Accexp反無人機系統解決方案
2017-06-16
隨著越來越多的無人機飛上天空，當它們靠近重要區域時帶來的安全隱患也變得日益嚴重。2016 年至今，國內接連發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。國內外的多處政要場所無人機入侵事件層出不窮；監獄、邊防利用無人機從事違法犯罪的活動時有發生。2016 年 9 月 21 日，《民用無人駕駛航空器系統空中交通管理辦法》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，為無人機產品設置了機場禁飛區和限飛區，但無人機入侵事情仍然頻發，從法律法規、設置禁飛區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層面上實現對闖入無人機的管控。
二 、 反無人機系統設計思路
反無人機系統的設計是以探測發現和干擾拒止黑飛無人機為目的。在復雜的建筑結構、電磁信號環境下，如何實現對整個區域無盲區的無人機防御，反無人機系統本身電磁信號對防護區域電子設施又不造成影響應該是設計的關鍵點。目前國內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；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，能夠對貼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，進行優勢互補，實現探測區域的全覆蓋，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，結合保護區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方案是最優選擇。
三 、反無人機系統 設計方案
3.1 反無人機系統 組成及工作原理
Accexp反無人機系統是具有自主知識產權的無人機防御系統。MSAUDS 無人機系統主要包括探測發現設備、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反無人機系統由探測單元、跟蹤單元、干擾單元以及后臺監控平臺組成。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、多技術融合探測的低空防護區域。同時，可在周界周圍部署光電跟蹤系統，根據探測裝置給出的目標位置，光電跟蹤系統能夠對目標進行跟蹤識別，視頻確認。系統部署固定射頻干擾器，通過后端監控平臺自動聯動，在偵測到無人機入侵后，自動發送干擾信號，迫使無人機降落或者返航。還可以根據現場情況，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 系統特點優勢
白名單 過濾 、甄別 入侵 目標。 。系統可對防護區域的電磁環境進行反復“學習”。在監控平臺中設置頻率白名單，過濾環境電磁干擾的影響，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 無盲區系統適用于全天候、全天時、復雜電磁環境和地理條件，采用多種探測器融合技術、打造從一維到三維立體無盲區防護體系。一體化的自動防控能力、 、 反向定位 操控者
系統集成了對入侵目標的探測、發現、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 的數據特征庫 ，與時俱進的更新擴容系統監控平臺數據庫具有市場主流無人機的數據特征庫，系統能直接判斷出入侵無人機的品牌型號，數據庫內容更新與時俱進。模塊化 設計、 根據不同應用 靈活組建方案系統設備采用模塊化設計并提供豐富的接口，可根據不同的應用場景選配探測前端和干擾裝置、組建最適用的系統方案。
3.3 系統部署 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； 3. 應用于 機場、油庫場景 的 反無人機系統的部署 （頻譜探測+ + 干擾裝置 在本方案中體現 ） 。 便攜式 音頻 頻譜+ + 光電跟蹤 反無人機系統便攜式音頻頻譜探測+光電跟蹤系統主要是監測無人機漿翼轉機發出的聲響來判斷防護區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，能夠對貼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，保密室等小型區域的無人機防御。
在探測系統安裝初期，系統會利用各種類型無人機對反無人機防御系統進行反復訓練，優化系統數據，并將其保存在特征數據庫里，設置當地頻率白名單。當有無人機靠近，系統能夠根據特征數據庫的數據和現場數據的比較來進行判別，從而發現目標，發現并告警。同時避免環境電磁干擾引起誤報虛報。監控中心完成對所轄范圍內的監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，并實現應急聯動，監控中心可使用一臺筆記本或整合到現有安全系統中，也可以安裝到移動終端中實現實時監控及時報警。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
車載式反無人機系統由探測單元、跟蹤單元、干擾單元以及后臺監控平臺組成。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。系統探測單元發現入侵目標后，跟蹤單元鎖定目標，并通過監控中心解算目標當前位置信息，同時啟動干擾裝置轉動轉臺調整發射角度，達到將入侵目標驅離，原地降落捕獲等效果。
車載式反無人機系統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，形成臨時動態的黑飛無人機防護區域。主要應用于重要政要出行、物質押運、大型商業活動等場景。
3.3.3 應 用于機場、油庫場景的反無人機系統
以我公司為武漢天河機場設計的反無人機系統為例，天河機場長 5 公里、寬 2.5公里，我們為天河機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°旋轉轉臺，通過程序控制轉臺水平循環掃描，俯仰向固定角掃描，可形成機場外半徑5km 的防護區域，起到同時監控飛機起降面的效果。由于雷達特性，機場內必然存在雷達盲區，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，實現無盲區監控，干擾裝置采用 2-3 套（根據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，通過監控中心實現與探測設備的聯動機制。另外，對于機場密集建筑區域，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控，到達三維立體的無盲區防御效果。
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，該方案可同時實現對機場外半3km區域的防御覆蓋。另外對于機場密集建筑區域，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控，同樣到達三維立體的無盲區防御效果。后端管理平臺通過計算機網絡連接多個前端系統，來實現對機場的全方位管控。后端管理平臺通過計算機網絡連接多個前端系統，來實現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 系統功能實現
MSAUDS 多傳感器融合無人機系統通過采取多傳感器融合、信息快速傳遞和聯網、智能化監測等技術手段，解決全天時、全天候及復雜背景下快速發現、報知、跟蹤、定位異常目標的問題。系統主要具有搜索發現、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 發現 與反向定位
系統采用音頻探測、頻譜探測、雷達掃描等多種傳感器集成探測技術，可按實際需求選擇布防前端探測設備，實現全方位、全天候搜索發現和探測低空、超低空等防衛區域內的活動目標，同時利用頻譜探測的特性可實現對防護周邊范圍內的操控者進行反向定位。系統通過光纖網絡等通信設備實現監控前端和監控平臺的連接，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域內的活動目標，通過監控屏幕實時顯示防衛區域內報知的活動目標的運動軌跡，并通過光電跟蹤系統對其進行圖像識別、顯示和存儲。系統可在電子地圖上顯示監控前端探測監控范圍。通過各種前端探測設備聯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、報警線，可對報警區內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 設備產品介紹
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，可采用多個頻譜探測設備組網，根據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：
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米內通過的無人機。主要用于密集區域的補盲。
性能參數：
麥克風陣列數量：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、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射組件、頻綜及調制組件、接收組件、大率開關組件、信號處理組件、數據處理組件等。可通過“蜂窩”區域組網方式實現大面積的覆蓋。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：
轉動范圍：方位 0°～360°，俯仰-35°～65°；
轉動速度：≥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。
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：
轉動范圍：方位 0°～360°，俯仰-35°～65°；
轉動速度：≥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/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
反無人機系統平臺主界面如下圖。通過電子地圖，能夠直觀的對系統防范區域進行管理。能夠在地圖上直觀了解系統探測情況、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，所有相關信息集中在一個服務器上。集中式系統可以全面，復雜地安裝幾乎無限數量的傳感器。
在 PC 上系統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。界面結構清晰，使得用戶可以管理全面，復雜的系統。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。防區電子地圖可以按比例尺縮放，并和防區圖配合，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。很容易協調應對措施，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量的前端探測設備或檢索照片或視頻等數據。監視空域可在 PC 或平板電腦上實時查看。一個屏幕上多個現場視圖，檢測您的保護區。同時觀看不同來源的多個現場視圖。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的靈敏度。此外，可以優先考慮現場的不同區域。當檢測到威脅時，系統將通過短信，電子郵件，網絡消息（TCP/ IP）通知，系統也可以集成到商用報警器系統，通過簡單網關協議（SNMP）和這些系統聯動
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