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低小慢探测难题
来源:杏彩体育怎么样    发布时间:2024-03-06 10:16:46

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  近年来,随着低空空域管制的逐步开放和“低慢小”飞行器技术的快速的提升,“动力三角翼、轻型直升机、无人机等“低慢小”飞行器在消费娱乐及公共安保、航空测绘等领域获得广泛应用,个人及单位拥有数量也在持续不断的增加。同时,由于此类飞行器成本低廉、操作便捷、容易获取,易形成“黑飞”。某些无资质、未经审批的个人和单位利用无人机进行地面测绘的行为也对军、民航空中秩序及国家安全造成不小的影响和损失。

  “低慢小”飞行器,从字面意义理解,是低空、慢速、小型目标飞行器的统称。如严格划分标准,官方定义是:飞行高度在1000米以下,飞行时速小于200公里、雷达反射面积小于2平方米的各类飞行器。

  主要包括轻型飞机、超轻型飞机、含轻型直升机、超轻型直升机、滑翔机、三角翼、动力三角翼、载人热气球、飞艇、滑翔伞、动力滑翔伞、小型无人机、航空模型、无人驾驶自由气球、系留气球等类别。

  三角翼、滑翔伞等作为极限运动装备,需要在特定天气和地形条件下起飞,未安装动力装置,依靠气流飞行,需要人员操控,飞行距离和续航时间相对来说比较短。

  载人热气球、无人驾驶自由气球、系留气球等航空器飞行速度慢,飞行范围有限,飞行航迹不确定,主要在广告、航拍、娱乐等场景应用。

  轻型飞机、超轻型飞机、轻型直升机、超轻型直升机、滑翔机、动力三角翼、动力滑翔伞、飞艇等航空器具有动力装置,起降需要特殊场地。这些航空器需要飞行员驾驶,航程远、航时长。

  小型无人机通过地面控制站操控,航空模型由地面遥控装置控制。这两种无人航空器操控灵活性高、飞行速度较快。

  (一)民用机场跑道沿中心线公里范围内的净空保护区域,以及民航航路和航线;

  (三)军事管理区、党政机关、监管场所、能源生产供给、通信、交通枢纽、大型物资储备、危化品储存等重点要害部位、单位及其周边区域;

  “低小慢”目标具有飞行高度低、运动速度慢、雷达散射面积小等特点,其自身的这些特性决定了它难于利用单一探测手段对其进行探测,而探测是拦截与打击的必要前提。而实现全天时、全天候的有效探测、监控和打击,成了当前国际上反“低小慢”目标的技术难题。以无人机为例,下表对目前主要的拦截手段优缺点进行阐述对比。

  由表对比可见,作为全天候的探测设备,部署雷达是防控“低慢小”目标很有效的手段之一。随着国内针对无人机探测与防控赛事(“无形截击”等)的举办,目前针对“低慢小”无人机探测雷达设备的性能有了较快的提升,但是要应用在城市复杂环境目前仍有着亟待解决的问题。

  第一,无人机在楼宇之中低空飞行较难发现。监视空中目标的传统手段主要是依靠防空雷达,尽管现代化低空雷达可防范超低空来袭的巡航导弹和战机,但后两者并不能真正贴地高速飞行。低空雷达监视的“超低空”通常是指数十米以上300米以下的空域,而消费级无人机的飞行高度往往只有10多米,外加城市里高楼林立,更增加了雷达的探测盲区。此外,即便在雷达探测范围内,由于消费级无人机体积小,而且普遍采用非金属材质,雷达反射面积很小,再加上地面杂波的影响,很难在雷达屏幕上准确分辨。

  第二,如何有效的抑制杂波。城市环境中高楼林立,遍布四周的车辆行人,大量使用的电子设备也密布其中,这一些都会让雷达探测出来的杂波增多。杂波虚警会导致雷达探测出来的虚假航迹增多,当雷达探测出来的虚假航迹较多时很难区分出无人机目标。

  随着反制技术的不断的提高,当前,无人机反制领域已有诸多基于不同原理的反制技术,根据其作用形式的不同进行分类。

  目前,雷达探测技术是最主要的发现方式,利用无人机机身对电磁波的反射原理进行侦测定位,但由于无人机的结构材料一般会用高复合新材料,其透波性强,普通雷达难以探测。其次是无人机体积较小,对应的雷达散射面积也较小,致使雷达难以探测到无人机,即便探测到可能也已经距离很近难以做出一定的反应。再次是无人机产生的回波微弱与飞鸟等物体的特征相似,增加了雷达识别的难度。同时,由于无人机受低空及地面强杂波影响大,复杂环境下易造成电磁波遮挡,加大了雷达的探测难度,故雷达探测杂波抑制技术、雷达分布式组网技术的发展就显得十分重要。

  光电识别跟踪技术是利用可见光或红外传感器对目标反射或辐射的光波差异来探测识别无人机。鉴于无人机具有飞行高度低、速度慢、体积小的特点,现阶段对无人机的侦测多依赖于红外探测、光学成像方式,但仍存在技术局限性。

  无线电监测技术是对侦察到的电磁信号进行监测并采集,通过对其飞控及图传信号频谱特征的分析,确定无人机机型及其特征,同时能侦测定位到无人机的操作人员,是目前进行无人机探测、识别较为有效的方法之一。

  声音监测技术是利用高灵敏度的声音传感器,对无人机在飞行过程中产生的声音信号进行接收、侦测,将采集的声音信号同事先保存的无人机音频数据库进行匹配,实现识别无人机。现阶段的声波探测主要有音频指纹和声波阵列接收两种方式,这种技术局限性体现在由于无人机飞行过程中产生的声音以及慢速飞行时产生的空气噪声小,导致检测难度大。其次对数据库依赖性高,没办法识别数据库未知的无人机,若在喧闹的环境下声波近乎无法探测,就算是能够直接进行侦测也要在距离较近的情况下才更具参考价值。

  电磁干扰技术是通过发射射频信号,对无人机在飞行过程中产生的电磁波实施干扰,阻断无人机在飞行中的遥控指令回传,实现破坏甚至瘫痪其控制指挥能力的目的,从而迫使无人机自行降落或者受控返航。

  目前,现有的电磁干扰装备成本低、简单易操作、系统携带方便,但局限性在于电磁干扰效果不稳定,特别是针对部分具有电磁波屏蔽性能和抗电磁干扰或使用非常规通信频段的机型,且此类反制装备对环境要求比较高,在城市繁华区域容易极度影响正常使用的无线电信号。携带有毒物质或爆炸物的目标无人机危险系数极高,反制时第一步是要关注现场态势,最好是通过远离人群来降低风险,再行处置。

  导航信号干扰技术是利用信号发生器发出干扰无人机通信的电磁信号,导致无人机在飞行过程中无法依靠卫星导航,难以获得准确信息,实现对无人机的有效干扰。

  目前,对导航信号干扰的方式大致分为升空干扰、星载干扰及地面干扰。前两种方式的实现要求高、成本高,大多用于军用领域,而地面干扰因其操作灵活性高,可部署使用在不同的干扰任务中,其中车载式GPS干扰能够灵活架设、快速处置,是地面对抗的主要方式。

  声波干扰主要是通过设备发出与无人机陀螺仪频率一致的声波,使陀螺仪共振输出错误信号,达到干扰无人机稳定飞行的目的,最终使其无法正常完成飞行任务。

  声波干扰技术会对目标无人机造成降落、坠毁、悬停或空中盘旋,对于前两种响应模式,必须将安全问题放在首要考虑,若在人群密集区域或城市环境中,需要第一时间疏散地面人群并清理地面设施,针对无人机悬停盘旋空中的情况,可利用升空设备或网捕技术进行捕获。目前该技术仍处于理论研发阶段,而在声波传播过程中出现的衰减问题会是未来要解决的技术问题。

  导航欺骗技术是通过对接收的无人机导航信号进行时间和多普勒调制给出虚假导航信息,使导航终端定位到欺骗信号设置的错误位置,实现对目标无人机的返航点及轨迹欺骗。

  无人机通常由专业操作人员或预编程序来控制飞行。目前很多无人机同时具备手动控制功能和程序控制功能,可以灵活的根据任务要求做出合理的选择及切换,对处于程序控制飞行状态的无人机,难以通过接收操作指令来实现欺骗控制。

  无线电信号劫持反制技术是通过对无人机的链路信号、通信协议进行解析,利用分析结果自主产生欺骗信号并注入到链路终端中,达到对无人机的控制。

  无线电信号劫持是目前国内无人机反制领域较为先进的一种技术,先进性更多体现在技术难度大、普适性差。随着科学技术的持续不断的发展,无人机通信协议与加密算法也在一直在升级进步,破解无人机通信协议的难度也逐渐增加。

  激光武器是利用定向发射的激光束,用于破坏无人机的机载电子设备及传感器或直接摧毁目标的反制技术。

  目前,激光武器系统价格高昂且配套系统很复杂,在实际使用中,激光毁伤属于直接火力打击,故一定要考虑击落无人机会造成的次生伤害。该技术装备不适用于人群密集的居民区域或城市环境,且会对目标无人机造成永久性损伤,无法通过其获取有用的情报信息。

  微波武器技术是通过定向辐射电磁波,即在短时间内形成能量高度集中、功率高并有方向性的微波射束,进入无人机机载设备内部对电子元件实施物理破坏,使其失效或失能,以此来实现对目标无人机的损伤。

  火炮和防空导弹技术属于传统的防空模式,是常用的打击无人机的方式。针对飞行重量大、飞行高度高的无人机能够使用该技术方法对其进行摧毁。随着无人机技术持续不断的发展升级,现代防空系统也在过去防空系统基础上扩展了精确制导、电子干扰等技术,具备了目标探测、跟踪制导的能力。

  网捕技术是通过缠绕无人机的旋翼来捕获无人机并将其带离任务区域,对可能携带危险物品的无人机带到安全位置做无附带损伤的安全处置。由于无人机本身成本相比来说较低,若对方采用多批次、分散化的方式就会增大防御方的防控处置压力,从而造成作战成本上升以及高饱和的防空通道。

  综上所述,不同的侦测设备在面对不同构型、不一样的材质甚至是对于无线电静默飞行的无人机进行侦测的过程中都存在着一定的缺陷,这其中最重要的就是雷达对超低空飞行目标和频谱探测对无线电静默目标探测的问题。作者觉得,现阶段较为理想的方案就是雷达+TDOA或者雷达+AOA进行组网,俗称“鸡尾酒、组合拳”疗法,应用中已达到很好的探测效果。咱们进行过相关的测试,在雷达+TDOA系统应用中,可以轻松又有效的保证对3公里范围内的飞行目标进行侦测。而AOA更好的应用方式是在雷达探测到无人机后,利用无线电测向的原理去找飞手。真实的操作中需要采用技术方法将这些反制技术装备有效结合到一起,构建一个指挥网去串并联指挥这些装备协同工作。对重点防范目标,建立低空周界安全防御系统和空中电子围栏报警系统就是不错的选择。以一款自组网无人机低空管控平台举例,适用于各种场合环境,在市区内管控,推出了低成本的网格化监测系统;在郊区,推出了兼顾有人通航飞机的低空监测体系,该系统解决了对无人机低空预警探测与协同反制问题。在低空空域利用雷达、无线电侦测、卫星定位等技术,将不一样的种类的无人机反制装备连接在一起,形成无人机管控组网。每个反制装备都在指挥中心的指挥下充分的发挥自身效能,从单打独斗模式进化到协同作战模式,达到了反制的目标,构建了一个低空空域无人机安全防御体系。

  原文部分内容引用中国安防协会《 无人机反制技术装备在低空空域管理中的应用 》、法安网《 当前“低慢小”无人航空器反制难点 》,侵删

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