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    低空无人ji监测与反制

    2019-04-22 17:20:25

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    低空无人ji(Unmanned Aerial Vehicle缩xie UAV )也称为无人航空器或遥控驾驶航空器,是一zhong由无线电遥控设备控制,或由yu编程序操纵de非载人飞行器。无人jijuyoujidong灵活dete点,它体积小,重量qing,縮hang媸痹藄hu簍uoKyun鸾礵e要qiu低,随时飞降。无人ji一般在yun下低空平稳飞行,弥补了卫衠iang庋бanhe普tong航空摄影经常受yun层zhe挡获qu不礿ie跋馾e缺陷。除了juyouguangkuodejun事应yongqian景外,yong无人ji替代you人飞ji执行高风险任务,也是当今国际航天领域一个重要发展方面。te别是在近几年国际局部战争中无人ji被大羕ang厥箉ong,ke以yujian在未来战场上无人jiyong途将yue来yue大,已经成为shi界各国武器装备发展de重点。同蔮ao奕薺izuo为一zhong技术含量高、使yong性neng好、发展qian景guangkuode空中飞行器,在民yong领域亦ke完成防zaijianzaidezai害评估、地质勘测航拍、jingyong高速公路xun查、森林防火、海事xunluo、大型露场演出航拍等duozhong任务。

    一文读懂低空无人ji监测与反制

    无人ji领域“大疆无人ji”de衧i穑奕薺i迅速进入xiao费领域,无人ji成为人人dunengxiao费de起de成人wanju,数千yuanjike买到一个性neng优良de无人ji,“汪feng、章子yideding婚仪式上无人ji送上婚jie“等热点事件出现,随着媒体de炒zuo,一时间无人jisheng产制造行业也充斥着资本身影,在深chou就you数百家无人ji制造商,就像当年山寨ji盛行de日子一样,只要你you需qiu,你ke以很kuai在深chou找到一个你需要de无人ji方案,无人ji慢慢成为家庭自驾出行重要装备之一。

    ju统计,全球每月将销售30万架无人ji,去年圣诞节,仅美国一个国家就销售了100万架无人ji,无人ji已经迅速de进入家庭市场。

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    无人ji如何控制呢?无人ji使yong无线链路进行远程控制he视pin数ju回传,chao过90% de无人ji使yongISMpin段 (2.4GHz) 操zuo,包括跳pin, Wi-Fi等, 其中控謕ing绰凡蓎ong:

    常yongdepin率为 ISM pin段: 2.4 GHz, 5.8 GHz

    很少使yong: 433 MHz, 比2.4GHz传播距li更远

    少量使yong过时de遥控pin段: 27 MHz, 35 MHz, 72 MHz (使yong PCM 或moni编ma) ?,这类无人ji逐步xiao失了。

    数ju链路采yong:

    视pin数ju流tong常tong过2.4 GHz/ 5.8 GHz (ISMpin段) 传shu, 使yong WiFi 或moni PAL/ NTSC

    安全飞行采yong相关技术:

    tong过冗yu控制系统shi现安全飞行 (例如, 无线遥控,he基于GPSde“失效bao护”mo式)

    无人ji根ju价格shui平you不同de控謕in绞剑热缫粁ie低硈ha綿e无人ji采yonglan牙技术(ISM2.4GHz);大部分无人ji采yongWi-Fi或跳pin(ISM2.4GHz);也you部分高端无人ji采yong基于yu设路径de卫星导航。

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    无人jide大量使yonggei公gong安全带来隐患。本来是为合法yong途使yongde无人jiyue来yueduode被yong于犯罪膋ang摹9谝丫战iang烈de意识到了无人jikeneng造成de危害。无人jineng够走私毒pin;无人jinengkuitan隐私/技术;无人jineng影xiang民航 – jie近撞ji;无人jikeneng会出现在敏gan地qu、关jian位置hezheng府设施qu域;无人ji甚至neng自dong射击……

    zui近liang年,全国已发shengduo起无人ji空中逼停飞ji事件,成为民航飞行de“隐形蒪i帧薄?013年底,北京一家公si在没航拍资质、未申请空域deqing况下航空测绘,造成duo架次民航飞ji避让延误。2017年zhejiang萧山ji场、绵阳ji场,此次成duji场du是由于不明无人ji,导致了数百架飞ji延误,数万人滞liu,gei国家he人民带来de损失是数以亿紁in摹Ⅻ/p>

    无人jizui大问题是“黑飞ao胺尚性薄泵粂ou资格证。2015年《中国民航驾驶员发展年度报告》就指出,去年我国无人ji驾驶员合格证zong数仅为2142个。shi际上,我国无人jiyouliang万架以上,飞行操zuo人詁i衷对禼hao过2142个,“黑飞”现xiang严重,存在引发安全事故巨大风险,民航局在2016年开始着力da击无人ji黑飞问题,但随着无人jiyue来yueduode进入普tong家庭市场,效guo尚未得到you效显现。

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    各国对无人jide监控主要de手段分为liangzhong方式:行zheng监管、技术防范。

    日本为了加qiang无人ji管理,自12月10日起shi施了新de《航空法》,规定人口集中de地qu一律禁止飞无人ji,防止无人ji引发事故或被yong于犯罪,违zhe将处以50万日yuande罚款;英国对无人ji使yong也zuo出规定,航空法第166条第三款规定,小型无人ji操zuo员必须bao持蔮i笨炭蘮eng看jian无人ji,对无人jineng够完全掌控,在飞行时应与其它飞行器、人qun、cheliang以及建筑bao持一定de距li,以免发sheng碰撞事故。

    从技术jiao度来说。目qian,国外无人ji反制技术大致you信号干扰、纙huang飔an测、激光pao击落、zong合型技术等几大类。

    (1)信号干扰:无人jigongzuo时需要知道自己de精确位置,但无人ji自身无法获祄i愎痪穤uo标数ju,因此,无人ji上tong过安装GPS信号jie收ji,采yongGPS卫星导航系统与guan性导航系统相结合de方式进行飞行控制。信号干扰技术是tong过影xiang无人jideGPS信号jie收ji,使其只nengyi靠基于陀螺仪deguan性导航系统,而无法获祄i愎痪穌e自身zuo标数ju。美国DroneDefender电波qiangda击技术美国俄亥俄州非盈利开发ji构“巴te尔ao˙atfeoe)zui近推出了一zhongDroneDefender反无人ji设备。DroneDefender外形酷si瞛iao梗璞竡ian端上部安装了一根白色de杆zhuang天线。这zhong设备采yong非破坏性技术,是首款nengyidong、精准、kuai速阻止keyi无人ji靠近dezhuanyong设备。yong户只需将其指向空中de无人ji,扣下扳ji,就ke襶ue勘辍盎髀洹薄8蒙璞钢欢詓hi时遥控型无人ji或yi靠GPS导航de无人jiyou效(如常jiande四轴飞行器he六轴飞行器),da击范围约400mi;欧洲空客集团反无人ji系统,空中客che防务及航天公si研发了一zhong反无人ji系统,采yong干扰技术对目标信号depin率进行干扰,而不会影xiang到周围其他pin聅hi男藕拧8孟低砶e远距lizhencha在争yi地qu飞行de非法无人ji并shi施da击,同时又neng尽keneng地jian少秠un渌鹷u体de影xiang。该系统ju眊an藕欧謝i技术he干扰功neng,并peiyou纙huang铩ong外相jihe定向仪,ke以zhencha到5至10公里范围内de无人ji,还ke对无人jidewei胁性zuo出判断。基于庞大de信息库信息,该系统还ke以对无人jide信号进行分xi,一旦发现问题,系统就会tong过干扰台切断无人ji与其操zuo人员之间delian系,然后定向仪会追踪到无人ji操zuo人员deju体位置,便于shi施抓bu行dong。该系统已经在公si进行了duo次测试,同时还向德国he法国manbet平台zhu册进行过展示。

    (2)纙huang飔an测:瑞dian“长颈鹿”纙huang锵低常琷u美国H JSJane’s国防、安全qing报网站2015年9月1 6日报道,瑞diansa博公si在苏格兰dexifu瑞格(WestFreuqh)靶场演示验证羢i洹俺ぞ甭埂苯荼鋎uo波束(AMB)纙huang锵低扯缘涂铡⒌退傩⌒湍勘阣etan测neng力。此次试验ming为“布里斯tuo1 5ao允玖烁美zhuang锒缘涂铡⒌退傩⌒湍勘阸iang大detan测neng力(ELSS),该纙huang镌谥葱腥靠罩屑嗍尤挝馾e同蔮ao琻eng够执行反无人飞ji系统(UAS)zuo战任务。在“布里斯tuo15i匝橹校zhuang锷⑸浣孛婢返?.001平方mi,增qiang了对低空、低速小型目标detan测neng力,ke自dong识别低空、低速小型目标并秠un浣術en踪,业yu爱好zhe操zuo低速、小型四轴无人飞ji系统。“长颈鹿”捷变duo波束纙huang锵低呈粲诘孛鎕e海洋de二wei或三weiG/H波段被dong电子扫描阵列纙huang锛易逑盗校琸e在提供海癲u嗍觧eng力de同蔮ao怨潭ㄒ矸蒵i、zhishengji、地面目标、干扰jihe弹道目标进行分类与gen踪;意大利“猎鹰盾”系统2015年9月15日,在英国伦敦ju办de英国junjing装备展DSEI上,意大利芬梅卡尼卡集团SeIex ES公si展示羢i溲蟹e“猎鹰盾”无人ji系统。该系统neng够定位、bian识he控制对公gong安全或是私人构成wei胁de远程wei型或zhe小型无人ji,jisuo谓de“流meng无人ji”。该公薺ing疲鈠hong设备de市场价值keneng达数亿英镑;“猎鹰盾”系统利yong摄像ji、纙huang飄e先进de电子设备监控无人jijie收he传shude信号,从而秠un浣凶纷俨⑷范ㄆ淅嘈汀R坏﹕uo定目标, “猎鹰盾”就会利yong其zhuanyou技术控制无人ji,甚謑iang鋤hui毁。与其他企业利yong电子战击毁无人jide系统相比,“猎鹰盾”优势在于,在精准击落“流meng”无人jide同蔮ao琸e以you效避免秡ai躡ian建筑wu等huanjing造成shang害。此外,发送无线电信号控制无人ji蔮aogong换岱羇i紧急jiu援服务甚至yidongtong讯等其他重要信号de传shu;墨xigeJAMMER公si防卫系统墨xigeJAMMER公si开发了Tamce Bloqueador Direccional Anti-Drone防卫系统,yong于家庭防空。系蚦he母扇殴β饰?0瓦,keya制几百毫瓦de无人ji。启dong开关后,干扰器ke以干扰2.4Ghe5.8G信号,这对于大部分xiao费级无人ji来说,遥控信号he蚸i藕興u会丢失,丢失了信号后无人ji只neng返航或zhe原地降落;美国Drone Shield公si监测系统美国无人jitan测系统制造商Drone Shield研发出了利yong纙huang锘蚵罂朔缋醇嗖馕奕薺ide技术。它内置了Raspberry Pi、信号处理器、麦克风、分xi软件、无人ji声音te性de数ju库,tong过监听周围huanjingde声音,tong过声音对比确定是fuyou无人ji。当you无人ji在附近蔮ao瑃ong过邮件或zhe短信发出jing报。从原理上来看,yujing技术并不nan,因此监控de准确性he低误报率就非常关jian,在这方面,Drone Shield拥you自己dezhuan利技术。ju悉,美国当局已经利yong这zhong系统来为监yu、体育sai事hezheng府大楼提供安bao。

    (3)zong合型技术:英国反无人ji防yu系统AUDS,2015年10月,英国guang播公si、美国国土安全manbet平台app网、俄罗斯卫星网等网站穤hi鸲杂⒐耆蒬e“反无人ji防yu系统(AUDS)”进行报道。该系统俗硃in绱鸥扇派湎遯iang,由英国de三家防务技术公si(Blighter SurveillanceSystems,Chess DynamicsheEnterpriseControl Systems公si)lian合研发,ke以tan测、gen踪并摧毁小型he大型无人ji。该系统ke以全天24小时开ji,全自dong运行。首先使yong纙huang飄e光学仪器(ji纙huang飔an测系统)搜索无人ji,当纙huang锘蚬庋低硉an测到目标后,dong态定位he视pin追踪系统进行gen踪,随后定向射pin干扰系统开始gongzuo,发射定向de大功率干扰射pin,干扰无人ji自控系统,切断无人ji与后方控制中心之间de数julianjie或无线电tong讯,致使无人ji无法讂ai鞣尚校贾聑hui毁、迫降或zhe返航。AUDS系蚦he氖奂墼嘉?00万美yuan,ke以安装在che载平台上,部署到jun事qian线、偏远bianjing或城市地qu执行反无人ji任务。该系统由三个子系统he一taozong控设备组成。三个子系统穤hi鹗抢zhuang飔an测系统、dong态定位he视pin追踪系统、定向射pin干扰装置。纙huang飔an测系统由Blighter公si研制,ju称ketan测反射面积0.01平方脄huang笮e目标,zui远tan测距like达8公里,并tong过选pei不同de天线来shi现fuyangjiao度heshui平旋转jiao度de变化;dong态定位he视pin追踪系统由CHESS dynamic公si开发,由一个ke以旋转deji械平台加上高穤hi鎑e摄像jihe热成像相ji组成,以shi现视pin追踪,ke以选装光学干扰装置发出高mi度光束;定向射pin干扰装置由Enterprise Control Systems公si研发,它使yong高增益四pin段天线来对准目标发出电波,ke以使在C2pin道下gongzuode无线遥控装置失灵,无法jie收到指lingde无人ji只neng盘旋不dong,zhi到电力耗尽zhui毁。报道称,该系统于2015年5月蕑huang喂料啵⒃谂分蓿ㄈ缬⒐⒎ü﹉e北美(如美国)野外与城市等不同地形huanjing中进行了测试;泰利斯公si组合装备泰利斯公si正在推出一zhong由纙huang铩⑸駎an测器、定向仪、射pinhe视pin定位器he激光扫描装謒i槌蒬e组合设备。对非法无人ji祅an怪迫挝裼蒬ongnengshashang武器(高pao或zhe狙击瞛iao梗┩瓿桑瞜e以tong过激光干扰、选ze性干扰、GPS电子欺骗、电磁脉冲来完成,还ke以yong另外一架装备干扰设备de无人ji进行拦截。泰利斯公si已经针对4旋翼无人jihe其他小型无人ji进行过反无人jide技术试验。

    (4)其他技术:无线电控制采yongjie收器追踪并确定无人ji,使yong足够qiang大de电讁ou藕耪丈湮奕薺i,夺qu其无线电控制权。操zuo过程中,一旦无人ji不nengjie收信号,就会zhui毁,tong过jie助阻截无人ji使yongde传shu代ma,进而控制无人ji,ling其返航。美国lianbang航空管理局(FAA) 与信息技术公siCACI推出了SkyTracker系统,该系统ke在敏gan地带如ji场周围构建电子bian界线。CACI表示,该系统ke利yong无人ji无线电线路来识别he定位在禁飞或受bao护空域内飞行de无人ji,还ke定位无人jide操纵人员。CACI网站提到:“CACI系统ke精确定位黑飞无人ji,并ke将同一空域内其它无人ji与此qu别出来。”CACI称,SkyTracker还keyou效地阻止指定无人ji;wei波干扰,wei波武器又叫射pin武器,这zhong武器ke利yong高neng羕ang牡绱挪ǚ淙スセ鱤e毁shang目标。与激光武器相比,wei波武器zuoyong距li远,受气候影xiang小,火力控謕in奖恪un事zhuan家们yu测,随着新技术、新材料de不断发展,wei波武器将会发挥yue来yueduodezuoyong。俄罗斯lian合仪表制造集团已制成chao高pin率wei波pao,keyong于帮助地对空导弹“山毛榉”攻击无人ji及高精度武器电子设备。wei波pao射程chao过10公里,将其安装在teshu平台上keshi现360度全方蝖uan纘u。该款武器除了ke搭pei“山毛榉”地对空导弹yong于防空外,还kejian测俄jun电子系统抗wei波辐射neng力;声波干扰,声波干扰技术就是利yong声波使陀螺仪发shenggong振,shu出错误信息,从而导致无人jizhui落。研究人员发现,如guo声音足够qiang(例如达到140分bei),声波ke以击落40mi外de无人ji。韩国2015年8月公开了一zhong利yong声波干扰陀螺仪击落无人jide技术。研究人员gei无人jijie上非常小de商yong扬声器,扬声器距li陀螺仪4英寸(约10厘mi)左右,然后tong过bi记本电脑无线控制扬声器发声。当发出与陀螺仪匹peide噪声蔮ao患鼙纠凑7尚衐e无人ji会忽然从空中zhui落。当然,在真shide攻击场景中是不keneng把扬声器jie到无人ji上祄o鈠hong方法籫ong皇钦嬲齳ou效de反无人ji措施。目qian存在denan点在于miao准hegen踪,未来keneng与gen踪纙huang飌ei合使yong。

    观点

    随着无人ji从jun事、行业应yong走向大众xiao费,无人ji安全问题日益突出,此次成duji场这次事件,仅仅不足万yuande4个小小de无人jigei成duji场造成de社会效益he经济效益损失是无法估羕ang摹Ⅻ/p>

    如何才nengzuo到无人jide监测he反制,成为业界关zhude一个热点课题,虽然中国民航也已经委tuo“大疆”等主流无人ji厂商,规范无人ji制造,设置敏gan禁飞qu域,但相比于海羕ang奈奕薺i制造he销售市场,仅仅yi靠无人ji主ji厂商监测he控制是远远不够祄o谝粁ie敏ganqu域构建无人ji主dong监测yujing系统,并构建一定反制neng力是jie决问题de根本之道,国外针对这个领域已you很duo研究成guo,中国zuo为无人ji制造大国、qiang国,目qian大家更加关zhu是无人ji制造sheng产huan节,涉及无人ji安全监控技术蓌ieτ谄鸩絡ie段,如何构建成熟完蓀in奈奕薺i安全监测he反制系统对于未来推dong无人ji产业健kang发展尤为重要。

    随着经济de穝hang俜⒄梗奕薺i已经进入到了sheng活de各个方面。suo以如何bao障无人ji安全you效de运行,以及与现you航空飞行器de簍uo砱ong存,成为了现shisheng活中一个相对急切de需qiu。而这势必催sheng出一个庞大de无人ji监管市场,这块领域需要you更大更duode投入,确bao在无人ji产业发展bei景下,ji场等重要qu域de拥you无人ji监测yujing以及反制neng力,更好dejie决在无人ji普及应yong大bei景下de安全监管问题。



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