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无人机防控系统
来源:时代光华 | 作者:韩羽 | 发布:2016-11-17 | 7442 次浏览 | 分享到:

综述

近年来,随着国家工业制造水平的提高,以多旋翼飞行器为代表的民用飞行器市场日益呈现供销两旺的态势。飞行器的广泛普及,为人们进行航空拍摄、遥感测绘,农药喷洒等作业提供了崭新的平台,现已成为各行各业不可或缺的工作装备。

除多旋翼飞行器以外,现有的无人驾驶飞行器种类还包括热气球、伞翼滑翔机、鸟类(携带摄像机或违禁品)等几种,可谓花样繁多。

多旋翼飞行器速度快、噪音小,电磁特征亦不明显,在夜间能见度不高的时候,不仅肉眼难以识别发现,甚至连传统雷达也很难检测到飞行踪迹。热气球和经过特殊训练的鸟类,没有任何电磁特征,同时也没有任何的声音特征,更加难以发现。此种情况下,给我国重要的高戒备场所(如监狱、强戒所、看守所、拘留所、军事禁区、战略物资储备库、保密技术园区等)带来了前所未有的来自空中的威胁。在某些监狱、强戒所、技术园区,已经出现了利用无人机入侵,投递违规物品、窥探商业机密等案件。

典型的威胁有两点:

  1. 不法分子刺探、窥视内部情况。无人驾驶飞行器能搭载自稳定摄影摄像平台。电动的多旋翼飞行器续航时间最短,有几十分钟的飞行时间,也足以让飞行器来来回回围绕拍摄十几次。
  2. 充当非法传递信息甚至违禁物品的运载工具。当前的飞行器性能越发强大,部分物流公司已着手开发用于运输快递包裹的飞行器平台。由此可见,如果部分犯罪分子预谋利用飞行器运输各类通讯设备、监听偷拍设备、干扰设备、引火装置(如汽油瓶)、爆炸物、刀片锯条等违禁品,在技术层面上已没有任何障碍。

面对这种入侵威胁,传统周界防范措施已经完全无法应对,亟需建立一套全天候、全天时、全空间、高性能运行的空中周界安防系统。

北京时代光华电子技术公司多年来致力于周界防范系统的研发、生产,结合用户的实际需求,提出了“天罗地网”的立体全方位周界防范综合解决方案,其中无人机反制与防范子系统的特点如下:

  1. 全天候全天时全空间运行;
  2. 自动侦测,自动发现,自动打击(无人值守);
  3. 可以与地面周界防范设施结合,作为强有力的补充;

传统方案的缺陷

针对低慢小飞行器入侵的检测,一般首先想到的是传统雷达,然而传统雷达针对低、慢、小的飞行器很难发挥探测作用。近几年提出的米波、分米波雷达又极易受到干扰,难以真正实际应用。除此之外的其他传统的监控手段也都存在大量致命漏洞,列表如下:

表1-1 传统低慢小飞行器检测手段的缺陷

传统雷达 由于入侵目标尺寸小,且机体基本上采用塑料或者合成橡胶,雷达的有效散射面积基本为零,传统雷达无效。
频率监听天线阵列 用于监听飞行器与遥控器之间的控制命令传输所使用的无线电波。 该手段的致命缺陷在于不法分子往往将飞行器设定为“无线电静默”的自主飞行模式,此时飞行器将按照预先规划路线自动飞行,拍摄完数据或者投递完物品立即返回指定地点,不与遥控器有任何信号传输。此时频率监听天线阵列方式失效。 另外,伞翼滑翔机、热气球和鸟类也属于电磁静默装置,无法检测。
声波探测 监听飞行器发出的具有特定频率的声波。在环境噪声较大时难以使用,且对于不同的飞行器,其产生的声波频率差别很大,造成大量漏报。
可见光摄像机 夜间无法使用,能见度低时失效,漏报;有监控死角;需要大量摄像头覆盖整个监控区域。
光电转台 一种将侦测、打击集于一体的反制设施,基于中型或重型云台,其旋转速度慢,6-8秒才能完成360°的巡视,易造成漏报。

特别值得指出的是,以上方式均无法完全做到全天候全天时全空域的侦测,无法高效精准的自动识别,无法完成自动打击。

系统设计原则

基于以上讨论,低慢小飞行器入侵预警系统的设计需要考虑这样几个方面的因素:

  1. 选择合适的监测手段。使得入侵的飞行器一旦出现在预先设定的防区内,系统立刻能够发现。不法分子大多利用夜色或者其他能见度差的天气作为掩护,这就要求系统能够在夜间以及能见度差的条件下全天候、全天时工作;同时,系统应该能够提供入侵现场的视频信息,即提供成像功能;另外,系统必须能够提供飞行器的定位信息和行动轨迹信息。综合上述需要,选择红外技术和新一代雷达技术作为低慢小飞行器入侵预警系统的基本检测手段,同时为了获得高清的入侵事件现场画面,选配激光摄像机或者红外补光摄像机作为辅助设备。

  2. 采用专门的低慢小飞行器入侵检测算法,具有超过95%的报警命中率,同时减少甚至杜绝误报警。系统依赖的入侵算法必须是针对全景区域、开放空间情况下开发和优化的,这就要求系统对于飞行器入侵检测具有最高的敏感程度,系统能够实时锁定目标并发出报警;同时,对于树叶晃动等对雷达系统带来巨大干扰的因素,入侵算法应进行识别和过滤,最大限度的减少误报警。

  3. 结合高戒备场所的实际情况,必须完成自动侦测、自动打击的无人值守闭环运行,真正做到用科技解放警力。

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