無人機探測反制技術及應用研究

劉 宏

（武漢市公安局江夏區(qū)分局，湖北 武漢430200）

目前世界民用無人機產(chǎn)業(yè)正呈井噴式增長，無人機應用領域也越來越廣泛，但由于管制手段落后，導致許多“黑飛”事件無法加以監(jiān)管和問責，從而引發(fā)了大量公安事故、隱私泄露、商業(yè)信息失控等問題[1-3]。無人駕駛飛機成本低，操作簡單，便于攜帶，又易于獲得，而且升空突然性強，很難找到處置方法，又因飛行路線難以規(guī)劃而造成較大威脅。隨著民用無人駕駛飛機保有量的激增，對公安系統(tǒng)無人駕駛飛機的控制帶來許多挑戰(zhàn)，無人機探測和反制的需求更加迫切，特別是在軍用民用機場、重大活動地區(qū)、核心基礎設施建設地區(qū)、大型場館或監(jiān)獄邊境等領域。

1 無人機探測與反制技術發(fā)展

1.1 無人機探測與反制發(fā)展背景

無人機具有小型化、智能化、大眾化、多樣化的特點，是近年來發(fā)展迅速的一種新型智能產(chǎn)業(yè)[4]。已逐漸在農林礦牧及軍事、物流等行業(yè)應用。近幾年中國消費類無人機市場每年增長20%左右，2018年我國的無人機數(shù)量已達28萬架[5]。在未來十年內，全球無人機市場預計將達到4000億美元[6]。隨著世界范圍內無人機銷量的增加，消費類無人機的應用也在不斷增加，由于惡意使用、誤入等引發(fā)的安全事故也越來越多。目前民用無人機的發(fā)展與監(jiān)管技術的更新并不均衡，無人機的探測、反制和重要空域的管理成為一大難題。民用無人機的大量泛濫導致了隱私泄露、危害公共安全等一系列問題[7-8]，也為大型活動的安全保衛(wèi)、重要空域防護以及信息的安全等工作敲響了警鐘。對社會穩(wěn)定和人民生命財產(chǎn)安全的威脅已引起各國相關部門的高度重視[9]。

1.2 無人機探測與反制市場需求

我國無人機探測與反制的市場需求主要體現(xiàn)在重大活動、安?；顒拥戎攸c區(qū)域，以及高鐵、機場等敏感空域的無人機探測與反制。對重大活動、重點區(qū)域或敏感空域一般采用現(xiàn)場針對性布控，但無人機由于飛行距離較遠，一般在布控區(qū)域外放飛，由于無人機以超低空飛行、慢速和小型化的特點而著稱，其品種繁多、外形結構多樣化，無人機闖入后給公安和安保部門的無人機探測攔截反制活動帶來了難度。為了能夠在未來有更及時有效的無人機探測機反制技術，針對無人機探測攔截裝備及技術也不斷改進發(fā)展，逐漸形成了以雷達探測、光電探測、聲波探測、無線電頻譜探測、電視廣播探測等多方面技術于一體的新型探測技術體系。

2 無人機探測關鍵技術

無人機的特點是可實現(xiàn)超低空飛行，飛行速度慢，飛行過程中能實現(xiàn)精準拍攝且體型小型化，這種小型飛行器的品種非常多，通常的界定系數(shù)為：速度在每小時200km以下，飛行高度在1000km以下，雷達發(fā)射截面積2m2以下[10]。正是由于這些“低慢小”的特點，使無人機的精準探測及反制成為了世界難題，目前已知的無人機探測技術包含雷達探測、光電探測、聲波探測、無線電頻譜探測、電視廣播探測技術等。

2.1 雷達探測

雷達探測技術較為悠久，技術成熟，種類多種多樣。其通過采集無人機對所發(fā)射的特定電磁波的反射進行探測。分析反射的電磁波獲取無人機的位置、速度等重要信息。雷達探測具有探測距離遠、空間定位準、反應速度快等優(yōu)點，但對近距目標雷達探測存在一定盲區(qū)，在城市高樓、森林等遮擋情況下，也會影響對無人機這種“低慢小”目標的探測效果。同時雷達天線需要有較好的架設條件，一般設于高樓頂端，由于功率相對較大，對于周圍環(huán)境有一定的電磁污染，而且會由于城市繁華環(huán)境內的空間不明干擾物的出現(xiàn)，產(chǎn)生虛報或誤報的情況。

2.2 光電探測

光電探測技術主要通過紅外成像、激光紅外成像、熱成像及光學成像等技術，捕獲無人機的圖像信息并分析對比，以判別無人機的種類和位置參數(shù)，光電探測有助于彌補雷達近距探測盲區(qū)，可用于近距離精準探測，并將目標物圖像進行留證保存。但在大范圍探測中存在局限，對無人機群等多目標探測能力不足，且容易受到霧霾、雨雪、沙塵等氣候的影響。

2.3 聲波探測

無人機的馬達及旋翼運轉時會產(chǎn)生特定聲波信號，不同種類無人機聲波信息各不相同，聲波探測技術可通過捕獲，并與數(shù)據(jù)庫中聲波特征數(shù)據(jù)進行匹配，以探測識別目標無人機的相關信息。其探測頻率約在0.3kHz到20kHz之間，該技術隱蔽性較好，但由于聲波信號擴散衰減，該技術能夠探測的距離受限，同時容易受到探測環(huán)境的制約。

2.4 無線電頻譜探測

無人機在升空后機上控制系統(tǒng)會發(fā)射無線電信號，傳輸控制及圖像數(shù)據(jù)，無線電監(jiān)測能夠通過監(jiān)聽無人機無線電信號，分析其頻譜，并與無人機頻譜數(shù)據(jù)庫對比，以識別目標無人機的相關信息。單點探測方式可以獲得無人機方位，粗略估算相對距離，多點同時探測時可獲得目標無人機位置。無線電頻譜探測不受無人機尺寸、材質以及其他建筑物遮擋限制的影響，而且也沒有電磁污染，可用于長期無人值守的無人機防御任務之中。但是無線電頻譜探測技術，一般需要多點探測以提高空間定位準確性，而且對加密信號跟蹤破譯耗時時間較長，對于自主飛行模式或無線電靜默狀態(tài)下的無人機無法探測，也無法監(jiān)測或跟蹤超高頻率的跳頻無人機頻譜，如果城市電磁環(huán)境相對復雜，該方式也會受到一定干擾。

2.5 電視廣播探測

電視廣播探測與無線電頻譜探測相類似，其依靠飛行中的無人機反射電視廣播信號，設備通過監(jiān)測反射波頻譜對無人機進行定位，但一般需要進行多點定位才能準確探測無人機。

3 無人機反制關鍵技術

為保障大型活動安保、公安安全、社會治安以及其他任務，需對反制技術的分類和特點加以研究。對于處于非法飛行狀態(tài)的無人機，探測與識別后采取相關反制手段對無人機進行處置，目前對無人機的反制技術主要以下幾種。

3.1 干擾技術

干擾技術通過對無人機定位系統(tǒng)或操作無線電信號進行干擾，可以使其失控、迫降、懸停或者返航。干擾技術是目前無人機反制的一種主要手段，根據(jù)實踐的需要采用定向干擾或全向干擾，可以有效地對特定范圍內單架或無人機群進行反制。

干擾技術細分為：定位干擾、操控信號干擾。定位干擾：對無人機衛(wèi)星定位信號進行干擾，民用無人機多采用GPS/格洛納斯，個別廠家還會采用GPS/格洛納斯及北斗定位模塊，其定位信號相對較弱，可以對其施加干擾，使無人機無法精確定位，影響機上控制系統(tǒng)的正常工作，使無人機發(fā)生失控、返航或者墜機，但定位干擾同時影響反制范圍區(qū)域內使用定位信號的其他設備，需提前加以提醒防范。無線電操控信號干擾：無人駕駛飛行器信號干擾，是指利用遙控信號頻段的阻斷干擾或跟蹤式干擾進行干擾，以無人機遙控信號跳躍為依據(jù)進行干擾，以節(jié)省干擾功率，對周圍電磁環(huán)境影響不大。但是無人機遙控信號調頻范圍大，干擾設備對實時帶寬要求高，而且無人機處于自主飛行狀態(tài)，這兩種干擾方式都無法發(fā)揮有效作用。

3.2 網(wǎng)捕技術

該網(wǎng)捕技術采用的是大型旋翼無人機加載網(wǎng)槍發(fā)射網(wǎng)彈，或者采用車載發(fā)射網(wǎng)彈，或者采用單兵肩部發(fā)射網(wǎng)彈等等。采用抓捕網(wǎng)絡進行點到點抓捕，但由于直接抓捕方式受目標景深的影響較大，精確瞄準困難，成功率不高，也難以應付蜂群式無人機的攻擊。

3.3 激光打擊技術

對無人機特殊部位進行精確的激光打擊是激光打擊的基本要求，通常采用瞄準燒毀的方式，這種方式在民用領域應用較少。激光器屬于大型設備，其探測瞄準系統(tǒng)的設計較大，反制裝置要實現(xiàn)車載化，還需要同步安裝在油機、水冷箱等設備上，在民用領域使用相對比較復雜[11]。

4 無人機反制關鍵技術應用重點

作為典型的低空、慢速、小目標飛行設備，本身特點不易被探測到，同時由于探測空域環(huán)境復雜，可能的干擾源眾多，探測技術可能產(chǎn)生誤判。因此單一探測技術往往不足以應對復雜的環(huán)境及任務要求，需要多種檢測方法相互配合。同時著重考慮以下幾點。

4.1 建立有效的無人機反制裝備評測體系和人員培訓

目前市場上的無人機反制產(chǎn)品缺少相關標準，各廠家設備性能良莠不齊，因此不能僅從性能參數(shù)和宣傳來判斷產(chǎn)品質量，需根據(jù)實際使用情況制定一套測試流程和檢驗標準，同時結合一線人員的使用反饋不斷淘汰優(yōu)選，挑選出最適合實戰(zhàn)的裝備。一套反制系統(tǒng)涉及多個組成部分，設備操作及系統(tǒng)使用各異，對一線使用者技術要求較高。若反制系統(tǒng)的操作僅有廠家技術人員掌握，將大大限制一線干警在處理緊急情況的機動能力。因此在平時需模擬實際應用場景，訓練反制裝置的相關操作人員熟練使用，以在實際處置中發(fā)揮出設備最佳的反制效果。

4.2 在無人機反制過程中，要結合不同的反制環(huán)境

參考多種類型的反制要求，結合目標所在環(huán)境、機動性及成本等因素，制定復合式的解決預案。根據(jù)應用場景，如大城市內無線電干擾的環(huán)境、自然條件下大范圍、長距離的反制，靈活將固定設備、車載設備與單兵設備組合搭配使用。

在執(zhí)行一些勤務行動中，為降低對現(xiàn)場的影響，減少電子輻射，可以采用無線電頻譜進行遠距離探測，捕獲目標后采用相應技術手段予以反制。不同的反制環(huán)境，對于不同的無人機反制要求有所區(qū)別，現(xiàn)場較空曠、干擾少，遠距離干擾無人機的通信比較有效，但如果當?shù)氐纳鐣h(huán)境或自然環(huán)境比較復雜，則操作起來就相對困難許多，需要各個部門的偵辦及探測隊伍，彼此配合利用最新的探測技術，結合不同的反制環(huán)境要求進行無人機的反制。

4.3 單體無人機探測反制裝備逐步信息化

伴隨著信息時代的全面到來，單兵無人機探測反制裝備逐步與網(wǎng)絡、指揮平臺相結合，可以確保重大事件安保或警衛(wèi)任務統(tǒng)一調度、統(tǒng)一指揮，形成系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化防御體系。搜索無人機時，可在網(wǎng)絡共享平臺上建立信息的共享渠道，指揮中心隨時掌握無人機的運行狀態(tài)、位置等情況，查看反制裝備的工作狀況、故障等，了解探測軌跡、反制位置，查捕無人機放飛者。

5 結束語

無人機反制是一個世界性的難題，在面對不同場景和不同的復雜環(huán)境應用中，公安機關可以綜合考慮反制裝備的成本因素和機動因素，根據(jù)實際需要靈活組合反制手段。如：遠距探測技術與近距探測技術組合，軟件干擾反制與硬件毀傷組合。同時建立高效的無人機反制裝備評價系統(tǒng)，研究模擬具體使用場景掌握反制產(chǎn)品的性能。配合無人機科技研發(fā)部門，制定相應的規(guī)范和政策，并采用立法與技術的管理結合機制，更好地對無人機使用加以管控。