孫明權(quán) 武治河

近年來，由于操作簡單、使用門檻低、應(yīng)用范圍廣，民用無人機(jī)產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，但隨之而來安全問題也日益突出。2017年4月以來，我國成都、昆明等機(jī)場多次發(fā)生“無人機(jī)擾航”事件，共造成上百架航班備降，嚴(yán)重威脅航空安全。此外，無人機(jī)偷拍侵犯隱私、竊取情報、墜機(jī)傷人、被犯罪分子利用（走私、販毒、暴恐、劫獄）、甚至用于戰(zhàn)爭等事件不斷進(jìn)入人們的視線。無人機(jī)監(jiān)管不足已引起社會各界的擔(dān)憂和重視，政府和業(yè)內(nèi)各界都在積極探索合理的方法，以加強(qiáng)和完善無人機(jī)的監(jiān)管。

國內(nèi)外監(jiān)管技術(shù)研究現(xiàn)狀

從監(jiān)管的角度，無人機(jī)可分為合作類無人機(jī)和非合作類無人機(jī)。合作類是指遵循既定規(guī)則之下運(yùn)行的無人機(jī)，其安全責(zé)任人主動通過某種技術(shù)手段按照一定頻率實時上報飛行動態(tài)，以接受監(jiān)管部門的監(jiān)視與管理；非合作類是指挑戰(zhàn)既定規(guī)則運(yùn)行的無人機(jī)，有關(guān)部門對此類無人機(jī)除了需能探測和監(jiān)視外，還應(yīng)具備防御和反制能力。

無人機(jī)監(jiān)管需要技術(shù)手段支撐。國外針對無人機(jī)監(jiān)管已開展多項關(guān)鍵技術(shù)研究，比較知名的一些監(jiān)管系統(tǒng)有：谷歌、亞馬遜等公司協(xié)助美國宇航局（NASA）研發(fā)的無人機(jī)空中交通管理（UTM）系統(tǒng)、法國空客公司研發(fā)的反無人機(jī)系統(tǒng)、英國研發(fā)的反無人機(jī)防御系統(tǒng)（AUDS）、意大利賽雷斯公司研制的獵鷹防護(hù)盾反無人機(jī)系統(tǒng)、丹麥研發(fā)的GROK反無人機(jī)系統(tǒng)、以色列拉斐爾公司研發(fā)的無人機(jī)穹頂（Drone Dome）系統(tǒng)等。國外針對無人機(jī)監(jiān)測、反制技術(shù)的研究及產(chǎn)品相當(dāng)獨(dú)立化，還沒完全形成一體化的安全監(jiān)管技術(shù)體系。整體上，國外在合作類和非合作類監(jiān)管系統(tǒng)的理念和產(chǎn)品研制都落后于我國。

合作類無人機(jī)監(jiān)管技術(shù)

對于合作類民用無人機(jī)，可用于監(jiān)管的技術(shù)主要有二次雷達(dá)（Secondary Surveillance Radar，SSR）、廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（Automatic Dependent Surveillance –Broadcast，ADS-B）和基于移動運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星通信鏈路技術(shù)的無人機(jī)云系統(tǒng)。

（1）二次監(jiān)視雷達(dá)

航管二次雷達(dá)，也叫空管雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)（Air Traffic Control Radar Beacon System，ATCRBS）。該系統(tǒng)由地面雷達(dá)站詢問機(jī)和飛機(jī)機(jī)載應(yīng)答機(jī)組成，在“一問一答”過程中完成識別，管制員從二次雷達(dá)上能夠獲取飛機(jī)的二次雷達(dá)應(yīng)答機(jī)代碼、飛行高度、飛行速度、航向等參數(shù)，二次雷達(dá)探測距離一般在300～370km。

機(jī)載應(yīng)答機(jī)價格較高、一般體積和重量較大，可適應(yīng)于中大型無人機(jī)，如用于可載重3t的干支線物流快遞的無人機(jī)。另外，應(yīng)答機(jī)代碼數(shù)量少，編碼有4位，每一位上有0～7的八個數(shù)字可選，共4096個，有些特殊編碼有特定含義，如1200、2000、7500、7600、7700。對于龐大的無人機(jī)基數(shù)來說，其編碼數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

（2）廣播式自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)

在航空業(yè)，裝配廣播式自動相關(guān)監(jiān)視設(shè)備的飛機(jī)，可以自動地向一定范圍內(nèi)的其他飛機(jī)或地面站廣播飛機(jī)的地理位置、高度、速度、航向、識別號等信息，以供管制員對飛機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。廣播式自動相關(guān)監(jiān)視設(shè)備小型化和微型化使得現(xiàn)有無人機(jī)配備廣播式自動相關(guān)監(jiān)視成為可能。agetech XP系列廣播式自動相關(guān)監(jiān)視應(yīng)答機(jī)，信用卡大小，重量僅100g，功耗低，可在2萬米高空以下使用，而uAvionix研發(fā)的廣播式自動相關(guān)監(jiān)視接收器pingRx，僅重1.5克。安裝廣播式自動相關(guān)監(jiān)視輸入接收端的無人機(jī)不僅能起到警告作用，緊急情況下還能強(qiáng)制無人機(jī)進(jìn)行避讓。但當(dāng)前市場上絕大部分無人機(jī)均在視距內(nèi)飛行，此類無人機(jī)無需配備廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)，如果將這類無人機(jī)納入民航廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)中，則系統(tǒng)將不堪重負(fù)。

（3）無人機(jī)云系統(tǒng)

在2015年10月西安國際通航大會上，青島云世紀(jì)信息科技有限公司率先公開展示了無人機(jī)監(jiān)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)由用戶移動端APP、空管系統(tǒng)ATC監(jiān)管端和行業(yè)用戶Web端組成，該系統(tǒng)最大亮點還在于可以接入現(xiàn)有民航空管自動化系統(tǒng)中，理念和實現(xiàn)領(lǐng)先于國外。

為加強(qiáng)對無人機(jī)的監(jiān)管，中國民用航空局飛標(biāo)司2015年12月29日頒布的《輕小無人機(jī)運(yùn)行規(guī)定（試行）》首次提出“無人機(jī)云系統(tǒng)”的概念。該概念已輸出至國際民航組織，在全球范圍內(nèi)得以應(yīng)用。無人機(jī)云系統(tǒng)是指輕小型民用無人機(jī)運(yùn)行動態(tài)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用于向無人機(jī)用戶提供航行服務(wù)、氣象服務(wù)等服務(wù)，對民用無人機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)（包括運(yùn)營信息、位置、高度和速度等）進(jìn)行實時監(jiān)測。截止到2018年3月，中國民用航空局共授權(quán)6家無人機(jī)云系統(tǒng)運(yùn)營商。目前，無人機(jī)的實時位置和狀態(tài)信息獲取主要通過移動網(wǎng)絡(luò)。具體實施一般有兩種方式，一種是無人機(jī)云系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，另一種是無人機(jī)外掛微型智能定位傳輸設(shè)備，如U-Care Agent。

（4） 電子圍欄

電子圍欄是指為阻擋即將侵入特定區(qū)域的航空器，在相應(yīng)電子地理范圍中畫出特定區(qū)域，并配合飛行控制系統(tǒng)、保障區(qū)域安全的軟硬件系統(tǒng)。2017年10月20日，中國民用航空局發(fā)布了《無人機(jī)圍欄》民航標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了無人機(jī)圍欄的范圍、構(gòu)型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、性能要求和測試要求等。在技術(shù)方面，電子圍欄主要包括兩種：一是基于無人機(jī)云系統(tǒng)的電子圍欄，在系統(tǒng)上劃設(shè)電子圍欄，無人機(jī)云系統(tǒng)監(jiān)管端對趨勢侵入和侵入圍欄內(nèi)的無人機(jī)提供預(yù)警提醒和告警功能。二是通過無人機(jī)飛控端內(nèi)置數(shù)據(jù)模塊，實現(xiàn)基于無人機(jī)機(jī)載的電子圍欄。機(jī)載電子圍欄主要由無人機(jī)廠商自行設(shè)置，使無人機(jī)在電子圍欄內(nèi)無法起飛或無法超過限飛高度等，數(shù)據(jù)要求定期在線或離線更新。目前，國內(nèi)有些生產(chǎn)商宣稱生產(chǎn)的無人機(jī)均內(nèi)置電子圍欄，但大多數(shù)無人機(jī)廠商尚未實現(xiàn)。

非合作類無人機(jī)監(jiān)管技術(shù)

對非合作類無人機(jī)的處置主要分為監(jiān)測/探測和處置/反制兩個階段，相應(yīng)可分為監(jiān)測技術(shù)和反制技術(shù)?？尚械闹鲃犹綔y技術(shù)包括雷達(dá)探測、光電及紅外攝像平臺探測、無線電監(jiān)測、聲音識別等；主動處置手段包括定向射頻（電磁）抑制/干擾、物理摧毀/捕捉、接管迫降等。美國巴德學(xué)院無人機(jī)研究中心近期發(fā)布了一份反無人機(jī)系統(tǒng)市場報告，報告列出了來自33個國家的155家制造商提供或正在研發(fā)的超過235種反無人機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品，有88種（37%）僅具備探測功能，有79種（34%）僅具備攔截功能，有65種（28%）可具備探測和攔截兩種功能。

（1） 無線電監(jiān)測技術(shù)

隨著無人機(jī)對社會公共安全的威脅越來越大，對無人機(jī)主動探測需求日益增加，各類研究機(jī)構(gòu)和廠家紛紛加大了無人機(jī)監(jiān)測技術(shù)的研究。當(dāng)前無人機(jī)監(jiān)測技術(shù)主要分為頻譜監(jiān)測、低空雷達(dá)、聲光電監(jiān)測三大類。

1） 頻譜監(jiān)測技術(shù)

無人機(jī)頻譜監(jiān)測技術(shù)是指利用無線電接收裝置，探測無人機(jī)無線電通信鏈路，通過無線電頻率掃描特征識別和解碼，來偵測、定位監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的無人機(jī)。常用的無人機(jī)頻譜監(jiān)測設(shè)備有以下幾類：

一是接收無人機(jī)廣播信號，通過已知通信協(xié)議，獲取空中無人機(jī)的準(zhǔn)確位置信息、飛行高度、速度、方向、機(jī)型、SN碼、起飛點地址等信息，并通過網(wǎng)絡(luò)上報至遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行實時展示與數(shù)據(jù)處理，如北京智宇翔云的云哨，但該設(shè)備僅能識別大疆品牌系列無人機(jī)。

二是通過建立無人機(jī)頻譜特征庫，利用高性能定向天線接收電磁波，對無線電頻率特征識別，測定電波來波方向，通過幾個位置不同的測向站（臺）組網(wǎng)測向，或用移動測向站，在不同位置依次分時交測。無線電測向一般有以下幾種方法：幅度比較式、干涉儀、到達(dá)時間差等，偵測頻率范圍可涵蓋9 kHz～20GHz，捕獲各種型號的無人機(jī)信號，根據(jù)無人機(jī)發(fā)射信號的功率，覆蓋范圍寬可達(dá)幾千米。目前，利用該方式的產(chǎn)品僅能定位無人機(jī)方位和距離，無高度信息。著名頻譜儀器和天線生產(chǎn)商安諾尼、安捷倫等均發(fā)布了相應(yīng)產(chǎn)品。因測向天線受制于人，國內(nèi)廠商同類產(chǎn)品大同小異。

三是采用頻譜監(jiān)測設(shè)備多站組網(wǎng)，通過頻譜特征識別出無人機(jī)后，通過波達(dá)方向估計（DOA）、波達(dá)時間差定位（TDOA）等無線電定位算法確定無人機(jī)的位置信息。通過4站以上定位，基本可確定無人機(jī)位置和高度信息。青島云世紀(jì)信息科技有限公司研制的基于無線電監(jiān)測組網(wǎng)技術(shù)的無人機(jī)頻譜監(jiān)測系統(tǒng)于2017年9月在第七屆中國國際無人駕駛航空器大會暨展覽會上首次亮相，現(xiàn)已分別在某部隊營區(qū)和監(jiān)獄實際部署。

2）低空探測雷達(dá)

雷達(dá)一直是航空器探測的重要方式。國內(nèi)相關(guān)院所和企業(yè)一直在不斷探索針對“低、慢、小”航空器的低空探測雷達(dá)，因民用輕小型無人機(jī)的雷達(dá)反射截面（RCS）小，例如很多消費(fèi)型無人機(jī)的雷達(dá)反射截面小于0.01m2，業(yè)內(nèi)普遍選用常作軍用火控雷達(dá)的厘米波（大多為X波段、Ku波段或Ka波段）作為無人機(jī)探測雷達(dá)的工作波段。相比普通雷達(dá)，無人機(jī)低空探測雷達(dá)通常采用全固態(tài)全相參脈沖多普勒有源相控陣?yán)走_(dá)，其搜索精度高、數(shù)據(jù)更新快、故障率低，可有效濾除地雜波的影響，對低空飛行的無人機(jī)有較好的探測效果，但價格較高。國內(nèi)多家之前從事軍用雷達(dá)研制的院所已研制出針對微小型無人機(jī)的雷達(dá)探測系統(tǒng)，性能較好，基本可監(jiān)測無人機(jī)范圍可達(dá)2km以上。

3）聲光監(jiān)測技術(shù)

聲光監(jiān)測技術(shù)是利用聲學(xué)傳感器，識別聲音庫中存儲的無人機(jī)獨(dú)特引擎聲，輔以光電和紅外攝像機(jī)手段來定位無人機(jī)。無人機(jī)的飛行高度比較低，飛行速度慢，其聲音和影像相比高空高速飛行物更容易被地面?zhèn)鞲衅鹘孬@。因此，可將聲音傳感器和高清（紅外）攝像頭等光學(xué)傳感器部署于防控區(qū)域外圍。當(dāng)聲音傳感器監(jiān)聽到聲音后，可通過數(shù)據(jù)庫比對，從而發(fā)現(xiàn)無人機(jī)，也可控制光學(xué)傳感器進(jìn)行搜索確認(rèn)，從而實現(xiàn)對無人機(jī)的監(jiān)測。聲音監(jiān)測單一技術(shù)應(yīng)用有效距離短，一般不足100m。美國Drone Shield公司最早宣傳利用聲音感知技術(shù)來探測無人機(jī)。北京理工全盛科技有限公司研制生產(chǎn)的BAT-Capturer集成了音頻偵測器、Wi-Fi頻譜偵測器、廣角攝像機(jī)、近紅外攝像機(jī)等多種傳感器，可對500m范圍內(nèi)入侵無人機(jī)進(jìn)行預(yù)警，對100m半徑核心區(qū)域進(jìn)行全天候?qū)崟r偵測和報警，并已在四川某監(jiān)獄得以實際應(yīng)用。

（2）無人機(jī)反制技術(shù)

面對“黑飛”等非合作無人機(jī)帶來的威脅，現(xiàn)有常規(guī)武器裝備通常無法對其實施有效地攔截處置。早期有人設(shè)想過用無人機(jī)反制無人機(jī)，即在無人機(jī)上掛載網(wǎng)槍，當(dāng)發(fā)現(xiàn)“黑飛”無人機(jī)后發(fā)射繩網(wǎng)將其捕獲。反制無人機(jī)的手段主要有干擾阻斷、物理摧毀和監(jiān)測控制等，主流的無人機(jī)反制技術(shù)以下幾種：

1）電磁干擾技術(shù)

干擾阻斷類主要通過信號干擾、聲波干擾等技術(shù)來實現(xiàn)。目前，市面上無人機(jī)的控制多使用無線電干擾技術(shù)，通過向目標(biāo)無人機(jī)發(fā)射大功率干擾信號，對無人機(jī)控制信號或衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行壓制，使無人機(jī)迫降或返航。此類設(shè)備主要針對900MHz、2.4GHz和5.8GHz等無人機(jī)常用工作頻段和衛(wèi)星導(dǎo)航頻段。利用電磁干擾技術(shù)的無人機(jī)反制設(shè)備有便攜式反制設(shè)備、固定式（陣地式）反制設(shè)備、云臺式反制設(shè)備等。

便攜式反制設(shè)備通常使用定向天線和內(nèi)置電池，體積小、重量輕，便于單兵攜帶使用；固定式（陣地式）反制設(shè)備通常使用大功率全向或定向天線，一般用于在一定區(qū)域內(nèi)部署無人機(jī)電子圍欄，使區(qū)域外的無人機(jī)無法飛入，區(qū)域內(nèi)的無人機(jī)無法起飛；云臺式反制設(shè)備是將定向天線裝在云臺上，通常作為無人機(jī)偵察、打擊一體化系統(tǒng)的組成部分，可以根據(jù)系統(tǒng)偵測到的無人機(jī)位置信息，自動向目標(biāo)發(fā)射干擾電磁波進(jìn)行反制。國內(nèi)電磁干擾技術(shù)產(chǎn)品走在國際前列，在各類展會上、大型活動安保上均能看到此類產(chǎn)品的身影。

2）GPS誘騙技術(shù)

由于無人機(jī)接收GPS信號總是以信號最強(qiáng)的信號源為準(zhǔn)，只要偽造一個強(qiáng)度大的GPS信號，就可以覆蓋真正的衛(wèi)星GPS信號，從而欺騙無人機(jī)的GPS接收模塊。GPS誘騙技術(shù)就是利用了這個原理向無人機(jī)的控制系統(tǒng)發(fā)送虛假的地理位置坐標(biāo)，從而控制導(dǎo)航系統(tǒng)，誘導(dǎo)無人機(jī)飛向錯誤的地點。GPS誘騙信號產(chǎn)生方式有兩種：一是GPS信號錄制方式，是指誘騙設(shè)備接收到目標(biāo)GPS信號后進(jìn)行錄制、存儲，然后播放給目標(biāo)無人機(jī)，使其定位錯誤；二是使用信號發(fā)生器模擬一組偽造的導(dǎo)航衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)電文和信號直接，向目標(biāo)無人機(jī)發(fā)射，使其定位錯誤。國內(nèi)使用GPS誘騙技術(shù)并公開展示的產(chǎn)品主要有ADS2000基站式無人機(jī)誘騙防御系統(tǒng)。

（3）激光技術(shù)

反無人機(jī)激光武器主要用于軍事領(lǐng)域，可以向目標(biāo)無人機(jī)發(fā)射一道高能激光照射，在數(shù)秒內(nèi)致其燒毀。目前，多個國家研制了高精度激光武器系統(tǒng)，例如國內(nèi)的“低空衛(wèi)士”系統(tǒng)、“要地近距凈空防御系統(tǒng)”以及歐洲導(dǎo)彈集團(tuán)德國公司研發(fā)的反無人機(jī)激光武器系統(tǒng)等。2017年11月26日，“要地近距凈空防御系統(tǒng)”在實裝測試中進(jìn)行了激光遠(yuǎn)程打擊無人機(jī)演示。

發(fā)展趨勢

通過上述各種無人機(jī)監(jiān)管技術(shù)分析，可以看出任何單一技術(shù)都有優(yōu)勢和不足，在實際應(yīng)用中應(yīng)形成互補(bǔ)。根據(jù)目前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，無人機(jī)監(jiān)管技術(shù)在未來的發(fā)展中會呈現(xiàn)出以下幾點趨勢。

（1）基于云架構(gòu)的合作類無人機(jī)監(jiān)管平臺

基于民用無人機(jī)監(jiān)管體系框架，綜合運(yùn)用二次雷達(dá)、廣播式自動相關(guān)監(jiān)視、移動網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信鏈路等多手段與多目標(biāo)綜合監(jiān)視技術(shù)，基于云計算、云存儲和區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)合作目標(biāo)民用無人機(jī)從接入、識別、定位、監(jiān)視、管理和服務(wù)等全過程的無人機(jī)監(jiān)管平臺。

（2）基于多元探測復(fù)合攔截的非合作無人機(jī)防控技術(shù)

針對重點保護(hù)區(qū)域可能出現(xiàn)的非合作無人機(jī)目標(biāo)，綜合利用頻譜、雷達(dá)和聲光電等多種技術(shù)手段，突破城市復(fù)雜環(huán)境下多元傳感器目標(biāo)識別/協(xié)同探測/綜合識別技術(shù)，構(gòu)建支撐多體制探測、多手段攔截的協(xié)同防控網(wǎng)絡(luò)，確保重點區(qū)域的安全。

（3）無人機(jī)大數(shù)據(jù)預(yù)警潛在的威脅

通過無人機(jī)整機(jī)或部件在生產(chǎn)、銷售、流通和應(yīng)用等整個產(chǎn)業(yè)鏈中，每一個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都可為無人機(jī)反恐安全分析提供數(shù)據(jù)支撐，同時區(qū)塊鏈技術(shù)將確保上述數(shù)據(jù)可信且不可更改與刪除。

（4）合作類和非合作類無人機(jī)監(jiān)管技術(shù)融合應(yīng)用

合理的無人機(jī)監(jiān)管平臺需將合作類無人機(jī)監(jiān)管技術(shù)與非合作類監(jiān)管技術(shù)融合一體，使任何時候運(yùn)行中的無人機(jī)都可被監(jiān)視，以確保合作類無人機(jī)飛行過程中一旦發(fā)生特情時依然可被監(jiān)視，避免其對其他飛行中的無人機(jī)造成安全威脅。

結(jié)束語

雖然當(dāng)前無人機(jī)技術(shù)發(fā)展遙遙領(lǐng)先于監(jiān)管技術(shù)的發(fā)展，但隨著科技發(fā)展，無論是合作類監(jiān)管技術(shù)還是非合作類監(jiān)管技術(shù)也都將進(jìn)一步發(fā)展。監(jiān)管技術(shù)的發(fā)展將為無人機(jī)的規(guī)范應(yīng)用帶來更多技術(shù)保障。同時，我國也應(yīng)從政策和管理上完善對無人機(jī)的監(jiān)管，使民用無人機(jī)產(chǎn)業(yè)健康、有序、良性發(fā)展。