文/何昌見 鐘鑫（公安部第一研究所）

警用裝備分類與現(xiàn)狀（上）

文/何昌見 鐘鑫（公安部第一研究所）

圖1 警用四旋翼無人機

警用裝備門類眾多，根據(jù)專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域分類可以分為以電子信息技術(shù)為核心的信息化警用裝備、以高分子材料學為核心技術(shù)的警員個體防護裝備、以機電一體化為核心技術(shù)的警用武器等。根據(jù)其用途和使用場合大體可以分為：機動與偵察類警用裝備、非致命武器類、安檢與救援類、防護類等幾大門類。技術(shù)發(fā)展趨勢正從傳統(tǒng)的非致命武器、防護器具、破拆器具，向電子化、信息化的方向發(fā)展。隨著MEMS、AR、VR技術(shù)的發(fā)展，警員單體裝備又衍生出了MEMS傳感器的慣導技術(shù)、警員姿態(tài)傳感器定位解算技術(shù)、警員虛擬視覺技術(shù)、警員跌落預警技術(shù)等。下面就警用裝備的場合和用途，分五大類對不同門類的警用裝備進行介紹。由于每種門類的產(chǎn)品眾多，每個門類挑選一種典型產(chǎn)品進行介紹，用于分析該類型產(chǎn)品的使用特點和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)況。

一、機動與偵察類警用裝備

我國警用航空是以直升機為主要裝備、在空中執(zhí)行警務(wù)任務(wù)的新技術(shù)裝備警種，與其他警種相比，有機動速度快、靈活性強、監(jiān)控范圍大、適用領(lǐng)域廣、威懾力強的突出優(yōu)點。我國警用航空的實戰(zhàn)應(yīng)用始于20世紀90年代初期。目前，北京、上海、重慶、山西、廣東、陜西、南京等地公安機關(guān)都建立了警用航空力量，購置各型直升機近30架。目前我國的警用飛機存在購置和使用費用昂貴、專業(yè)人員缺乏等困境，而無人機由于具有使用和采購費用低、使用方法靈活等特點，完全可以替代警用有人機完成除人員運輸外的其他任務(wù)。我國對有人飛機的航空管制非常嚴格，并且有人飛機高昂的租賃費用以及安全隱患是一般機構(gòu)所無法承受的。小型無人機已經(jīng)廣泛應(yīng)用于應(yīng)急處突、高空投擲、空中偵察、消防救援等任務(wù)中。在任務(wù)的執(zhí)行中，奪取制空權(quán)有著舉足輕重的作用，公安干警可以利用空中優(yōu)勢支援地面行動，阻止犯罪活動。但是，無人機也存在著續(xù)航時間、非視距控制、飛行高度、抗風能力、負載能力等諸多技術(shù)問題。傳統(tǒng)的航模式的固定翼式無人機往往不能奏效，針對犯罪現(xiàn)場的復雜情況，近年來一些技術(shù)先進的國家研制了能自動懸停、垂直起降的多旋翼式無人機。因此多旋翼式無人機異軍突起，特別是具有掛載倉的無人機可以通過搭載攝像設(shè)備、拍照設(shè)備、非致命武器等成為公安打擊犯罪的利器。多旋翼警用無人機以其成本低、掛載能力強的特點，越來越得到人們的關(guān)注。考察一種無人機的性能優(yōu)劣，可以從無人機所承受的特殊力矩、航跡規(guī)劃能力、穩(wěn)定與自動控制能力三方面著手。多旋翼式無人機在機動性上存在優(yōu)勢，由于沒有采用三通道自動駕駛，所以結(jié)構(gòu)簡單，成本低，在實際應(yīng)用中要注意對陣風的抗干擾能力，同時，對于精確導航和定位的能力也有待提高。其大容量的掛載倉，可以使其改裝成多種警用空中裝備。為了使飛控平臺的控制效果更好，可以試圖讓無人機在多種不同的飛行模式下飛行。

系統(tǒng)的可靠性對于無人機至關(guān)重要，系統(tǒng)的可靠性一方面可以靠選用更可靠的器件、提高集成裝配水平來實現(xiàn)，另一方面可以同時重復加固設(shè)計來實現(xiàn)。圖像傳感器具有感知復雜環(huán)境的能力，這些優(yōu)點是GPS所不具備的，基于視覺的導航將是GPS導航的一個重要補充。視覺導航通過提取地面線狀、點狀標志性目標，給出飛機的位置、速度、航向及障礙物信息。在實際應(yīng)用中，還需要解決圖像振動、圖像處理、實時性及其與組合導航系統(tǒng)有效融合的問題。

目前，多旋翼式直升機仍屬國際先進技術(shù)，只有美國、英國、日本、加拿大、瑞典等少數(shù)幾個國家掌握，由于多旋翼式直升機在反恐領(lǐng)域的應(yīng)用價值，這些技術(shù)是長期對我國封鎖和保密的，因此我們急需研制擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的微小型無人直升機。這迫切需要我們公安科研人員自主創(chuàng)新，打破發(fā)達國家的技術(shù)封鎖。

二、非致命武器類警用裝備

非致命武器的種類繁多，現(xiàn)就比較典型的警用定向強聲裝置進行舉例說明。警用定向強聲裝置是一種能夠在具有執(zhí)法記錄功能的操作儀的控制下，向目標方向發(fā)射強烈震撼的警告聲和高強分貝的語音聲束的裝置。該裝置是一種大功率聲波定向遠程傳輸設(shè)備，能夠?qū)⒏吣芰柯暡衅饋戆l(fā)射到指定的方向，如果發(fā)出的聲壓級足夠高，它就成為一種新型的聲學非致命性武器，所發(fā)出的強大聲能會對目標造成身體傷害和使其產(chǎn)生極大的心理恐懼，從而實現(xiàn)對特定區(qū)域內(nèi)的遠距離廣播、警告、威懾及驅(qū)散。警用定向強聲裝備的威力發(fā)揮是靠發(fā)射特定頻率的各種聲波，一般為噪聲。除常見的長短掃頻等噪聲外，還包括對遠距離言語交流的干擾壓制。干擾壓制的核心技術(shù)是基于目標語音的音段反轉(zhuǎn)掩蔽聲、語譜噪聲和調(diào)制語譜噪聲等信號來對目標區(qū)域進行言語信息交流的干擾壓制方法，從目標語音的幅度譜出發(fā)，結(jié)合能量掩蔽的理論，使得聽音人難于區(qū)分目標語音的信號，達到干擾目標對象交流的目的?；谡Z音的掩蔽信號方法是通過對音段反轉(zhuǎn)言語和目標語音的相似性導致的信息掩蔽效應(yīng)進行研究，深入分析影響言語可懂度的因素，將干擾信號所需的能量在原有白噪聲基礎(chǔ)上降低8至10dB，大幅度提高了警用定向強聲裝置用于言語交流干擾壓制的作用距離。

目前對該類裝備尚無一套科學完整的檢測方法，各廠家產(chǎn)品中的聲學指標等無法得到準確認證，其效能及對人的影響無法進行定性定量的評價。這對定向強聲這種具有非致命性打擊能力的警用裝備來說，在技術(shù)體系中是一個缺陷。因此需要國內(nèi)的科研機構(gòu)在研制過程中不斷地探索總結(jié)出一套針對警用定向強聲裝置聲學指標的科學測量方法。結(jié)合生物機理試驗，對所研制裝備的性能指標和使用的安全性進行有效的評價。這也為公安系統(tǒng)引進同類產(chǎn)品時進行科學評價打下了基礎(chǔ)。警用定向強聲裝置可廣泛地應(yīng)用于惡劣環(huán)境下對目標人群的通信、指揮、搜救和疏散；警告與驅(qū)散暴亂、示威人群，必要時對其進行聲波降服、海上船舶反恐護航與人員搜救任務(wù)、機場驅(qū)鳥等領(lǐng)域，為公安、武警、機場等提供了一種非致命性特殊用途的裝置。

三、安檢排爆類警用裝備

根據(jù)公安部統(tǒng)計，上世紀80年代我國平均每年發(fā)生爆炸案件2000多起，爆炸事故2000多起。90年代以來，平均每年發(fā)生爆炸案件3000多起。1998年3226起，1999年發(fā)生3646起，2000年4074起，每年都以12%的速度遞增。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，爆炸物的無毀傷探測是安檢排爆的主要任務(wù)，非線性結(jié)點探測器就是其中一種比較有代表性的裝備。非線性結(jié)點探測器(又名諧波雷達）是應(yīng)用半導體PN結(jié)非線性散射原理，通過探測目標結(jié)點散射的諧波，探測和定位電子違禁物的儀器，主要應(yīng)用在安檢排爆、排查密拍密錄設(shè)備等領(lǐng)域。非線性結(jié)點探測器最早出現(xiàn)在上世紀六七十年代。起初美國軍方使用非線性結(jié)點探測器來探測金屬目標，比如埋于地下的地雷。英國、俄羅斯等國也在這方面開展了深入的研究工作，而我國從80年代開始對這方面開展研究工作。在我國公安科研機構(gòu)研發(fā)出第一款自主知識產(chǎn)權(quán)的900MHz非線性結(jié)點探測器前，公安行業(yè)主要依賴國外產(chǎn)品，整個行業(yè)也沒有形成行業(yè)標準和使用規(guī)范，圖2是幾款國外產(chǎn)品，圖3是我國公安系統(tǒng)自主開發(fā)的非線性結(jié)點探測器。

圖2 國外研制的非線性結(jié)點探測器

圖3 我國自主研制的非線性結(jié)點探測器

爆炸恐怖活動已經(jīng)成為當今世界恐怖活動最主要的表現(xiàn)形式。由于爆炸物安放的位置普遍比較隱蔽，為彌補普通安全檢查的漏洞，需要發(fā)展相應(yīng)的探測手段，非線性節(jié)點探測器作為電子引爆裝置的探測工具，在安檢排爆領(lǐng)域取得越來越廣泛的應(yīng)用。然而，公安一線民警在使用非線性節(jié)點探測器對爆炸物電子引爆裝置進行探測時，時常存在誤報和誤觸發(fā)的現(xiàn)象。這主要是由于當金屬目標接受入射基波能量時，在其非線性結(jié)兩端建立起端電壓，從而形成諧波誘導電流，這個電流通過目標自身的表面向外輻射，最后產(chǎn)生諧波散射場，當加在金屬結(jié)目標兩端的電壓變化時，金屬結(jié)目標再輻射的二次和三次諧波的強弱都會發(fā)生變化，并且當外加電壓大于某一個值（該值與氧化層的厚度有關(guān)）時，二次諧波（組合波）的強度會大于三次諧波（組合波）的強度，進而造成判斷目標是金屬結(jié)目標還是半導體目標時發(fā)生錯誤，影響了安檢排爆人員的作業(yè)效率。當目標上的信號功率過強時甚至可能觸發(fā)電子爆炸裝置，會威脅使用者的生命。如何將非線性節(jié)點探測器的發(fā)射功率按照使用者的意圖進行步進調(diào)節(jié)、將發(fā)射功率控制在有效的范圍內(nèi)、如何提高探測器的接收靈敏度、提高識別能力、如何提高探測器的諧波抑制比，是非線性節(jié)點探測器研發(fā)中幾個關(guān)鍵的技術(shù)問題。

為了確保爆炸物檢查工作能在安全的條件下進行，非線性探測技術(shù)的準確率和安全性就尤為重要，利用數(shù)字信號處理技術(shù)提高非線性探測器性能的方法有很多，具體每種方法的有效性，除了取決于算法本身以外和硬件實現(xiàn)方法也有很大關(guān)系，天線收發(fā)開關(guān)的選擇、接收機保護器的選擇、射頻衰減器的選擇、腔體濾波器的調(diào)試等技術(shù)都會直接影響到非線性節(jié)點探測的探測率和虛警率。在提高系統(tǒng)自身諧波抑制能力方面，功率回退法和前饋法是有效的設(shè)計方法，這些技術(shù)在非線性節(jié)點探測中的應(yīng)用在國內(nèi)外還處于研究階段，隨著這些技術(shù)的突破，非線性節(jié)點探測器在電子引爆裝置探測領(lǐng)域必然有更大的應(yīng)用前景。