲防控科技有限責任公司

關(guān)鍵字：無人機治安防控體系 雷達探測 多傳感器融合 智能防控

1 引言

近年來，以微小型無人機為代表的無人機市場在世界范圍內(nèi)掀起發(fā)展熱潮。在應(yīng)急救援、反恐維穩(wěn)、邊境巡邏、地理測繪、管線監(jiān)測與維護、農(nóng)林作業(yè)和高空拍攝等方面的應(yīng)用需求增長迅速，無人機已經(jīng)悄然走進各行各業(yè)，成為了“大眾消費品”。隨著飛行器技術(shù)的發(fā)展，無人機入侵機場、油庫、核電站，以及治安防控要地、重點區(qū)域和重大活動臨時現(xiàn)場等管制空域的概率也在迅速攀升，特別是頻繁的無人機“黑飛”對以上重點區(qū)域的安全運行造成嚴重隱患，不僅帶來巨大的經(jīng)濟損失，而且造成了極壞的社會影響。

為更好地保障人民群眾安全，進一步提升公安機關(guān)核心戰(zhàn)斗力，擴展公安機關(guān)保障范圍，無人機治安防控體系應(yīng)運而生。無人機治安防控體系采用分布式網(wǎng)絡(luò)化布置多源異類傳感器，實現(xiàn)對低空空域的無縫探測覆蓋，通過有線、無線等通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)目標探測、數(shù)據(jù)融合、目標識別、威脅評估、綜合處置等功能。該系統(tǒng)能夠整合各個設(shè)備的整體效能，在警力條件有限情況下實現(xiàn)快速部署、及時響應(yīng)、全面保障。

無人機治安防控體系是在無人機快速發(fā)展，以及各類“無人機黑飛”現(xiàn)象愈演愈烈的背景下，公安機關(guān)應(yīng)對重點區(qū)域安全，維護國家政治和社會穩(wěn)定，構(gòu)建低空空域安全的重要應(yīng)用實踐。

2 無人機治安防控體系構(gòu)建要求

無人機治安防控體系建設(shè)存在跨業(yè)務(wù)、跨部門、跨系統(tǒng)、跨網(wǎng)絡(luò)等諸多因素，因此要求在其構(gòu)建過程中能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、多層次的信息共享，并依據(jù)體系構(gòu)建優(yōu)勢實現(xiàn)情報、指揮、處置的高效合成。

2.1 分布式協(xié)同處理能力及可擴展性優(yōu)化

針對重點地區(qū)、防御區(qū)域和重大活動臨時現(xiàn)場等場所的無人機治安防控需求，應(yīng)當構(gòu)建分布式、網(wǎng)格化的無人機治安防控體系，各網(wǎng)格站點通過高效通信網(wǎng)絡(luò)快速上報目標信息并下發(fā)控制指令，同時將區(qū)域內(nèi)和附近的警力集中調(diào)用，提高對無人機的協(xié)同處理能力。通過開放式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，能夠?qū)⒏喑墒煊行У膫蓽y和處置設(shè)備納入一體化指控體系，從而提高其持續(xù)擴展和優(yōu)化的能力。

2.2 整合各單套設(shè)備能力，提升體系化探測性能

無人機治安防控體系通過整合無人機偵測設(shè)備（主要包括雷達探測、無線電偵測和光電探測等）、無人機干擾壓制設(shè)備（主要包括功率壓制、靈巧定向式壓制、誘騙壓制等）、捕獲擊毀設(shè)備（主要包括物理捕獲、能量波擊毀等），通過優(yōu)化配置設(shè)備，采取多種技術(shù)手段聯(lián)合協(xié)同方式，構(gòu)建體系化的無人機治安防控能力，保障重點區(qū)域的安全。

2.3 建立無人機治安防控規(guī)范，推動體系良性發(fā)展

隨著民航局、無人機行業(yè)和聯(lián)盟及地方政府相繼出臺無人機管理、技術(shù)、操作等規(guī)范，公安機關(guān)迫切需要制定具有強制執(zhí)行力、可操作性的符合公安執(zhí)法的無人機治安防控規(guī)范。無人機治安防控體系通過合理的規(guī)范標準和實際應(yīng)用，既能保障空域安全和人身安全，又能促進無人機行業(yè)的發(fā)展。

3 無人機治安防控體系重點防護位置

根據(jù)防護區(qū)域大小、防護任務(wù)持續(xù)時間等需求，按照不同應(yīng)用場景特點，可將無人機治安防控應(yīng)用分為要地防控、重點區(qū)域防控和重大活動安保區(qū)域防控三大方面。

3.1 要地防控

要地防控主要指軍政機關(guān)、重要物資倉儲以及監(jiān)所司法單位等核心敏感場所的低空防控，是地面安防系統(tǒng)的延伸。這類目標通常區(qū)域不大，需要防御范圍較小，但需要長時間持續(xù)防范、晝夜值守，因此需要構(gòu)建具備晝夜連續(xù)無人值守的較高智能化和自動化的單站式無人機治安防控系統(tǒng)，輔助安保人員應(yīng)對可能出現(xiàn)的空中威脅。

3.2 重點區(qū)域防控

重點區(qū)域防控主要包括電站、水庫等重要經(jīng)濟目標以及試驗場、城市核心區(qū)域、機場凈空區(qū)域以及邊境區(qū)域等。這類低空防控場所通常需要防控的區(qū)域較大，且地形復雜，存在一定的遮擋區(qū)域，單站點難以實現(xiàn)防護區(qū)域全覆蓋，需要根據(jù)現(xiàn)場地形特點和周邊環(huán)境，部署多個偵察處置站點，合理配備探測、處置設(shè)備，相互補充，通過多樣化通信傳輸方式，實現(xiàn)整個防護區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控，實現(xiàn)區(qū)域防護的目標。

3.3 重大活動安保區(qū)域防控

重大活動安保區(qū)域防控主要是針對臨時舉行重大活動、重要會議或開展重要試驗時，在活動準備階段和活動進行過程中確保重大活動不受無人機襲擾。無人機治安防控體系通過載車集成的方式，臨時部署在活動現(xiàn)場周邊，執(zhí)行短時間低空防護任務(wù)。要求系統(tǒng)具有展開便捷、機動靈活、部署方便的能力。

4 無人機治安防控體系系統(tǒng)架構(gòu)

無人機治安防控體系充分利用探測、識別、數(shù)據(jù)融合、通信、控制等先進技術(shù)，有效支撐公安機關(guān)對無人機的體系化防控工作，主要實現(xiàn)：一是快速、有效的感知空域無人機目標信息，利用多種異類傳感器（雷達、光電、無線電）實現(xiàn)空域無縫覆蓋；二是實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合對無人機目標進行綜合研判（目標分類、威脅度估計等），達到智能決策的目的；三是實現(xiàn)通信指揮的一體化建設(shè)，對無人機治安防控的情報、指揮、處置建立行之有效的指揮體系。

無人機治安防控體系采用分布式組網(wǎng)架構(gòu)，系統(tǒng)由指揮分系統(tǒng)、探測分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)、干擾處置分系統(tǒng)組成，主要包括雷達、光電探測設(shè)備，以及探測顯控終端、信息處理終端、指揮終端、數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器等，選配固定干擾設(shè)備或便攜干擾設(shè)備，通過智能化指揮控制，對探測分系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的目標快速攔截處置。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 無人機治安防控體系架構(gòu)

雷達完成防控區(qū)域無人機探測，光電探測設(shè)備在雷達探測信息引導下實現(xiàn)威力范圍內(nèi)目標的精確跟蹤、確認和現(xiàn)場取證。雷達、光電探測設(shè)備與探測顯控終端之間通過有線專網(wǎng)互聯(lián)實現(xiàn)目標信息上報和指令下發(fā)，探測顯控終端將確認過的目標數(shù)據(jù)上報至指揮終端。信息處理終端經(jīng)過目標融合、分類，威脅判斷，將威脅目標數(shù)據(jù)上報指揮終端，指揮終端在電子地圖上顯示，形成防控區(qū)域空情態(tài)勢。指揮終端通過輔助決策算法，輔助指揮員制定合理有效的處置方案，通過專網(wǎng)通信將目標信息及控制指令發(fā)送至信息安全接口模塊，可控制選配的固定干擾設(shè)備對威脅目標實施快速干擾，并通過搭載的數(shù)據(jù)中心軟件，向移動信息轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送威脅目標數(shù)據(jù)，移動信息轉(zhuǎn)換模塊對數(shù)據(jù)進行分析處理后，將數(shù)據(jù)通過相應(yīng)信道發(fā)送到便攜引導終端實時顯示，引導公安民警到達指定地點實施現(xiàn)場處置。系統(tǒng)利用有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了一套分布式架構(gòu)的無人機治安防控系統(tǒng)，利用指控軟件輔助決策算法實現(xiàn)智能化指揮，指揮層級設(shè)置簡單，對處置設(shè)備的指揮實現(xiàn)高效的扁平化管理。

5 無人機治安防控體系關(guān)鍵技術(shù)

5.1 探測技術(shù)

探測技術(shù)是指通過雷達、光電、無線電等技術(shù)實現(xiàn)對無人機的探測、跟蹤、分類等，通過主、被動方式探測目標的電磁波、紅外等物理特征，從而發(fā)現(xiàn)目標并對目標的空間位置進行確定和跟蹤，利用多種傳感器獲取的目標特征對目標數(shù)據(jù)進行融合后實現(xiàn)目標分類識別。主要的探測技術(shù)包括雷達探測技術(shù)、光電探測技術(shù)和無線電偵測技術(shù)。

5.1.1 雷達探測技術(shù)

雷達探測技術(shù)是指雷達發(fā)射電磁波，通過電磁波在目標表面形成反射，接收機接收反射回來的電磁波信號并通過系統(tǒng)處理分析，獲取目標的距離、方位、高度、徑向速度等參數(shù)信息，完成對目標的探測。針對無人機探測的雷達多采用L 波段、Ku 波段和毫米波雷達，采用全固態(tài)、全相參、有源相控陣、脈沖多普勒技術(shù)體制。

5.1.2 光電探測技術(shù)

光電探測是指通過光電探測設(shè)備獲取目標的可見光、紅外等輻射信息，從而獲得目標的方位、俯仰參數(shù)以及目標成像信息，實現(xiàn)對目標的捕獲探測和圖像分類識別。

5.1.3 無線電偵測技術(shù)

無人機治安防控體系必須全面掌握使用環(huán)境的無線電態(tài)勢，管控合法的無線電用戶，同時要偵測、定位、查處、干擾非法的、未知的無線電信號，特別是無人機飛行時的控制信號和圖傳信號等。

上述三種主要無人機探測技術(shù)對比見表1。

表1 三種無人機探測方式對比

5.2 多傳感器數(shù)據(jù)融合和目標分類識別技術(shù)

5.2.1 多傳感器數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)

對融合多個傳感器目標探測信息，分別進行雷達、無線電偵測等單傳感器的無人機目標檢測，對目標幅值、目標相位、目標機動、目標無線電頻譜等特征進行特征融合，給出雷達、無線電偵測等單傳感器無人機目標檢測置信度。在進行融合無人機目標檢測時，通過對環(huán)境因素、目標因素以及傳感器因素的綜合分析，建立單傳感器對目標識別效果的評估準則，并以此為依據(jù)設(shè)定進入融合檢測的各傳感器識別置信度的加權(quán)系數(shù)，利用支持矢量機完成多傳感器融合的無人機目標檢測。綜合多傳感器的優(yōu)勢，構(gòu)建多特征空間，可以表征目標多維信息，其多維分布或不同組合形式對無人機目標提供更準確和有效的特征，從而顯著提高無人機目標檢測的概率。

5.2.2 多傳感器融合目標識別技術(shù)

無人機治安防控體系綜合利用多傳感器的信息對目標進行融合識別，發(fā)揮光、電等多物理特征的互補性優(yōu)勢，通過各傳感器之間的關(guān)聯(lián)與互補，克服單個傳感器的不確定性和局限性，更加全面地描述各類目標物理屬性，提高對低空目標的識別正確率。

對目標分別進行光、電單傳感器識別，分別對目標光學、無線電特征與運動特征及電磁特征與運動特征進行特征融合，與訓練所得到的特征模板進行匹配識別，給出光、電單傳感器目標識別置信度。在進行融合識別時，通過對環(huán)境因素、目標因素以及傳感器因素的綜合分析，建立單傳感器對目標識別效果的評估準則，并以此為依據(jù)設(shè)定進入融合識別的各傳感器識別置信度的加權(quán)系數(shù)，利用D-S 證據(jù)理論完成多傳感器融合識別。綜合多傳感器的優(yōu)勢，構(gòu)建多特征空間，可以表征目標多維信息，其多維分布或不同組合形式對目標識別提供更準確和有效的特征，從而顯著提高目標分類識別率。

5.3 無人機處置技術(shù)

5.3.1 干擾壓制技術(shù)

干擾壓制技術(shù)是指通過欺騙性或壓制性等手段對無人機的自動駕駛和控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等實施有效干擾，使無人機不能正常飛行。其原理為利用干擾機發(fā)射電子信號，使目標信號接收系統(tǒng)接收過載、飽和或不能獲取有效信息，從而達到干擾目標的目的。

5.3.2 捕獲擊毀技術(shù)

捕獲擊毀技術(shù)是利用抓捕或打擊手段對目標實施抓捕或摧毀的一種技術(shù)手段，主要通過網(wǎng)彈、激光武器等接觸方式對無人機實施硬殺傷。

不同的無人機處置方式對比見表2。

表2 無人機攔截處置手段對比

6 結(jié)語

無人機治安防控體系以現(xiàn)有的技術(shù)裝備為基礎(chǔ)，加強雷達、光電、無線電偵測等多種設(shè)備的集成研發(fā)，推動無人機管控系統(tǒng)向智能化、精確化、小型化、經(jīng)濟化方向發(fā)展，最終形成標準統(tǒng)一、性能可靠、經(jīng)濟可行的無人機治安防控體系，保障人民群眾財產(chǎn)安全和社會的長治久安。