Accexp反無人機系統(tǒng)解決方案
2017-06-16
隨著越來越多的無人機飛上天空，當它們靠近重要區(qū)域時帶來的安全隱患也變得日益嚴重。2016 年至今，國內(nèi)接連發(fā)生了多起民用無人機闖入載人民航飛機航線或機場范圍的事件。國內(nèi)外的多處政要場所無人機入侵事件層出不窮；監(jiān)獄、邊防利用無人機從事違法犯罪的活動時有發(fā)生。2016 年 9 月 21 日，《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)空中交通管理辦法》出臺，更有針對性地對無人機的飛行活動進行管理，規(guī)范無人機的空中交通管理工作。無人機廠家為保障空域地域安全，為無人機產(chǎn)品設置了機場禁飛區(qū)和限飛區(qū)，但無人機入侵事情仍然頻發(fā)，從法律法規(guī)、設置禁飛區(qū)對無人機進行管制不能完全解決無人機黑飛帶來的安全隱患。管理人員更希望能從技術(shù)層面上實現(xiàn)對闖入無人機的管控。
二 、 反無人機系統(tǒng)設計思路
反無人機系統(tǒng)的設計是以探測發(fā)現(xiàn)和干擾拒止黑飛無人機為目的。在復雜的建筑結(jié)構(gòu)、電磁信號環(huán)境下，如何實現(xiàn)對整個區(qū)域無盲區(qū)的無人機防御，反無人機系統(tǒng)本身電磁信號對防護區(qū)域電子設施又不造成影響應該是設計的關(guān)鍵點。目前國內(nèi)外對無人機的探測手段主要有雷達、光電、頻譜探測和聲學四種，而對無人機實施打擊的手段主要包括激光火炮、欺騙信號干擾以及壓制信號干擾等。在探測跟蹤方面，雷達具有距離分辨力高、監(jiān)控距離遠的特點，但對不通視的目標不能探測、存在較大盲區(qū)；光電設備具有抗電磁干擾能力強，低空探測性能好、圖像分辨率高、目標識別能力強的特點，但是光電探測跟蹤設備視場小，不能探測障礙物背后的目標，也會因為障礙物導致跟蹤失鎖的情況；頻譜探測聲探測具有 360°全向探測能力，能夠?qū)N地飛行和遮擋物后的目標實施探測，也可在夜間、雨霧等不良氣象工作，但與雷達和光探測手段相比，聲測精度較低，探測距離近，而頻譜探測則需要將天線設計得較大才能保證探測距離。因此，將各種探測手段集成，進行優(yōu)勢互補，實現(xiàn)探測區(qū)域的全覆蓋，同時通過融合，避免僅靠單一的探測手段存在虛警率過高的問題。在攔截方面，激光炮火力擊落無人機，墜毀殘骸可能對地面建筑和人群造成危害，如果無人機攜帶了生物武器或者核材料，那么會導致更大的破壞力，不適合在機場、重要場所、商演等場景應用；采用欺騙式干擾信號會直接影響機場所有導航設備的正常定位，同樣不適用于機場等區(qū)域。因此，通過雷達、光電和頻譜以及聲學多種探測方式，采用壓制信號干擾的方式，結(jié)合保護區(qū)域地形靈活組建一套具備集探測、識別、跟蹤、干擾拒止一體化能力的反無人機系統(tǒng)方案是最優(yōu)選擇。
三 、反無人機系統(tǒng) 設計方案
3.1 反無人機系統(tǒng) 組成及工作原理
Accexp反無人機系統(tǒng)是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的無人機防御系統(tǒng)。MSAUDS 無人機系統(tǒng)主要包括探測發(fā)現(xiàn)設備、跟蹤識別設備、反無人機拒止設備、反向定位和后端管理平臺。
Accexp反無人機系統(tǒng)由探測單元、跟蹤單元、干擾單元以及后臺監(jiān)控平臺組成。探測單元包括雷達、頻譜、音頻探測設備組合使用，識別、跟蹤單元主要包含可見光、紅外光學傳感器，干擾單元采用固定式干擾裝置。系統(tǒng)部署頻譜探測、雷達探測或音頻探測等設備，在防護邊界高點安裝多子陣低
空雷達，形成一個立體的、多技術(shù)融合探測的低空防護區(qū)域。同時，可在周界周圍部署光電跟蹤系統(tǒng)，根據(jù)探測裝置給出的目標位置，光電跟蹤系統(tǒng)能夠?qū)δ繕诉M行跟蹤識別，視頻確認。系統(tǒng)部署固定射頻干擾器，通過后端監(jiān)控平臺自動聯(lián)動，在偵測到無人機入侵后，自動發(fā)送干擾信號，迫使無人機降落或者返航。還可以根據(jù)現(xiàn)場情況，配置車載或手持式射頻干擾器，通過人工巡邏的方式，靈活機動，對入侵無人機進行干擾和擊落。
3.2 系統(tǒng)特點優(yōu)勢
白名單 過濾 、甄別 入侵 目標。 。系統(tǒng)可對防護區(qū)域的電磁環(huán)境進行反復“學習”。在監(jiān)控平臺中設置頻率白名單，過濾環(huán)境電磁干擾的影響，對入侵目標實施更精確的探測和干擾，極大地降低誤報虛報率。 全天候 、全天時 ， 多維立體 無盲區(qū)系統(tǒng)適用于全天候、全天時、復雜電磁環(huán)境和地理條件，采用多種探測器融合技術(shù)、打造從一維到三維立體無盲區(qū)防護體系。一體化的自動防控能力、 、 反向定位 操控者
系統(tǒng)集成了對入侵目標的探測、發(fā)現(xiàn)、跟蹤、甄別、干擾的一體化能力；并能夠探測定位到操控者的位置。龐大 的數(shù)據(jù)特征庫 ，與時俱進的更新擴容系統(tǒng)監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)庫具有市場主流無人機的數(shù)據(jù)特征庫，系統(tǒng)能直接判斷出入侵無人機的品牌型號，數(shù)據(jù)庫內(nèi)容更新與時俱進。模塊化 設計、 根據(jù)不同應用 靈活組建方案系統(tǒng)設備采用模塊化設計并提供豐富的接口，可根據(jù)不同的應用場景選配探測前端和干擾裝置、組建最適用的系統(tǒng)方案。
3.3 系統(tǒng)部署 方案
這里我們提供三套反無人機部署方案分別為： 1. 便攜式 音頻 頻譜探測+ + 光電跟蹤；2. 車載式反無人機系統(tǒng)； 3. 應用于 機場、油庫場景 的 反無人機系統(tǒng)的部署 （頻譜探測+ + 干擾裝置 在本方案中體現(xiàn) ） 。 便攜式 音頻 頻譜+ + 光電跟蹤 反無人機系統(tǒng)便攜式音頻頻譜探測+光電跟蹤系統(tǒng)主要是監(jiān)測無人機漿翼轉(zhuǎn)機發(fā)出的聲響來判斷防護區(qū)域是否存在入侵無人機，采用一體化的、帶有紅外激光夜視智能云臺攝像機跟蹤鎖定目標并及時報警。具備 360°全向探測能力，能夠?qū)N地飛行和遮擋物后的目標實施探測，也可在夜間、雨霧等不良氣象工作，該套系統(tǒng)探測距離較近，范圍在半徑 500 米左右，可應用于辦公樓酒店，保密室等小型區(qū)域的無人機防御。
在探測系統(tǒng)安裝初期，系統(tǒng)會利用各種類型無人機對反無人機防御系統(tǒng)進行反復訓練，優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并將其保存在特征數(shù)據(jù)庫里，設置當?shù)仡l率白名單。當有無人機靠近，系統(tǒng)能夠根據(jù)特征數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的比較來進行判別，從而發(fā)現(xiàn)目標，發(fā)現(xiàn)并告警。同時避免環(huán)境電磁干擾引起誤報虛報。監(jiān)控中心完成對所轄范圍內(nèi)的監(jiān)控資源進行集中管理、控制，完成信息的匯集、整合、處理，形成綜合信息，并實現(xiàn)應急聯(lián)動，監(jiān)控中心可使用一臺筆記本或整合到現(xiàn)有安全系統(tǒng)中，也可以安裝到移動終端中實現(xiàn)實時監(jiān)控及時報警。下圖為我公司為京東大廈安裝的便攜式音頻頻譜設備，客戶購買了便攜式反無人機干擾器，安保人員在接收到應急聯(lián)動報警后，使用反無人機干擾器將無人機擊落。
3.3.2 車載式反無人機系統(tǒng)
車載式反無人機系統(tǒng)由探測單元、跟蹤單元、干擾單元以及后臺監(jiān)控平臺組成。探測單元包括雷達、頻譜、音頻探測設備組合使用，雷達探測主要為遠距離探測無人機目標，頻譜和音頻設備在車載反無人機系統(tǒng)中起到近距離探測和補盲的作用。識別、跟蹤單元主要包含可見光、紅外光學傳感器，干擾單元采用車載式干擾裝置。系統(tǒng)探測單元發(fā)現(xiàn)入侵目標后，跟蹤單元鎖定目標，并通過監(jiān)控中心解算目標當前位置信息，同時啟動干擾裝置轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺調(diào)整發(fā)射角度，達到將入侵目標驅(qū)離，原地降落捕獲等效果。
車載式反無人機系統(tǒng)同樣具備對黑飛無人機進行探測、識別、跟蹤、攔截的一體化能力，通過固定架設到出勤車上的探測跟蹤干擾裝置，形成臨時動態(tài)的黑飛無人機防護區(qū)域。主要應用于重要政要出行、物質(zhì)押運、大型商業(yè)活動等場景。
3.3.3 應 用于機場、油庫場景的反無人機系統(tǒng)
以我公司為武漢天河機場設計的反無人機系統(tǒng)為例，天河機場長 5 公里、寬 2.5公里，我們?yōu)樘旌訖C場提供了兩套解決方案。方案一：雷達探測+ + 頻譜探測補盲+ + 固定式干擾本方案采用我公司探測距離為 5km 的雷達兩套，分別裝置在機場的起飛和降落方位，形成天線主波瓣范圍相對，探測范圍完全覆蓋機場。同時，雷達配置水平 360°旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，通過程序控制轉(zhuǎn)臺水平循環(huán)掃描，俯仰向固定角掃描，可形成機場外半徑5km 的防護區(qū)域，起到同時監(jiān)控飛機起降面的效果。由于雷達特性，機場內(nèi)必然存在雷達盲區(qū)，配套采用我公司探測距離為 1km 的頻譜探測儀實施補盲，機場共架設 4 臺頻譜探測儀，實現(xiàn)無盲區(qū)監(jiān)控，干擾裝置采用 2-3 套（根據(jù)實地情況考慮設計在機場中布放一臺干擾器）固定式反無人機干擾裝置，通過監(jiān)控中心實現(xiàn)與探測設備的聯(lián)動機制。另外，對于機場密集建筑區(qū)域，我方建議配套 1-2 把便攜式反無人機干擾器或車載式反無人機裝置實施人員巡邏監(jiān)控，到達三維立體的無盲區(qū)防御效果。
如下所示：
方案 二 ：頻譜探測+ + 固定式干擾
本方案采用被動式探測模式，在機場四角部署我公司探測距離為 3km 的頻譜探測儀配套四個固定式干擾器，對機場進行黑飛無人機防御，由于頻譜探測儀全方位的探測特性，該方案可同時實現(xiàn)對機場外半3km區(qū)域的防御覆蓋。另外對于機場密集建筑區(qū)域，我方建議配套 1-2 把便攜式反無人機干擾器或車載式反無人機裝置實施人員巡邏監(jiān)控，同樣到達三維立體的無盲區(qū)防御效果。后端管理平臺通過計算機網(wǎng)絡連接多個前端系統(tǒng)，來實現(xiàn)對機場的全方位管控。后端管理平臺通過計算機網(wǎng)絡連接多個前端系統(tǒng)，來實現(xiàn)對機場的全方位管控。后端管理平臺一般部署在機場安防指揮中心。
如下圖所示：
3.4 系統(tǒng)功能實現(xiàn)
MSAUDS 多傳感器融合無人機系統(tǒng)通過采取多傳感器融合、信息快速傳遞和聯(lián)網(wǎng)、智能化監(jiān)測等技術(shù)手段，解決全天時、全天候及復雜背景下快速發(fā)現(xiàn)、報知、跟蹤、定位異常目標的問題。系統(tǒng)主要具有搜索發(fā)現(xiàn)、跟蹤識別和報警定位、干擾無人飛行器運行等功能。
3.4.1 探測 發(fā)現(xiàn) 與反向定位
系統(tǒng)采用音頻探測、頻譜探測、雷達掃描等多種傳感器集成探測技術(shù)，可按實際需求選擇布防前端探測設備，實現(xiàn)全方位、全天候搜索發(fā)現(xiàn)和探測低空、超低空等防衛(wèi)區(qū)域內(nèi)的活動目標，同時利用頻譜探測的特性可實現(xiàn)對防護周邊范圍內(nèi)的操控者進行反向定位。系統(tǒng)通過光纖網(wǎng)絡等通信設備實現(xiàn)監(jiān)控前端和監(jiān)控平臺的連接，實時報告目標活動情報信息。
3.4.2 跟蹤識別
通過探測設備能自動跟蹤探測區(qū)域內(nèi)的活動目標，通過監(jiān)控屏幕實時顯示防衛(wèi)區(qū)域內(nèi)報知的活動目標的運動軌跡，并通過光電跟蹤系統(tǒng)對其進行圖像識別、顯示和存儲。系統(tǒng)可在電子地圖上顯示監(jiān)控前端探測監(jiān)控范圍。通過各種前端探測設備聯(lián)動可準確提供目標坐標信息，并可實時顯示目標的位置信息和實時運動軌跡。還可在電子地圖上人工設置任意形狀的多個報警區(qū)、報警線，可對報警區(qū)內(nèi)和越過報警線的移動目標進行自動聲光告警。
3.4.3 干擾 與拒止
根據(jù)目標位置，可以自動使用固定式反干擾設備對入侵的無人機進行干擾、迫降等多種措施。也可以使用手持式干擾槍或車載式設備對入侵無人機進行干擾和拒止。
四 、 系統(tǒng) 設備產(chǎn)品介紹
4 1 探測設備
4.1.1 頻譜探測設備
頻譜探測設備基于無源定位技術(shù)，可采用多個頻譜探測設備組網(wǎng)，根據(jù)不同探測設備探測到同一目標的不同信號值來計算目標的距離、方位角、俯仰角等。同原理可探測鎖定操控者的位置。
性能參數(shù)：
探測頻率范圍：0.3—6GHz
探測距離： 1-3 公里（可選配）
測向精度： ≤2°
天線通道：2 路
供電方式：POE
多設備定位
4.1.2 音頻探測 設備
音頻探測器由多個麥克風陣列組成，每個探測器能檢測到200米內(nèi)通過的無人機。主要用于密集區(qū)域的補盲。
性能參數(shù)：
麥克風陣列數(shù)量：32
探測距離： ≥200m
測向精度： ≤5°
供電方式：POE
4.1.3 雷達探測設備
多子陣低空雷達采用全固態(tài)、全相參、兩坐標、脈沖多普勒體制。雷達主要由 8個獨立的天線子陣、綜合處理分機、電源分機等組成。其中綜合處理分機主要包括發(fā)射組件、頻綜及調(diào)制組件、接收組件、大率開關(guān)組件、信號處理組件、數(shù)據(jù)處理組件等。可通過“蜂窩”區(qū)域組網(wǎng)方式實現(xiàn)大面積的覆蓋。工作頻段：16GHz；探測距離：3km-5km（可選配）方位覆蓋：360°；高度覆蓋：50m～1000m。探測精度 距離（均方根值）：≤12m；方位（均方根值）：≤1°。
4 4. .2 2 光電跟蹤設備
光電跟蹤器采用一體化的、帶有紅外激光夜視智能云臺攝像機，攝像機集高清晰度彩色攝像機、 激光照明組件、萬向變速室外云臺、多功能解碼器等。
性能參數(shù)：
轉(zhuǎn)動范圍：方位 0°～360°，俯仰-35°～65°；
轉(zhuǎn)動速度：≥60°/s；
定位精度：±0.2°；
分辨率：可見光 795×596，紅外 336×256,9×12；
視場角：可見光 3.4°×4.5°~34°×45°，可放大 10 倍，紅外 9°×12°
通信接口：4G/以太網(wǎng)。
4 .3 干擾拒止設備
4.3.1 固定式干擾設備
固定干擾設備能夠根據(jù)目標的位置，有選擇地干擾無人飛行器所使用的不同類型的指揮與控制通信連路。在實施干擾的過程中，采用智能、比例放大和非動能方式從而減輕附帶影響。
性能參數(shù)：
轉(zhuǎn)動范圍：方位 0°～360°，俯仰-35°～65°；
轉(zhuǎn)動速度：≥60°/s；
定位精度：±0.2°；
有效距離：1km-3km（可選配）；
工作頻率：1550MHz~1650MHz，2400MHz~2500MHz，5700MHz~5900MHz（可擴展）；
整機功耗：＜150W；
通訊接口：以太網(wǎng)/RS485 串口；
4.3.2 手持式干擾槍
手持式干擾槍能夠方便快速的對目前進行干擾。瞄準精度高，干擾距離遠。
4. .4軟件 管理平臺
反無人機系統(tǒng)平臺主界面如下圖。通過電子地圖，能夠直觀的對系統(tǒng)防范區(qū)域進行管理。能夠在地圖上直觀了解系統(tǒng)探測情況、視頻跟顯示顯示和電磁干擾設備狀況。 作為一個智能和高性能的解決方案，我們提供了一個新的架構(gòu)，所有相關(guān)信息集中在一個服務器上。集中式系統(tǒng)可以全面，復雜地安裝幾乎無限數(shù)量的傳感器。
在 PC 上系統(tǒng)管理平臺運行基于瀏覽器，向用戶友好的 web 界面，使得使用者很容易配置系統(tǒng)。界面結(jié)構(gòu)清晰，使得用戶可以管理全面，復雜的系統(tǒng)。用戶可以準確組織并用標簽標注適合需求的所有傳感器。此外，傳感器之間的切換方便，快捷。我們的智能類別識別軟件可根據(jù)每款無人機的特點比如大小、運動、聲音等來分類每款探測到的無人機。防區(qū)電子地圖可以按比例尺縮放，并和防區(qū)圖配合，形成所見即所得的圖像界面，用戶對布防情況能夠一目了然。報警時，對應防區(qū)自動彈出報警信息和視頻。在警報的情況下，無人機的位置實時顯示在站點地圖上。很容易協(xié)調(diào)應對措施，可跟蹤無人機的來源。用戶友好的 Web 界面，使得用戶能夠輕松配置任何數(shù)量的前端探測設備或檢索照片或視頻等數(shù)據(jù)。監(jiān)視空域可在 PC 或平板電腦上實時查看。一個屏幕上多個現(xiàn)場視圖，檢測您的保護區(qū)。同時觀看不同來源的多個現(xiàn)場視圖。軟件可以配置各傳感器和探測前端的警報閾值來管理系統(tǒng)的靈敏度。此外，可以優(yōu)先考慮現(xiàn)場的不同區(qū)域。當檢測到威脅時，系統(tǒng)將通過短信，電子郵件，網(wǎng)絡消息（TCP/ IP）通知，系統(tǒng)也可以集成到商用報警器系統(tǒng)，通過簡單網(wǎng)關(guān)協(xié)議（SNMP）和這些系統(tǒng)聯(lián)動
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