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                                                          無人機反制槍

                                                          專注無人機反制設備10餘年

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                                                          低空無人機監測與反制

                                                          2019-04-22 17:20:25

                                                          無人機的興起

                                                          低空無人機(Unmanned Aerial Vehicle縮寫 UAV )也稱爲無人航空器或遙控駕駛航空器 ,是一種由無線電遙控設備控制,或由預編程序操縱的非載人飛行器 。無人機具有機動靈活的特點,它體積小 ,重量輕,可隨時運輸和攜帶。它對起降的要求低 ,隨時飛降。無人機一般在雲下低空平穩飛行,彌補了衛星光學遙感和普通航空攝影經常受雲層遮擋獲取不到影像的缺陷。除了具有廣闊的軍事應用前景外 ,用無人機替代有人飛機執行高風險任務 ,也是當今國際航天領域一個重要發展方面。特別是在近幾年國際局部戰爭中無人機被大量地使用 ,可以預見在未來戰場上無人機用途將越來越大,已經成爲世界各國武器裝備發展的重點 。同時,無人機作爲一種技術含量高、使用性能好、發展前景廣闊的空中飛行器,在民用領域亦可完成防災減災的災害評估、地質勘測航拍、警用高速公路巡查、森林防火、海事巡邏、大型露場演出航拍等多種任務 。

                                                          一文讀懂低空無人機監測與反制

                                                          無人機領域“大疆無人機”的興起,無人機迅速進入消費領域 ,無人機成爲人人都能消費的起的成人玩具 ,數千元即可買到一個性能優良的無人機 ,“汪峯、章子怡的訂婚儀式上無人機送上婚戒“等熱點事件出現,隨着媒體的炒作,一時間無人機生產製造行業也充斥着資本身影 ,在深圳就有數百家無人機製造商,就像當年山寨機盛行的日子一樣 ,只要你有需求 ,你可以很快在深圳找到一個你需要的無人機方案,無人機慢慢成爲家庭自駕出行重要裝備之一。

                                                          據統計,全球每月將銷售30萬架無人機 ,去年聖誕節 ,僅美國一個國家就銷售了100萬架無人機 ,無人機已經迅速的進入家庭市場 。

                                                          無人機控制鏈路介紹

                                                          無人機如何控制呢  ?無人機使用無線鏈路進行遠程控制和視頻數據回傳,超過90% 的無人機使用ISM頻段 (2.4GHz) 操作,包括跳頻 , Wi-Fi等, 其中控制鏈路採用:

                                                          常用的頻率爲 ISM 頻段: 2.4 GHz, 5.8 GHz

                                                          很少使用: 433 MHz  , 比2.4GHz傳播距離更遠

                                                          少量使用過時的遙控頻段: 27 MHz , 35 MHz, 72 MHz (使用 PCM 或模擬編碼) ?,這類無人機逐步消失了 。

                                                          數據鏈路採用:

                                                          視頻數據流通常通過2.4 GHz/ 5.8 GHz (ISM頻段) 傳輸 , 使用 WiFi 或模擬 PAL/ NTSC

                                                          安全飛行採用相關技術:

                                                          通過冗餘控制系統實現安全飛行 (例如  , 無線遙控 ,和基於GPS的“失效保護”模式)

                                                          無人機根據價格水平有不同的控制方式  ,比如一些低成本的無人機採用藍牙技術(ISM2.4GHz);大部分無人機採用Wi-Fi或跳頻(ISM2.4GHz);也有部分高端無人機採用基於預設路徑的衛星導航。

                                                          無人機“黑飛”危害

                                                          無人機的大量使用給公共安全帶來隱患。本來是爲合法用途使用的無人機越來越多的被用於犯罪目的 。公衆已經日漸強烈的意識到了無人機可能造成的危害。無人機能夠走私毒品 ;無人機能窺探隱私/技術  ;無人機能影響民航 – 接近撞機;無人機可能會出現在敏感地區、關鍵位置和政府設施區域 ;無人機甚至能自動射擊……

                                                          最近兩年 ,全國已發生多起無人機空中逼停飛機事件,成爲民航飛行的“隱形殺手”。2013年底 ,北京一家公司在沒航拍資質、未申請空域的情況下航空測繪 ,造成多架次民航飛機避讓延誤。2017年浙江蕭山機場、綿陽機場 ,此次成都機場都是由於不明無人機 ,導致了數百架飛機延誤,數萬人滯留 ,給國家和人民帶來的損失是數以億計的。

                                                          無人機最大問題是“黑飛” ,“飛行員”沒有資格證。2015年《中國民航駕駛員發展年度報告》就指出,去年我國無人機駕駛員合格證總數僅爲2142個 。實際上,我國無人機有兩萬架以上,飛行操作人員數字遠遠超過2142個 ,“黑飛”現象嚴重 ,存在引發安全事故巨大風險,民航局在2016年開始着力打擊無人機黑飛問題 ,但隨着無人機越來越多的進入普通家庭市場,效果尚未得到有效顯現。

                                                          無人機的監測與反制

                                                          各國對無人機的監控主要的手段分爲兩種方式:行政監管、技術防範。

                                                          日本爲了加強無人機管理,自12月10日起實施了新的《航空法》,規定人口集中的地區一律禁止飛無人機,防止無人機引發事故或被用於犯罪,違者將處以50萬日元的罰款;英國對無人機使用也作出規定 ,航空法第166條第三款規定,小型無人機操作員必須保持時時刻刻能看見無人機,對無人機能夠完全掌控 ,在飛行時應與其它飛行器、人羣、車輛以及建築保持一定的距離,以免發生碰撞事故。

                                                          從技術角度來說。目前,國外無人機反制技術大致有信號干擾、雷達探測、激光炮擊落、綜合型技術等幾大類。

                                                          (1)信號干擾:無人機工作時需要知道自己的精確位置 ,但無人機自身無法獲得足夠精確座標數據,因此,無人機上通過安裝GPS信號接收機 ,採用GPS衛星導航系統與慣性導航系統相結合的方式進行飛行控制 。信號干擾技術是通過影響無人機的GPS信號接收機,使其只能依靠基於陀螺儀的慣性導航系統 ,而無法獲得足夠精確的自身座標數據 。美國DroneDefender電波槍打擊技術美國俄亥俄州非盈利開發機構“巴特爾”(Batfeoe)最近推出了一種DroneDefender赌博网 。DroneDefender外形酷似步槍 ,設備前端上部安裝了一根白色的桿狀天線。這種設備採用非破壞性技術 ,是首款能移動、精準、快速阻止可疑無人機靠近的專用設備。用戶只需將其指向空中的無人機,扣下扳機 ,就可以將目標“擊落” 。該設備只對實時遙控型無人機或依靠GPS導航的無人機有效(如常見的四軸飛行器和六軸飛行器) ,打擊範圍約400米 ;歐洲空客集團反無人機系統,空中客車防務及航天公司研發了一種反無人機系統 ,採用干擾技術對目標信號的頻率進行干擾,而不會影響到周圍其他頻率的信號 。該系統可遠距離偵察在爭議地區飛行的非法無人機並實施打擊,同時又能儘可能地減少對其他物體的影響 。該系統具備信號分析技術和干擾功能 ,並配有雷達、紅外相機和定向儀 ,可以偵察到5至10公里範圍內的無人機 ,還可對無人機的威脅性做出判斷 。基於龐大的信息庫信息 ,該系統還可以對無人機的信號進行分析,一旦發現問題,系統就會通過干擾臺切斷無人機與其操作人員之間的聯繫 ,然後定向儀會追蹤到無人機操作人員的具體位置 ,便於實施抓捕行動。該系統已經在公司進行了多次測試,同時還向德國和法國客戶進行過展示。

                                                          (2)雷達探測:瑞典“長頸鹿”雷達系統,據美國H JSJane’s國防、安全情報網站2015年9月1 6日報道 ,瑞典薩博公司在蘇格蘭的西弗瑞格(WestFreuqh)靶場演示驗證了其“長頸鹿”捷變多波束(AMB)雷達系統對低空、低速小型目標的探測能力。此次試驗名爲“布里斯托1 5” ,顯示了該雷達對低空、低速小型目標強大的探測能力(ELSS),該雷達在執行全部空中監視任務的同時,能夠執行反無人飛機系統(UAS)作戰任務。在“布里斯托15”試驗中,雷達散射截面精確到0.001平方米,增強了對低空、低速小型目標的探測能力,可自動識別低空、低速小型目標並對其進行跟蹤,業餘愛好者操作低速、小型四軸無人飛機系統。“長頸鹿”捷變多波束雷達系統屬於地面和海洋的二維或三維G/H波段被動電子掃描陣列雷達家族系列,可在提供海岸監視能力的同時,對固定翼飛機、直升機、地面目標、干擾機和彈道目標進行分類與跟蹤 ;意大利“獵鷹盾”系統2015年9月15日,在英國倫敦舉辦的英國軍警裝備展DSEI上 ,意大利芬梅卡尼卡集團SeIex ES公司展示了其研發的“獵鷹盾”無人機系統。該系統能夠定位、辨識和控制對公共安全或是私人構成威脅的遠程微型或者小型無人機,即所謂的“流氓無人機” 。該公司稱,這種設備的市場價值可能達數億英鎊;“獵鷹盾”系統利用攝像機、雷達和先進的電子設備監控無人機接收和傳輸的信號 ,從而對其進行追蹤並確定其類型。一旦鎖定目標, “獵鷹盾”就會利用其專有技術控制無人機,甚至將其墜毀。與其他企業利用電子戰擊毀無人機的系統相比,“獵鷹盾”優勢在於 ,在精準擊落“流氓”無人機的同時,可以有效避免對周邊建築物等環境造成傷害。此外,發送無線電信號控制無人機時,還不會妨礙緊急救援服務甚至移動通訊等其他重要信號的傳輸;墨西哥JAMMER公司防衛系統墨西哥JAMMER公司開發了Tamce Bloqueador Direccional Anti-Drone防衛系統 ,用於家庭防空  。系統的干擾功率爲20瓦 ,可壓制幾百毫瓦的無人機。啓動開關後,干擾器可以干擾2.4G和5.8G信號 ,這對於大部分消費級無人機來說,遙控信號和圖傳信號都會丟失 ,丟失了信號後無人機只能返航或者原地降落 ;美國Drone Shield公司監測系統美國無人機探測系統製造商Drone Shield研發出了利用雷達或麥克風來監測無人機的技術。它內置了Raspberry Pi、信號處理器、麥克風、分析軟件、無人機聲音特性的數據庫,通過監聽周圍環境的聲音,通過聲音對比確定是否有無人機  。當有無人機在附近時,通過郵件或者短信發出警報。從原理上來看,預警技術並不難,因此監控的準確性和低誤報率就非常關鍵 ,在這方面  ,Drone Shield擁有自己的專利技術 。據悉 ,美國當局已經利用這種系統來爲監獄、體育賽事和政府大樓提供安保。

                                                          (3)綜合型技術:英國反無人機防禦系統AUDS,2015年10月 ,英國廣播公司、美國國土安全新聞網、俄羅斯衛星網等網站分別對英國完全集成的“反無人機防禦系統(AUDS)”進行報道。該系統俗稱電磁干擾射線槍,由英國的三家防務技術公司(Blighter SurveillanceSystems,Chess Dynamics和EnterpriseControl Systems公司)聯合研發 ,可以探測、跟蹤並摧毀小型和大型無人機 。該系統可以全天24小時開機,全自動運行 。首先使用雷達和光學儀器(即雷達探測系統)搜索無人機 ,當雷達或光學系統探測到目標後,動態定位和視頻追蹤系統進行跟蹤,隨後定向射頻干擾系統開始工作,發射定向的大功率干擾射頻,干擾無人機自控系統 ,切斷無人機與後方控制中心之間的數據聯接或無線電通訊,致使無人機無法自主飛行 ,導致墜毀、迫降或者返航 。AUDS系統的售價約爲100萬美元,可以安裝在車載平臺上  ,部署到軍事前線、偏遠邊境或城市地區執行反無人機任務 。該系統由三個子系統和一套總控設備組成 。三個子系統分別是雷達探測系統、動態定位和視頻追蹤系統、定向射頻干擾裝置。雷達探測系統由Blighter公司研製 ,據稱可探測反射面積0.01平方米大小的目標,最遠探測距離可達8公里  ,並通過選配不同的天線來實現俯仰角度和水平旋轉角度的變化;動態定位和視頻追蹤系統由CHESS dynamic公司開發  ,由一個可以旋轉的機械平臺加上高分辨的攝像機和熱成像相機組成 ,以實現視頻追蹤 ,可以選裝光學干擾裝置發出高密度光束;定向射頻干擾裝置由Enterprise Control Systems公司研發,它使用高增益四頻段天線來對準目標發出電波 ,可以使在C2頻道下工作的無線遙控裝置失靈,無法接收到指令的無人機只能盤旋不動,直到電力耗盡墜毀。報道稱 ,該系統於2015年5月首次公開亮相,並在歐洲(如英國、法國)和北美(如美國)野外與城市等不同地形環境中進行了測試 ;泰利斯公司組合裝備泰利斯公司正在推出一種由雷達、聲像探測器、定向儀、射頻和視頻定位器和激光掃描裝置組成的組合設備 。對非法無人機的壓制任務由動能殺傷武器(高炮或者狙擊步槍)完成 ,也可以通過激光干擾、選擇性干擾、GPS電子欺騙、電磁脈衝來完成,還可以用另外一架裝備干擾設備的無人機進行攔截。泰利斯公司已經針對4旋翼無人機和其他小型無人機進行過反無人機的技術試驗。

                                                          (4)其他技術:無線電控制採用接收器追蹤並確定無人機,使用足夠強大的電子信號照射無人機,奪取其無線電控制權。操作過程中 ,一旦無人機不能接收信號,就會墜毀 ,通過藉助阻截無人機使用的傳輸代碼,進而控制無人機 ,令其返航。美國聯邦航空管理局(FAA) 與信息技術公司CACI推出了SkyTracker系統,該系統可在敏感地帶如機場周圍構建電子邊界線  。CACI表示 ,該系統可利用無人機無線電線路來識別和定位在禁飛或受保護空域內飛行的無人機 ,還可定位無人機的操縱人員。CACI網站提到:“CACI系統可精確定位黑飛無人機,並可將同一空域內其它無人機與此區別出來。”CACI稱 ,SkyTracker還可有效地阻止指定無人機;微波干擾 ,微波武器又叫射頻武器 ,這種武器可利用高能量的電磁波輻射去攻擊和毀傷目標 。與激光武器相比,微波武器作用距離遠 ,受氣候影響小  ,火力控制方便。軍事專家們預測 ,隨着新技術、新材料的不斷髮展  ,微波武器將會發揮越來越多的作用。俄羅斯聯合儀表製造集團已製成超高頻率微波炮 ,可用於幫助地對空導彈“山毛櫸”攻擊無人機及高精度武器電子設備。微波炮射程超過10公里,將其安裝在特殊平臺上可實現360度全方位防禦 。該款武器除了可搭配“山毛櫸”地對空導彈用於防空外,還可檢測俄軍電子系統抗微波輻射能力;聲波干擾  ,聲波干擾技術就是利用聲波使陀螺儀發生共振,輸出錯誤信息,從而導致無人機墜落 。研究人員發現,如果聲音足夠強(例如達到140分貝) ,聲波可以擊落40米外的無人機 。韓國2015年8月公開了一種利用聲波干擾陀螺儀擊落無人機的技術。研究人員給無人機接上非常小的商用揚聲器 ,揚聲器距離陀螺儀4英寸(約10釐米)左右,然後通過筆記本電腦無線控制揚聲器發聲。當發出與陀螺儀匹配的噪聲時 ,一架本來正常飛行的無人機會忽然從空中墜落 。當然,在真實的攻擊場景中是不可能把揚聲器接到無人機上的 ,這種方法還不是真正有效的反無人機措施  。目前存在的難點在於瞄準和跟蹤,未來可能與跟蹤雷達配合使用。

                                                          觀點

                                                          隨着無人機從軍事、行業應用走向大衆消費,無人機安全問題日益突出,此次成都機場這次事件,僅僅不足萬元的4個小小的無人機給成都機場造成的社會效益和經濟效益損失是無法估量的 。

                                                          如何才能做到無人機的監測和反制,成爲業界關注的一個熱點課題,雖然中國民航也已經委託“大疆”等主流無人機廠商,規範無人機制造,設置敏感禁飛區域 ,但相比於海量的無人機制造和銷售市場 ,僅僅依靠無人機主機廠商監測和控制是遠遠不夠的 ,在一些敏感區域構建無人機主動監測預警系統 ,並構建一定反制能力是解決問題的根本之道  ,國外針對這個領域已有很多研究成果,中國作爲無人機制造大國、強國,目前大家更加關注是無人機制造生產環節,涉及無人機安全監控技術尚處於起步階段,如何構建成熟完善的無人機安全監測和反制系統對於未來推動無人機產業健康發展尤爲重要。

                                                          隨着經濟的飛速發展 ,無人機已經進入到了生活的各個方面。所以如何保障無人機安全有效的運行 ,以及與現有航空飛行器的和諧共存 ,成爲了現實生活中一個相對急切的需求。而這勢必催生出一個龐大的無人機監管市場,這塊領域需要有更大更多的投入,確保在無人機產業發展背景下,機場等重要區域的擁有無人機監測預警以及反制能力,更好的解決在無人機普及應用大背景下的安全監管問題。



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