一种有效的民用无人机管控系统*

谭大伦，刘振河

（杰创智能科技股份有限公司，广东 广州 510663）

0 引 言

随着消费无人机的广泛使用，一方面给人们的生活带来了极大的便利，另一方面也给社会公共安全造成了严重威胁。涉及到无人机威胁国家安全、制造政治事端、威胁政要安全、威胁空中航道安全、威胁人民群众生命财产安全、用于违法犯罪活动以及侵犯公民隐私等诸多影响社会安全稳定问题[1]。解决上述需求的办法是建设一套空中无人机区域管控系统，对非合作目标无人机实现“看得见、盯得住，打得着”的“三位一体”的有效防御监管。

首先对系统的工作原理进行概述，随后给出了系统的结构化设计方案，并对各个模块进行了详细的描述，给出了指挥管理平台友好的人机交互界面，最后列举本套系统的优越性和可执行性。

1 系统原理

无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）管控可以分为两类：一类是“无人机黑飞”，另一类是“黑无人机飞”，这是两个不同的概念。“无人机黑飞”是普通消费者在玩无人机时不联网，不上报，好奇心等缺乏安全意识导致的问题飞行；“黑无人机飞”是具有专业技术，经过改造，有意识的用无人机从事反治安、反法律的飞行。

无人机预警管控系统[2]由侦察预警系统、管控系统、指挥中心系统和训练测试配套系统四个功能模块组成。通过对无人机侦察预警、管控系统设备组网，在侦察预警系统探测到无人机目标信号后将该无人机的数据实时传送至指挥中心系统，指挥中心发出声光告警，并调动跟踪设备来实时获取飞行目标的图像等参数，根据无人机意图来调动管控系统的设备，由指挥中心管理人员发出反制命令（也可设置为自动反制模式，无需人员值守），对飞行目标进行精准打击，指挥中心还可以调动现场人员追踪无人机操作者。

无人机预警管控系统的功能示意图如图1所示。

图1 系统功能示意图

2 设计实施方案

2.1 侦察预警系统

侦查预警系统包含（雷达探测设备、无线电探测设备、云哨探测设备、光电设备），完成无人机的发现，甄别出白名单无人机，侦察出非合作无人机的距离、方位、高度、运行轨迹、遥控手位置、无人机ID，通过光电设备完成对目标的空域瞄准和联动，确认无人机的视频图像并将结果上报指挥中心系统。以无线电探测设备为例：

无线电探测设备不对外发射任何无线电波，能360°被动探测入侵的无人机，不影响周边的电磁环境。现在主流的无人机主要工作在433 MHz、915 MHz、2.4 GHz、5.8 GHz频段，上行基本采用跳频模式、下行链路采用定频突发或分段FM，通过对现有的主流无人机数传链路进行分析[3]，可以完成对其识别。

侦察结果实时引导反制信号在时域、频域、空域（方位、俯仰）精确瞄准，保证第一时间消除威胁。设备响应迅速在不到10 s时间内完成跳频分析、跳频参数（即跳频持续时间、跳频速率、调制和其他参数分析、识别、测向，并引导光电和反制设备跟踪；最小突发持续时间=500 μs；最大跳频器带宽=2.5 MHz；最大实时带宽=80 MHz。无人机测控链路侦察分析流程图如图2所示。

图2 无人机测控链路侦察分析流程

2.2 管控系统

管控系统包含（固定式反制设备、便携式反制设备、移动手持式反制设备和净空设备）。设备以无线电干扰压制为手段[4]，干扰频段：2.400～2.483 GHz， 5.725～5.850 GHz，1.559～1.620 GHz；对无序飞行、黑飞的低空、慢速、小型无人机进行有效干扰和打击，大大提升应急处置和整体防控水平。以固定式反制设备为例：设备提前架设到需要保护区域，设备在侦察结果的引导下，通过指挥中心命令，自动或者手动对入侵无人机进行精确干扰打击，使无人机迫降或者返航[5]。

假如无人机全球定位系统（Global Positioning System，GPS）天线对地面干扰源增益为-40 dB，对天空的增益为-120 dBm，那么干扰信号经GPS天线接收后其总功率Pr要高于-83 dBm，无人机距离地面10 0m，干扰发射机的天线增益为0，如果扩频增益为20 dB，则需要的发射功率是Pt：

根据自由空间损耗Lbf公式：

上述计算的意思是：如果干扰带宽适中，则只需要2W的发射功率，就能干掉100 m范围内的无人机GPS。实测发现，0.01W功率的噪声调幅配合增益为5 dB的天线，已经能在100 m范围内干掉大部分品牌无人机的GPS。

遥控发射机已经普遍采用跳频、扩频技术，具有一定的抗干扰能力。那么只能用噪声进行全频带暴力覆盖，防御者距离无人机为100 m所需功率为大约100 W。下行图传和遥测信号的干扰与遥控发射机干扰的性质一样。

2.3 指挥中心系统建设

指挥中心系统是无人机管控的核心，是由指挥中心平台客户端、指挥中心平台服务端、航空地理信息系统（Areo Geographic Information System，AreoGIS）、指挥中心平台实时数据总线构成。在线飞行的无人机的飞行信息和通过侦测系统侦测到无人机飞行信息，汇聚到指挥中心平台，从而掌握实时飞行架次，飞行高度、航向、地理坐标等信息。支持无人机运行大数据库统计与分析，包含平均飞行时长、飞行高度、安全飞行率、飞行量趋势等，还可根据时段、无人机、用户等不同条件对历史飞行记录自动生成相关工作报表。当有无人机进入禁飞区，或超出飞行高度等限制时，系统会发出警报提醒。针对违规飞行，结合用户实名认证信息，即可进行溯源追查。其系统架构如图3所示。

图3 指挥中心系统架设图

指挥中心平台客户端：监管客户端是整套平台的主要操作界面，用来查看实时目标的态势、支持人工的操作干预，以及操作调用跟踪和管控设备的指令通联。

指挥中心平台服务端：它是整套防御解决方案的软件系统核心，主要负责总线系统、数据接入路由、数据处理和转发，用于管理传感器设备，对各类传感器设备的参数、部署位置、管理范围进行统一管理，同时对整套平台的用户和权限进行统一管理，以及保护区域的范围标绘等。

指挥中心平台实时数据总线：它是一套基于互联网、城域网（局域网）网和应用进程之间，基于规范化的信息主题，实时订阅、分发各类传感器获取的原始数据的数据通信总线系统。用来支撑将各类传感器数据传送至数据中心并在各模块之前进行实时数据交换。

AreoGIS：它是无人机航空地理信息服务系统，是一套基于离线发布的电子、卫星、地形的地图服务，支持局域网调用，支持点、线、面的电子围栏的标绘以及飞行地图的展示支撑。

指挥中心平台的系统显示如图4所示，给出了无人机实时监控画面，光电跟踪画面，设备安装地理位置画面，系统设置画面。

图4 指挥中心显示图

2.4 设备安装部署

无人机预警管控系统经过网关隔离与国家安全部门的专网连接，设备根据当时的安装环境可选择全无线接入、全有线以太网接入、无线和有限混合接入方式进行组网，考虑专网安全的同时也保证了整套无人机管控系统的正常工作。混合联网接入示意图如图5所示。

图5 混合联网拓扑

按照图5所示的设备联网拓扑图，博鳌亚洲论坛会议会址的实际设备部署为例。整个保护核心区为1.5 km，布置有固定反制设备、便携反制设备和光电设备，同时还有一台全净空设备备用；2.5 km的反制管控区域，次区域布置有无线电侦测设备、云哨侦测设备，一台雷达设备备用；整个识别区域为5～8 km。在系统显示的部署效果图如图6所示。

图6 系统部署示意图

2.5 系统优势

无人机探测预警与管控系统有如下优势：

（1）全天候24小时自动值班功能：全天时、全天候自动跟踪监控目标，可聚焦放大目标监控，达到自动取证功能。彻底改变以往的事后查询的状况和完全由安防人员对监控画面进行监视和分析的模式。具有人员值班报警功能和无人值守自动功能，自动化程度高，可靠性高，效率高，能有效减少巡防和值班强度，做到事前发现和及时排查处理。

（2）可以跨地域管理：二级中心在不同的地域，允许各个地区的用户同时对应用进行访问，要求基础架构云平台能够调度跨数据中心的基础设施资源，可以通过策略在异地部署多个非关系数据库，从而大大加快应用在不同地域的访问速度提高应用的数据吞吐量。可以根据需要自助调节数据服务的处理能力，实现跨地域的管理。

（3）易于扩展：按照行业标准的开放兼容原则设计，优先使用非专利开放技术和开源平台的技术，能够提供标准的外部接口。并且能够针对用户需求进行个性化的定制服务。

3 结 语

无人机预警管控系统能够对5～8 km范围内的无人机进行探测、分析，1.5 km以内的无人机进行识别、跟踪和管控，整个系统秉承模块化设计，高度集成，并可快速适配不同类型的探测、识别、反制设备。系统已经实际运用在博鳌亚洲论坛会址，保证整个博鳌亚洲论坛会议期间不受非合作无人机打扰会议进程，此系统方案成为全国民用无人机管控系统[6]的演示工程，为民用无人机管控提供了新思路，第二期项目实施正在进行。