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無人機防控系統
來源:時代光華 | 作者:韓羽 | 發布:2016-11-17 | 9592 次瀏覽 | 分享到:

綜述

近年來,隨著國家工業制造水平的提高,以多旋翼飛行器為代表的民用飛行器市場日益呈現供銷兩旺的態勢。飛行器的廣泛普及,為人們進行航空拍攝、遙感測繪,農藥噴灑等作業提供了嶄新的平臺,現已成為各行各業不可或缺的工作裝備。

除多旋翼飛行器以外,現有的無人駕駛飛行器種類還包括熱氣球、傘翼滑翔機、鳥類(攜帶攝像機或違禁品)等幾種,可謂花樣繁多。

多旋翼飛行器速度快、噪音小,電磁特征亦不明顯,在夜間能見度不高的時候,不僅肉眼難以識別發現,甚至連傳統雷達也很難檢測到飛行蹤跡。熱氣球和經過特殊訓練的鳥類,沒有任何電磁特征,同時也沒有任何的聲音特征,更加難以發現。此種情況下,給我國重要的高戒備場所(如監獄、強戒所、看守所、拘留所、軍事禁區、戰略物資儲備庫、保密技術園區等)帶來了前所未有的來自空中的威脅。在某些監獄、強戒所、技術園區,已經出現了利用無人機入侵,投遞違規物品、窺探商業機密等案件。

典型的威脅有兩點:

  1. 不法分子刺探、窺視內部情況。無人駕駛飛行器能搭載自穩定攝影攝像平臺。電動的多旋翼飛行器續航時間最短,有幾十分鐘的飛行時間,也足以讓飛行器來來回回圍繞拍攝十幾次。
  2. 充當非法傳遞信息甚至違禁物品的運載工具。當前的飛行器性能越發強大,部分物流公司已著手開發用于運輸快遞包裹的飛行器平臺。由此可見,如果部分犯罪分子預謀利用飛行器運輸各類通訊設備、監聽偷拍設備、干擾設備、引火裝置(如汽油瓶)、爆炸物、刀片鋸條等違禁品,在技術層面上已沒有任何障礙。

面對這種入侵威脅,傳統周界防范措施已經完全無法應對,亟需建立一套全天候、全天時、全空間、高性能運行的空中周界安防系統。

北京時代光華電子技術公司多年來致力于周界防范系統的研發、生產,結合用戶的實際需求,提出了“天羅地網”的立體全方位周界防范綜合解決方案,其中無人機反制與防范子系統的特點如下:

  1. 全天候全天時全空間運行;
  2. 自動偵測,自動發現,自動打擊(無人值守);
  3. 可以與地面周界防范設施結合,作為強有力的補充;

傳統方案的缺陷

針對低慢小飛行器入侵的檢測,一般首先想到的是傳統雷達,然而傳統雷達針對低、慢、小的飛行器很難發揮探測作用。近幾年提出的米波、分米波雷達又極易受到干擾,難以真正實際應用。除此之外的其他傳統的監控手段也都存在大量致命漏洞,列表如下:

表1-1 傳統低慢小飛行器檢測手段的缺陷

傳統雷達 由于入侵目標尺寸小,且機體基本上采用塑料或者合成橡膠,雷達的有效散射面積基本為零,傳統雷達無效。
頻率監聽天線陣列 用于監聽飛行器與遙控器之間的控制命令傳輸所使用的無線電波。 該手段的致命缺陷在于不法分子往往將飛行器設定為“無線電靜默”的自主飛行模式,此時飛行器將按照預先規劃路線自動飛行,拍攝完數據或者投遞完物品立即返回指定地點,不與遙控器有任何信號傳輸。此時頻率監聽天線陣列方式失效。 另外,傘翼滑翔機、熱氣球和鳥類也屬于電磁靜默裝置,無法檢測。
聲波探測 監聽飛行器發出的具有特定頻率的聲波。在環境噪聲較大時難以使用,且對于不同的飛行器,其產生的聲波頻率差別很大,造成大量漏報。
可見光攝像機 夜間無法使用,能見度低時失效,漏報;有監控死角;需要大量攝像頭覆蓋整個監控區域。
光電轉臺 一種將偵測、打擊集于一體的反制設施,基于中型或重型云臺,其旋轉速度慢,6-8秒才能完成360°的巡視,易造成漏報。

特別值得指出的是,以上方式均無法完全做到全天候全天時全空域的偵測,無法高效精準的自動識別,無法完成自動打擊。

系統設計原則

基于以上討論,低慢小飛行器入侵預警系統的設計需要考慮這樣幾個方面的因素:

  1. 選擇合適的監測手段。使得入侵的飛行器一旦出現在預先設定的防區內,系統立刻能夠發現。不法分子大多利用夜色或者其他能見度差的天氣作為掩護,這就要求系統能夠在夜間以及能見度差的條件下全天候、全天時工作;同時,系統應該能夠提供入侵現場的視頻信息,即提供成像功能;另外,系統必須能夠提供飛行器的定位信息和行動軌跡信息。綜合上述需要,選擇紅外技術和新一代雷達技術作為低慢小飛行器入侵預警系統的基本檢測手段,同時為了獲得高清的入侵事件現場畫面,選配激光攝像機或者紅外補光攝像機作為輔助設備。

  2. 采用專門的低慢小飛行器入侵檢測算法,具有超過95%的報警命中率,同時減少甚至杜絕誤報警。系統依賴的入侵算法必須是針對全景區域、開放空間情況下開發和優化的,這就要求系統對于飛行器入侵檢測具有最高的敏感程度,系統能夠實時鎖定目標并發出報警;同時,對于樹葉晃動等對雷達系統帶來巨大干擾的因素,入侵算法應進行識別和過濾,最大限度的減少誤報警。

  3. 結合高戒備場所的實際情況,必須完成自動偵測、自動打擊的無人值守閉環運行,真正做到用科技解放警力。

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