无人机探测反制技术及应用研究

刘 宏

（武汉市公安局江夏区分局，湖北 武汉430200）

目前世界民用无人机产业正呈井喷式增长，无人机应用领域也越来越广泛，但由于管制手段落后，导致许多“黑飞”事件无法加以监管和问责，从而引发了大量公安事故、隐私泄露、商业信息失控等问题[1-3]。无人驾驶飞机成本低，操作简单，便于携带，又易于获得，而且升空突然性强，很难找到处置方法，又因飞行路线难以规划而造成较大威胁。随着民用无人驾驶飞机保有量的激增，对公安系统无人驾驶飞机的控制带来许多挑战，无人机探测和反制的需求更加迫切，特别是在军用民用机场、重大活动地区、核心基础设施建设地区、大型场馆或监狱边境等领域。

1 无人机探测与反制技术发展

1.1 无人机探测与反制发展背景

无人机具有小型化、智能化、大众化、多样化的特点，是近年来发展迅速的一种新型智能产业[4]。已逐渐在农林矿牧及军事、物流等行业应用。近几年中国消费类无人机市场每年增长20%左右，2018年我国的无人机数量已达28万架[5]。在未来十年内，全球无人机市场预计将达到4000亿美元[6]。随着世界范围内无人机销量的增加，消费类无人机的应用也在不断增加，由于恶意使用、误入等引发的安全事故也越来越多。目前民用无人机的发展与监管技术的更新并不均衡，无人机的探测、反制和重要空域的管理成为一大难题。民用无人机的大量泛滥导致了隐私泄露、危害公共安全等一系列问题[7-8]，也为大型活动的安全保卫、重要空域防护以及信息的安全等工作敲响了警钟。对社会稳定和人民生命财产安全的威胁已引起各国相关部门的高度重视[9]。

1.2 无人机探测与反制市场需求

我国无人机探测与反制的市场需求主要体现在重大活动、安保活动等重点区域，以及高铁、机场等敏感空域的无人机探测与反制。对重大活动、重点区域或敏感空域一般采用现场针对性布控，但无人机由于飞行距离较远，一般在布控区域外放飞，由于无人机以超低空飞行、慢速和小型化的特点而著称，其品种繁多、外形结构多样化，无人机闯入后给公安和安保部门的无人机探测拦截反制活动带来了难度。为了能够在未来有更及时有效的无人机探测机反制技术，针对无人机探测拦截装备及技术也不断改进发展，逐渐形成了以雷达探测、光电探测、声波探测、无线电频谱探测、电视广播探测等多方面技术于一体的新型探测技术体系。

2 无人机探测关键技术

无人机的特点是可实现超低空飞行，飞行速度慢，飞行过程中能实现精准拍摄且体型小型化，这种小型飞行器的品种非常多，通常的界定系数为：速度在每小时200km以下，飞行高度在1000km以下，雷达发射截面积2m2以下[10]。正是由于这些“低慢小”的特点，使无人机的精准探测及反制成为了世界难题，目前已知的无人机探测技术包含雷达探测、光电探测、声波探测、无线电频谱探测、电视广播探测技术等。

2.1 雷达探测

雷达探测技术较为悠久，技术成熟，种类多种多样。其通过采集无人机对所发射的特定电磁波的反射进行探测。分析反射的电磁波获取无人机的位置、速度等重要信息。雷达探测具有探测距离远、空间定位准、反应速度快等优点，但对近距目标雷达探测存在一定盲区，在城市高楼、森林等遮挡情况下，也会影响对无人机这种“低慢小”目标的探测效果。同时雷达天线需要有较好的架设条件，一般设于高楼顶端，由于功率相对较大，对于周围环境有一定的电磁污染，而且会由于城市繁华环境内的空间不明干扰物的出现，产生虚报或误报的情况。

2.2 光电探测

光电探测技术主要通过红外成像、激光红外成像、热成像及光学成像等技术，捕获无人机的图像信息并分析对比，以判别无人机的种类和位置参数，光电探测有助于弥补雷达近距探测盲区，可用于近距离精准探测，并将目标物图像进行留证保存。但在大范围探测中存在局限，对无人机群等多目标探测能力不足，且容易受到雾霾、雨雪、沙尘等气候的影响。

2.3 声波探测

无人机的马达及旋翼运转时会产生特定声波信号，不同种类无人机声波信息各不相同，声波探测技术可通过捕获，并与数据库中声波特征数据进行匹配，以探测识别目标无人机的相关信息。其探测频率约在0.3kHz到20kHz之间，该技术隐蔽性较好，但由于声波信号扩散衰减，该技术能够探测的距离受限，同时容易受到探测环境的制约。

2.4 无线电频谱探测

无人机在升空后机上控制系统会发射无线电信号，传输控制及图像数据，无线电监测能够通过监听无人机无线电信号，分析其频谱，并与无人机频谱数据库对比，以识别目标无人机的相关信息。单点探测方式可以获得无人机方位，粗略估算相对距离，多点同时探测时可获得目标无人机位置。无线电频谱探测不受无人机尺寸、材质以及其他建筑物遮挡限制的影响，而且也没有电磁污染，可用于长期无人值守的无人机防御任务之中。但是无线电频谱探测技术，一般需要多点探测以提高空间定位准确性，而且对加密信号跟踪破译耗时时间较长，对于自主飞行模式或无线电静默状态下的无人机无法探测，也无法监测或跟踪超高频率的跳频无人机频谱，如果城市电磁环境相对复杂，该方式也会受到一定干扰。

2.5 电视广播探测

电视广播探测与无线电频谱探测相类似，其依靠飞行中的无人机反射电视广播信号，设备通过监测反射波频谱对无人机进行定位，但一般需要进行多点定位才能准确探测无人机。

3 无人机反制关键技术

为保障大型活动安保、公安安全、社会治安以及其他任务，需对反制技术的分类和特点加以研究。对于处于非法飞行状态的无人机，探测与识别后采取相关反制手段对无人机进行处置，目前对无人机的反制技术主要以下几种。

3.1 干扰技术

干扰技术通过对无人机定位系统或操作无线电信号进行干扰，可以使其失控、迫降、悬停或者返航。干扰技术是目前无人机反制的一种主要手段，根据实践的需要采用定向干扰或全向干扰，可以有效地对特定范围内单架或无人机群进行反制。

干扰技术细分为：定位干扰、操控信号干扰。定位干扰：对无人机卫星定位信号进行干扰，民用无人机多采用GPS/格洛纳斯，个别厂家还会采用GPS/格洛纳斯及北斗定位模块，其定位信号相对较弱，可以对其施加干扰，使无人机无法精确定位，影响机上控制系统的正常工作，使无人机发生失控、返航或者坠机，但定位干扰同时影响反制范围区域内使用定位信号的其他设备，需提前加以提醒防范。无线电操控信号干扰：无人驾驶飞行器信号干扰，是指利用遥控信号频段的阻断干扰或跟踪式干扰进行干扰，以无人机遥控信号跳跃为依据进行干扰，以节省干扰功率，对周围电磁环境影响不大。但是无人机遥控信号调频范围大，干扰设备对实时带宽要求高，而且无人机处于自主飞行状态，这两种干扰方式都无法发挥有效作用。

3.2 网捕技术

该网捕技术采用的是大型旋翼无人机加载网枪发射网弹，或者采用车载发射网弹，或者采用单兵肩部发射网弹等等。采用抓捕网络进行点到点抓捕，但由于直接抓捕方式受目标景深的影响较大，精确瞄准困难，成功率不高，也难以应付蜂群式无人机的攻击。

3.3 激光打击技术

对无人机特殊部位进行精确的激光打击是激光打击的基本要求，通常采用瞄准烧毁的方式，这种方式在民用领域应用较少。激光器属于大型设备，其探测瞄准系统的设计较大，反制装置要实现车载化，还需要同步安装在油机、水冷箱等设备上，在民用领域使用相对比较复杂[11]。

4 无人机反制关键技术应用重点

作为典型的低空、慢速、小目标飞行设备，本身特点不易被探测到，同时由于探测空域环境复杂，可能的干扰源众多，探测技术可能产生误判。因此单一探测技术往往不足以应对复杂的环境及任务要求，需要多种检测方法相互配合。同时着重考虑以下几点。

4.1 建立有效的无人机反制装备评测体系和人员培训

目前市场上的无人机反制产品缺少相关标准，各厂家设备性能良莠不齐，因此不能仅从性能参数和宣传来判断产品质量，需根据实际使用情况制定一套测试流程和检验标准，同时结合一线人员的使用反馈不断淘汰优选，挑选出最适合实战的装备。一套反制系统涉及多个组成部分，设备操作及系统使用各异，对一线使用者技术要求较高。若反制系统的操作仅有厂家技术人员掌握，将大大限制一线干警在处理紧急情况的机动能力。因此在平时需模拟实际应用场景，训练反制装置的相关操作人员熟练使用，以在实际处置中发挥出设备最佳的反制效果。

4.2 在无人机反制过程中，要结合不同的反制环境

参考多种类型的反制要求，结合目标所在环境、机动性及成本等因素，制定复合式的解决预案。根据应用场景，如大城市内无线电干扰的环境、自然条件下大范围、长距离的反制，灵活将固定设备、车载设备与单兵设备组合搭配使用。

在执行一些勤务行动中，为降低对现场的影响，减少电子辐射，可以采用无线电频谱进行远距离探测，捕获目标后采用相应技术手段予以反制。不同的反制环境，对于不同的无人机反制要求有所区别，现场较空旷、干扰少，远距离干扰无人机的通信比较有效，但如果当地的社会环境或自然环境比较复杂，则操作起来就相对困难许多，需要各个部门的侦办及探测队伍，彼此配合利用最新的探测技术，结合不同的反制环境要求进行无人机的反制。

4.3 单体无人机探测反制装备逐步信息化

伴随着信息时代的全面到来，单兵无人机探测反制装备逐步与网络、指挥平台相结合，可以确保重大事件安保或警卫任务统一调度、统一指挥，形成系统化、网络化防御体系。搜索无人机时，可在网络共享平台上建立信息的共享渠道，指挥中心随时掌握无人机的运行状态、位置等情况，查看反制装备的工作状况、故障等，了解探测轨迹、反制位置，查捕无人机放飞者。

5 结束语

无人机反制是一个世界性的难题，在面对不同场景和不同的复杂环境应用中，公安机关可以综合考虑反制装备的成本因素和机动因素，根据实际需要灵活组合反制手段。如：远距探测技术与近距探测技术组合，软件干扰反制与硬件毁伤组合。同时建立高效的无人机反制装备评价系统，研究模拟具体使用场景掌握反制产品的性能。配合无人机科技研发部门，制定相应的规范和政策，并采用立法与技术的管理结合机制，更好地对无人机使用加以管控。