一文讀懂低空無人機(jī)監(jiān)測與反制

無人機(jī)的興起

低空無人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle縮寫 UAV ）也稱為無人航空器或遙控駕駛航空器，是一種由無線電遙控設(shè)備控制，或由預(yù)編程序操縱的非載人飛行器。無人機(jī)具有機(jī)動靈活的特點(diǎn)，它體積小，重量輕，可隨時運(yùn)輸和攜帶。它對起降的要求低，隨時飛降。無人機(jī)一般在云下低空平穩(wěn)飛行，彌補(bǔ)了衛(wèi)星光學(xué)遙感和普通航空攝影經(jīng)常受云層遮擋獲取不到影像的缺陷。除了具有廣闊的軍事應(yīng)用前景外，用無人機(jī)替代有人飛機(jī)執(zhí)行高風(fēng)險任務(wù)，也是當(dāng)今國際航天領(lǐng)域一個重要發(fā)展方面。特別是在近幾年國際局部戰(zhàn)爭中無人機(jī)被大量地使用，可以預(yù)見在未來戰(zhàn)場上無人機(jī)用途將越來越大，已經(jīng)成為世界各國武器裝備發(fā)展的重點(diǎn)。同時，無人機(jī)作為一種技術(shù)含量高、使用性能好、發(fā)展前景廣闊的空中飛行器，在民用領(lǐng)域亦可完成防災(zāi)減災(zāi)的災(zāi)害評估、地質(zhì)勘測航拍、警用高速公路巡查、森林防火、海事巡邏、大型露場演出航拍等多種任務(wù)。

無人機(jī)領(lǐng)域“大疆無人機(jī)”的興起，無人機(jī)迅速進(jìn)入消費(fèi)領(lǐng)域，無人機(jī)成為人人都能消費(fèi)的起的成人玩具，數(shù)千元即可買到一個性能優(yōu)良的無人機(jī)，“汪峰、章子怡的訂婚儀式上無人機(jī)送上婚戒“等熱點(diǎn)事件出現(xiàn)，隨著媒體的炒作，一時間無人機(jī)生產(chǎn)制造行業(yè)也充斥著資本身影，在深圳就有數(shù)百家無人機(jī)制造商，就像當(dāng)年山寨機(jī)盛行的日子一樣，只要你有需求，你可以很快在深圳找到一個你需要的無人機(jī)方案，無人機(jī)慢慢成為家庭自駕出行重要裝備之一。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每月將銷售30萬架無人機(jī)，去年圣誕節(jié)，僅美國一個國家就銷售了100萬架無人機(jī)，無人機(jī)已經(jīng)迅速的進(jìn)入家庭市場。

無人機(jī)控制鏈路介紹

無人機(jī)如何控制呢？無人機(jī)使用無線鏈路進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和視頻數(shù)據(jù)回傳，超過90% 的無人機(jī)使用ISM頻段 （2.4GHz） 操作，包括跳頻， Wi-Fi等， 其中控制鏈路采用：

常用的頻率為 ISM 頻段： 2.4 GHz， 5.8 GHz

很少使用： 433 MHz， 比2.4GHz傳播距離更遠(yuǎn)

少量使用過時的遙控頻段： 27 MHz， 35 MHz， 72 MHz （使用 PCM 或模擬編碼） ？，這類無人機(jī)逐步消失了。

數(shù)據(jù)鏈路采用：

視頻數(shù)據(jù)流通常通過2.4 GHz/ 5.8 GHz （ISM頻段） 傳輸， 使用 WiFi 或模擬 PAL/ NTSC

安全飛行采用相關(guān)技術(shù)：

通過冗余控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全飛行 （例如， 無線遙控，和基于GPS的“失效保護(hù)”模式）

無人機(jī)根據(jù)價格水平有不同的控制方式，比如一些低成本的無人機(jī)采用藍(lán)牙技術(shù)（ISM2.4GHz）;大部分無人機(jī)采用Wi-Fi或跳頻（ISM2.4GHz）;也有部分高端無人機(jī)采用基于預(yù)設(shè)路徑的衛(wèi)星導(dǎo)航。

無人機(jī)“黑飛”危害

我國對無人機(jī)的監(jiān)管存在盲區(qū)，無人機(jī)的大量使用更是給公共安全帶來隱患。本來是為合法用途使用的無人機(jī)越來越多的被用于犯罪目的。公眾已經(jīng)日漸強(qiáng)烈的意識到了無人機(jī)可能造成的危害。無人機(jī)能夠走私毒品；無人機(jī)能窺探隱私/技術(shù)；無人機(jī)能影響民航 – 接近撞機(jī)；無人機(jī)可能會出現(xiàn)在敏感地區(qū)、關(guān)鍵位置和政府設(shè)施區(qū)域；無人機(jī)甚至能自動射擊……

最近兩年，全國已發(fā)生多起無人機(jī)空中逼停飛機(jī)事件，成為民航飛行的“隱形殺手”。2013年底，北京一家公司在沒航拍資質(zhì)、未申請空域的情況下航空測繪，造成多架次民航飛機(jī)避讓延誤。2017年浙江蕭山機(jī)場、綿陽機(jī)場，此次成都機(jī)場都是由于不明無人機(jī)，導(dǎo)致了數(shù)百架飛機(jī)延誤，數(shù)萬人滯留，給國家和人民帶來的損失是數(shù)以億計(jì)的。

無人機(jī)最大問題是“黑飛”，“飛行員”沒有資格證。2015年《中國民航駕駛員發(fā)展年度報告》就指出，去年我國無人機(jī)駕駛員合格證總數(shù)僅為2142個。實(shí)際上，我國無人機(jī)有兩萬架以上，飛行操作人員數(shù)字遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過2142個，“黑飛”現(xiàn)象嚴(yán)重，存在引發(fā)安全事故巨大風(fēng)險，民航局在2016年開始著力打擊無人機(jī)黑飛問題，但隨著無人機(jī)越來越多的進(jìn)入普通家庭市場，效果尚未得到有效顯現(xiàn)。

無人機(jī)的監(jiān)測與反制

各國對無人機(jī)的監(jiān)控主要的手段分為兩種方式：行政監(jiān)管、技術(shù)防范。

日本為了加強(qiáng)無人機(jī)管理，自12月10日起實(shí)施了新的《航空法》，規(guī)定人口集中的地區(qū)一律禁止飛無人機(jī)，防止無人機(jī)引發(fā)事故或被用于犯罪，違者將處以50萬日元的罰款；英國對無人機(jī)使用也作出規(guī)定，航空法第166條第三款規(guī)定，小型無人機(jī)操作員必須保持時時刻刻能看見無人機(jī)，對無人機(jī)能夠完全掌控，在飛行時應(yīng)與其它飛行器、人群、車輛以及建筑保持一定的距離，以免發(fā)生碰撞事故。

從技術(shù)角度來說。目前，國外無人機(jī)反制技術(shù)大致有信號干擾、雷達(dá)探測、激光炮擊落、綜合型技術(shù)等幾大類。

（1）信號干擾：無人機(jī)工作時需要知道自己的精確位置，但無人機(jī)自身無法獲得足夠精確坐標(biāo)數(shù)據(jù)，因此，無人機(jī)上通過安裝GPS信號接收機(jī)，采用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合的方式進(jìn)行飛行控制。信號干擾技術(shù)是通過影響無人機(jī)的GPS信號接收機(jī)，使其只能依靠基于陀螺儀的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，而無法獲得足夠精確的自身坐標(biāo)數(shù)據(jù)。美國DroneDefender電波槍打擊技術(shù)美國俄亥俄州非盈利開發(fā)機(jī)構(gòu)“巴特爾”（Batfeoe）最近推出了一種DroneDefender反無人機(jī)設(shè)備。DroneDefender外形酷似步槍，設(shè)備前端上部安裝了一根白色的桿狀天線。這種設(shè)備采用非破壞性技術(shù)，是首款能移動、精準(zhǔn)、快速阻止可疑無人機(jī)靠近的專用設(shè)備。用戶只需將其指向空中的無人機(jī)，扣下扳機(jī)，就可以將目標(biāo)“擊落”。該設(shè)備只對實(shí)時遙控型無人機(jī)或依靠GPS導(dǎo)航的無人機(jī)有效（如常見的四軸飛行器和六軸飛行器），打擊范圍約400米；歐洲空客集團(tuán)反無人機(jī)系統(tǒng)，空中客車防務(wù)及航天公司研發(fā)了一種反無人機(jī)系統(tǒng)，采用干擾技術(shù)對目標(biāo)信號的頻率進(jìn)行干擾，而不會影響到周圍其他頻率的信號。該系統(tǒng)可遠(yuǎn)距離偵察在爭議地區(qū)飛行的非法無人機(jī)并實(shí)施打擊，同時又能盡可能地減少對其他物體的影響。該系統(tǒng)具備信號分析技術(shù)和干擾功能，并配有雷達(dá)、紅外相機(jī)和定向儀，可以偵察到5至10公里范圍內(nèi)的無人機(jī)，還可對無人機(jī)的威脅性做出判斷?；邶嫶蟮?a target="_blank">信息庫信息，該系統(tǒng)還可以對無人機(jī)的信號進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)問題，系統(tǒng)就會通過干擾臺切斷無人機(jī)與其操作人員之間的聯(lián)系，然后定向儀會追蹤到無人機(jī)操作人員的具體位置，便于實(shí)施抓捕行動。該系統(tǒng)已經(jīng)在公司進(jìn)行了多次測試，同時還向德國和法國客戶進(jìn)行過展示。

（2）雷達(dá)探測：瑞典“長頸鹿”雷達(dá)系統(tǒng)，據(jù)美國H JSJane’s國防、安全情報網(wǎng)站2015年9月1 6日報道，瑞典薩博公司在蘇格蘭的西弗瑞格（WestFreuqh）靶場演示驗(yàn)證了其“長頸鹿”捷變多波束（AMB）雷達(dá)系統(tǒng)對低空、低速小型目標(biāo)的探測能力。此次試驗(yàn)名為“布里斯托1 5”，顯示了該雷達(dá)對低空、低速小型目標(biāo)強(qiáng)大的探測能力（ELSS），該雷達(dá)在執(zhí)行全部空中監(jiān)視任務(wù)的同時，能夠執(zhí)行反無人飛機(jī)系統(tǒng)（UAS）作戰(zhàn)任務(wù)。在“布里斯托15”試驗(yàn)中，雷達(dá)散射截面精確到0.001平方米，增強(qiáng)了對低空、低速小型目標(biāo)的探測能力，可自動識別低空、低速小型目標(biāo)并對其進(jìn)行跟蹤，業(yè)余愛好者操作低速、小型四軸無人飛機(jī)系統(tǒng)?！伴L頸鹿”捷變多波束雷達(dá)系統(tǒng)屬于地面和海洋的二維或三維G／H波段被動電子掃描陣列雷達(dá)家族系列，可在提供海岸監(jiān)視能力的同時，對固定翼飛機(jī)、直升機(jī)、地面目標(biāo)、干擾機(jī)和彈道目標(biāo)進(jìn)行分類與跟蹤；意大利“獵鷹盾”系統(tǒng)2015年9月15日，在英國倫敦舉辦的英國軍警裝備展DSEI上，意大利芬梅卡尼卡集團(tuán)SeIex ES公司展示了其研發(fā)的“獵鷹盾”無人機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠定位、辨識和控制對公共安全或是私人構(gòu)成威脅的遠(yuǎn)程微型或者小型無人機(jī)，即所謂的“流氓無人機(jī)”。該公司稱，這種設(shè)備的市場價值可能達(dá)數(shù)億英鎊；“獵鷹盾”系統(tǒng)利用攝像機(jī)、雷達(dá)和先進(jìn)的電子設(shè)備監(jiān)控?zé)o人機(jī)接收和傳輸?shù)男盘枺瑥亩鴮ζ溥M(jìn)行追蹤并確定其類型。一旦鎖定目標(biāo)， “獵鷹盾”就會利用其專有技術(shù)控制無人機(jī)，甚至將其墜毀。與其他企業(yè)利用電子戰(zhàn)擊毀無人機(jī)的系統(tǒng)相比，“獵鷹盾”優(yōu)勢在于，在精準(zhǔn)擊落“流氓”無人機(jī)的同時，可以有效避免對周邊建筑物等環(huán)境造成傷害。此外，發(fā)送無線電信號控制無人機(jī)時，還不會妨礙緊急救援服務(wù)甚至移動通訊等其他重要信號的傳輸；墨西哥JAMMER公司防衛(wèi)系統(tǒng)墨西哥JAMMER公司開發(fā)了Tamce Bloqueador Direccional Anti-Drone防衛(wèi)系統(tǒng)，用于家庭防空。系統(tǒng)的干擾功率為20瓦，可壓制幾百毫瓦的無人機(jī)。啟動開關(guān)后，干擾器可以干擾2．4G和5．8G信號，這對于大部分消費(fèi)級無人機(jī)來說，遙控信號和圖傳信號都會丟失，丟失了信號后無人機(jī)只能返航或者原地降落；美國Drone Shield公司監(jiān)測系統(tǒng)美國無人機(jī)探測系統(tǒng)制造商Drone Shield研發(fā)出了利用雷達(dá)或麥克風(fēng)來監(jiān)測無人機(jī)的技術(shù)。它內(nèi)置了Raspberry Pi、信號處理器、麥克風(fēng)、分析軟件、無人機(jī)聲音特性的數(shù)據(jù)庫，通過監(jiān)聽周圍環(huán)境的聲音，通過聲音對比確定是否有無人機(jī)。當(dāng)有無人機(jī)在附近時，通過郵件或者短信發(fā)出警報。從原理上來看，預(yù)警技術(shù)并不難，因此監(jiān)控的準(zhǔn)確性和低誤報率就非常關(guān)鍵，在這方面，Drone Shield擁有自己的專利技術(shù)。據(jù)悉，美國當(dāng)局已經(jīng)利用這種系統(tǒng)來為監(jiān)獄、體育賽事和政府大樓提供安保。

（3）綜合型技術(shù)：英國反無人機(jī)防御系統(tǒng)AUDS，2015年10月，英國廣播公司、美國國土安全新聞網(wǎng)、俄羅斯衛(wèi)星網(wǎng)等網(wǎng)站分別對英國完全集成的“反無人機(jī)防御系統(tǒng)（AUDS）”進(jìn)行報道。該系統(tǒng)俗稱電磁干擾射線槍，由英國的三家防務(wù)技術(shù)公司（Blighter SurveillanceSystems，Chess Dynamics和EnterpriseControl Systems公司）聯(lián)合研發(fā)，可以探測、跟蹤并摧毀小型和大型無人機(jī)。該系統(tǒng)可以全天24小時開機(jī)，全自動運(yùn)行。首先使用雷達(dá)和光學(xué)儀器（即雷達(dá)探測系統(tǒng)）搜索無人機(jī)，當(dāng)雷達(dá)或光學(xué)系統(tǒng)探測到目標(biāo)后，動態(tài)定位和視頻追蹤系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤，隨后定向射頻干擾系統(tǒng)開始工作，發(fā)射定向的大功率干擾射頻，干擾無人機(jī)自控系統(tǒng)，切斷無人機(jī)與后方控制中心之間的數(shù)據(jù)聯(lián)接或無線電通訊，致使無人機(jī)無法自主飛行，導(dǎo)致墜毀、迫降或者返航。AUDS系統(tǒng)的售價約為100萬美元，可以安裝在車載平臺上，部署到軍事前線、偏遠(yuǎn)邊境或城市地區(qū)執(zhí)行反無人機(jī)任務(wù)。該系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)和一套總控設(shè)備組成。三個子系統(tǒng)分別是雷達(dá)探測系統(tǒng)、動態(tài)定位和視頻追蹤系統(tǒng)、定向射頻干擾裝置。雷達(dá)探測系統(tǒng)由Blighter公司研制，據(jù)稱可探測反射面積0.01平方米大小的目標(biāo)，最遠(yuǎn)探測距離可達(dá)8公里，并通過選配不同的天線來實(shí)現(xiàn)俯仰角度和水平旋轉(zhuǎn)角度的變化；動態(tài)定位和視頻追蹤系統(tǒng)由CHESS dynamic公司開發(fā)，由一個可以旋轉(zhuǎn)的機(jī)械平臺加上高分辨的攝像機(jī)和熱成像相機(jī)組成，以實(shí)現(xiàn)視頻追蹤，可以選裝光學(xué)干擾裝置發(fā)出高密度光束；定向射頻干擾裝置由Enterprise Control Systems公司研發(fā)，它使用高增益四頻段天線來對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)出電波，可以使在C2頻道下工作的無線遙控裝置失靈，無法接收到指令的無人機(jī)只能盤旋不動，直到電力耗盡墜毀。報道稱，該系統(tǒng)于2015年5月首次公開亮相，并在歐洲（如英國、法國）和北美（如美國）野外與城市等不同地形環(huán)境中進(jìn)行了測試；泰利斯公司組合裝備泰利斯公司正在推出一種由雷達(dá)、聲像探測器、定向儀、射頻和視頻定位器和激光掃描裝置組成的組合設(shè)備。對非法無人機(jī)的壓制任務(wù)由動能殺傷武器（高炮或者狙擊步槍）完成，也可以通過激光干擾、選擇性干擾、GPS電子欺騙、電磁脈沖來完成，還可以用另外一架裝備干擾設(shè)備的無人機(jī)進(jìn)行攔截。泰利斯公司已經(jīng)針對4旋翼無人機(jī)和其他小型無人機(jī)進(jìn)行過反無人機(jī)的技術(shù)試驗(yàn)。

（4）其他技術(shù)：無線電控制采用接收器追蹤并確定無人機(jī)，使用足夠強(qiáng)大的電子信號照射無人機(jī)，奪取其無線電控制權(quán)。操作過程中，一旦無人機(jī)不能接收信號，就會墜毀，通過借助阻截?zé)o人機(jī)使用的傳輸代碼，進(jìn)而控制無人機(jī)，令其返航。美國聯(lián)邦航空管理局（FAA） 與信息技術(shù)公司CACI推出了SkyTracker系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在敏感地帶如機(jī)場周圍構(gòu)建電子邊界線。CACI表示，該系統(tǒng)可利用無人機(jī)無線電線路來識別和定位在禁飛或受保護(hù)空域內(nèi)飛行的無人機(jī)，還可定位無人機(jī)的操縱人員。CACI網(wǎng)站提到：“CACI系統(tǒng)可精確定位黑飛無人機(jī)，并可將同一空域內(nèi)其它無人機(jī)與此區(qū)別出來?！盋ACI稱，SkyTracker還可有效地阻止指定無人機(jī)；微波干擾，微波武器又叫射頻武器，這種武器可利用高能量的電磁波輻射去攻擊和毀傷目標(biāo)。與激光武器相比，微波武器作用距離遠(yuǎn)，受氣候影響小，火力控制方便。軍事專家們預(yù)測，隨著新技術(shù)、新材料的不斷發(fā)展，微波武器將會發(fā)揮越來越多的作用。俄羅斯聯(lián)合儀表制造集團(tuán)已制成超高頻率微波炮，可用于幫助地對空導(dǎo)彈“山毛櫸”攻擊無人機(jī)及高精度武器電子設(shè)備。微波炮射程超過10公里，將其安裝在特殊平臺上可實(shí)現(xiàn)360度全方位防御。該款武器除了可搭配“山毛櫸”地對空導(dǎo)彈用于防空外，還可檢測俄軍電子系統(tǒng)抗微波輻射能力；聲波干擾，聲波干擾技術(shù)就是利用聲波使陀螺儀發(fā)生共振，輸出錯誤信息，從而導(dǎo)致無人機(jī)墜落。研究人員發(fā)現(xiàn)，如果聲音足夠強(qiáng)（例如達(dá)到140分貝），聲波可以擊落40米外的無人機(jī)。韓國2015年8月公開了一種利用聲波干擾陀螺儀擊落無人機(jī)的技術(shù)。研究人員給無人機(jī)接上非常小的商用揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器距離陀螺儀4英寸（約10厘米）左右，然后通過筆記本電腦無線控制揚(yáng)聲器發(fā)聲。當(dāng)發(fā)出與陀螺儀匹配的噪聲時，一架本來正常飛行的無人機(jī)會忽然從空中墜落。當(dāng)然，在真實(shí)的攻擊場景中是不可能把揚(yáng)聲器接到無人機(jī)上的，這種方法還不是真正有效的反無人機(jī)措施。目前存在的難點(diǎn)在于瞄準(zhǔn)和跟蹤，未來可能與跟蹤雷達(dá)配合使用。

觀點(diǎn)

隨著無人機(jī)從軍事、行業(yè)應(yīng)用走向大眾消費(fèi)，無人機(jī)安全問題日益突出，此次成都機(jī)場這次事件，僅僅不足萬元的4個小小的無人機(jī)給成都機(jī)場造成的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益損失是無法估量的。

如何才能做到無人機(jī)的監(jiān)測和反制，成為業(yè)界關(guān)注的一個熱點(diǎn)課題，雖然中國民航也已經(jīng)委托“大疆”等主流無人機(jī)廠商，規(guī)范無人機(jī)制造，設(shè)置敏感禁飛區(qū)域，但相比于海量的無人機(jī)制造和銷售市場，僅僅依靠無人機(jī)主機(jī)廠商監(jiān)測和控制是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在一些敏感區(qū)域構(gòu)建無人機(jī)主動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，并構(gòu)建一定反制能力是解決問題的根本之道，國外針對這個領(lǐng)域已有很多研究成果，中國作為無人機(jī)制造大國、強(qiáng)國，目前大家更加關(guān)注是無人機(jī)制造生產(chǎn)環(huán)節(jié)，涉及無人機(jī)安全監(jiān)控技術(shù)尚處于起步階段，如何構(gòu)建成熟完善的無人機(jī)安全監(jiān)測和反制系統(tǒng)對于未來推動無人機(jī)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展尤為重要。

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，無人機(jī)已經(jīng)進(jìn)入到了生活的各個方面。所以如何保障無人機(jī)安全有效的運(yùn)行，以及與現(xiàn)有航空飛行器的和諧共存，成為了現(xiàn)實(shí)生活中一個相對急切的需求。而這勢必催生出一個龐大的無人機(jī)監(jiān)管市場，這塊領(lǐng)域需要有更大更多的投入，確保在無人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景下，機(jī)場等重要區(qū)域的擁有無人機(jī)監(jiān)測預(yù)警以及反制能力，更好的解決在無人機(jī)普及應(yīng)用大背景下的安全監(jiān)管問題。