監(jiān)獄反無人機(jī)主動防御
一、方案背景
過去幾年來，世界各地都有無人機(jī)偷運(yùn)違禁品進(jìn)入監(jiān)獄的報道。美國一份新報告顯示，無人機(jī)十多次將違禁品運(yùn)輸進(jìn)入聯(lián)邦監(jiān)獄。這些違禁品包括手機(jī)、毒品和色情物品。2014年，澳大利亞警方表示，無人機(jī)被用來計(jì)劃進(jìn)行毒品走私活動。同年晚些時候，在美國南卡羅來納州一架無人機(jī)在運(yùn)輸毒品時墜毀。2015年3月，有犯罪分子試圖用一架中國生產(chǎn)的無人機(jī)向英國貝德福德郡監(jiān)獄內(nèi)偷運(yùn)物品，終這架無人機(jī)墜毀在監(jiān)獄墻內(nèi)，在它旁邊發(fā)現(xiàn)了一個包裹，里面有“A級管制藥品”、一把小刀、一把螺絲起子和一個手機(jī)。同年，無人機(jī)將違禁藥物偷運(yùn)進(jìn)入俄亥俄州的一座監(jiān)獄時候的，引發(fā)了犯人之間的打斗。在另一起事件中，有兩人因?yàn)樵噲D使用無人駕駛飛機(jī)走私違禁品而被捕。在國內(nèi)，福州多個監(jiān)獄上空深夜經(jīng)常有無人機(jī)出沒，并在監(jiān)舍區(qū)、教學(xué)樓、行政辦公樓和駐監(jiān)武警營區(qū)等場所上空繞飛和懸停。福州鼓山地區(qū)檢察院稱，無人機(jī)在監(jiān)獄上空盤旋，可能存在投放危險物品、拍攝監(jiān)管設(shè)施等重大隱患，影響了監(jiān)獄管理安全,造成了不良影響。
目前，無人機(jī)侵入監(jiān)獄風(fēng)險性越來越高，事件發(fā)生也越來越頻繁。監(jiān)獄安防面臨的形勢異常嚴(yán)峻，采取必要的無人機(jī)防御手段是十分重要的。
二、方案目標(biāo)
監(jiān)獄的無人機(jī)防御系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是主要是通過合理的手段，要求采用全天候自動值守方式實(shí)現(xiàn)對低慢小無人機(jī)的有效防控，使其無法飛入被防御區(qū)域。
本系統(tǒng)主要建設(shè)內(nèi)容包括：
a) 基礎(chǔ)硬件設(shè)備：
l 通過無線電被動偵查技術(shù)，對目標(biāo)區(qū)域無人機(jī)信號進(jìn)行捕獲和識別；
l 通過導(dǎo)航誘騙技術(shù)，運(yùn)用多種欺騙策略對目標(biāo)區(qū)域無人機(jī)進(jìn)行反制；
b) 主控平臺：
l 發(fā)現(xiàn)并識別進(jìn)入防御區(qū)域內(nèi)的非法目標(biāo)；
l 啟動相應(yīng)預(yù)案進(jìn)行反制處置；
l 通過圖表方式，對探測數(shù)據(jù)、過程記錄、處置結(jié)果進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析；
l 對探測到的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，完善機(jī)型庫，提升探測能力；
三、系統(tǒng)建設(shè)總體方案
針對低慢小防御系統(tǒng)的建設(shè)，目前主要的建設(shè)思路還是“先發(fā)現(xiàn)后處置的方式”，但是由于無人機(jī)目標(biāo)具有機(jī)動靈活、體積小、可以靠近遮蔽物飛行等特點(diǎn)，不管是采用哪種探測手段，都無法很好地完成發(fā)現(xiàn)任務(wù)，總存在這樣那樣的現(xiàn)實(shí)問題。表2對目前相對成熟的探測技術(shù)進(jìn)行了分析總結(jié)。
考慮到建設(shè)成本、布設(shè)方式、以及使用效果，提出采用導(dǎo)航誘騙系統(tǒng)全天候自動值守，頻譜偵測統(tǒng)計(jì)，定向多頻干擾器補(bǔ)盲處置的整體解決方案。
系統(tǒng)自動值守工作流程如下：
系統(tǒng)工作時，導(dǎo)航誘騙系統(tǒng)處于常開狀態(tài)，以非常微弱的信號(10dBm@全向天線)對1km半徑范圍的低空空域防護(hù)，該手段對絕大部分民用無人機(jī)均可實(shí)現(xiàn)區(qū)域拒止功能。此外，頻譜偵測系統(tǒng)也處于常開狀態(tài)，當(dāng)?shù)涂諢o人機(jī)目標(biāo)進(jìn)入防御區(qū)域時，對可疑信號進(jìn)行檢測，發(fā)出警告和目標(biāo)方位，并根據(jù)信號存在的時間長度調(diào)整誘騙策略，如若判斷導(dǎo)航誘騙系統(tǒng)未起效果，那可以進(jìn)一步采用無線干擾方式進(jìn)行補(bǔ)盲處置。
該解決方案防護(hù)效果綜合分析如下：
導(dǎo)航誘騙系統(tǒng)單獨(dú)布設(shè)防御效果：可以對絕大多數(shù)無人機(jī)有效，包括固定翼、旋翼。大疆全系列、小米、零度、極飛、法國派若特、科衛(wèi)泰等等，均有效。涵蓋95%以上常見無人機(jī)。缺點(diǎn)：無法處置純手動操控，無導(dǎo)航系統(tǒng)輔助的無人機(jī)。
頻譜偵測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)效果：存在預(yù)警、漏警，對采用自主導(dǎo)航，無鏈路下行信號的無人機(jī)無能為力。
干擾壓制：可處置各種無人機(jī)，但是處置效果不確定。功率大，頻譜帶寬寬，對周邊環(huán)境影響大，對人體有輻射傷害，不適合長時間開啟，觸發(fā)條件及處置效果受限于探測系統(tǒng)以及自身功率和頻率。
綜上，導(dǎo)航誘騙系統(tǒng)防御95%以上無人機(jī)、頻譜偵測+干擾壓制處置剩余部分無人機(jī)（小于5%），整套系統(tǒng)幾乎可以實(shí)現(xiàn)對所有民用無人機(jī)的防御。
該系統(tǒng)也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求，進(jìn)入其他設(shè)定的工作模式，如切換至傳統(tǒng)的“先發(fā)現(xiàn)后打擊”的模式，根據(jù)處置預(yù)案，“以自動值守為主，人工干預(yù)防為輔”的方式防御非法無人機(jī)的入侵。
四、系統(tǒng)各部分介紹
綜合管控平臺
綜合管控平臺是一個是多傳感器信息、多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)共享交換的中心樞紐，通過分布式、多中的資源共享服務(wù)，實(shí)現(xiàn)多中心數(shù)據(jù)資源、多節(jié)點(diǎn)的互連互通和數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)對大區(qū)域內(nèi)多節(jié)點(diǎn)的多種傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、管理和分析，為用戶提供無人機(jī)相關(guān)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)接入、管理、分析、展示與共享發(fā)布一站式服務(wù)平臺，是體系級應(yīng)用的基礎(chǔ)。
所有相關(guān)的設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)方式接入綜合管控平臺，該平臺具有實(shí)時綜合顯示、設(shè)備最高管理權(quán)限、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視，指揮控制等功能。該系統(tǒng)采用分級結(jié)構(gòu)，即各監(jiān)獄、監(jiān)獄管理局、司法廳，根據(jù)部署層級不同，權(quán)限、能力的開放程度有較大區(qū)別。
無人機(jī)導(dǎo)航誘騙設(shè)備
無人機(jī)導(dǎo)航誘騙設(shè)備通過輻射低功率再生導(dǎo)航衛(wèi)星信號（功率不大于10dBm），侵入“黑飛”無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對需要使用導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行飛行控制的無人機(jī)的截獲控制，使其無法飛入受保護(hù)區(qū)域，保障該區(qū)域的低空安全。
通過再生不少于兩個頻率的衛(wèi)星導(dǎo)航欺騙信號，對采用衛(wèi)星導(dǎo)航定位的無人機(jī)接收的衛(wèi)星導(dǎo)航坐標(biāo)信息進(jìn)行欺騙式干擾，實(shí)現(xiàn)禁飛區(qū)投射或者區(qū)域拒止功能。
禁飛區(qū)投射：通過輻射虛假禁飛區(qū)（如附近機(jī)場），對“黑飛”無人機(jī)實(shí)現(xiàn)位置欺騙，讓其誤認(rèn)為進(jìn)入禁飛區(qū)而迫降或返航。
區(qū)域拒止：通過輻射特點(diǎn)策略軌跡欺騙信號，使黑飛無人機(jī)無法飛入受保護(hù)區(qū)域。
偵打一體化設(shè)備
偵打一體化設(shè)備將無源偵測和靈巧壓制進(jìn)行結(jié)合；無源偵測主機(jī)采用20M到6G全頻段偵測，800M到6G全頻段測向，并基于深度學(xué)習(xí)功能，實(shí)現(xiàn)對市面所有無人機(jī)的偵測發(fā)現(xiàn)；通過結(jié)合靈巧壓制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的自動發(fā)現(xiàn)、自動處置，實(shí)現(xiàn)了真正的無人值守功能；該設(shè)備輕便、易攜帶，有效作用范圍為半徑五公里的半球體區(qū)域。
手持式無人機(jī)干擾槍
手持式無人機(jī)干擾槍，使用遠(yuǎn)距離電子信號干擾，3秒內(nèi)即可使無人機(jī)失去控制與衛(wèi)星定位訊號，有效驅(qū)離無人機(jī)或使其迫降。通過電源轉(zhuǎn)換成指向性多頻干擾信號，干擾信號強(qiáng)、指向距離遠(yuǎn)，可快速的將飛行中的無人機(jī)擊落。
五、系統(tǒng)功能
無人機(jī)預(yù)警
基于無線頻譜偵測的無人機(jī)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的發(fā)現(xiàn)、告知、預(yù)警、判別。預(yù)警過程將傳感器信號數(shù)據(jù)進(jìn)行識別，對信號進(jìn)行降噪和處理，對可出現(xiàn)的危險提前預(yù)警，對危險事件等級進(jìn)行預(yù)先評判，為危險目標(biāo)的跟蹤和打擊提供基礎(chǔ)措施。
無人機(jī)打擊
切入傳統(tǒng)工作模式下，可通過地面安防聯(lián)動、干擾槍等多種手段對低空危險目標(biāo)予以攔截和打擊，通過綜合平臺對事件的判斷，根據(jù)事件級別、外界因素等條件自動判斷最優(yōu)打擊手段，打擊過程可持續(xù)跟蹤，打擊處置情況、地理空間信息等可回傳綜合平臺進(jìn)行展示。
預(yù)案設(shè)置
預(yù)案設(shè)置是對預(yù)警范圍、防御范圍、處置方式、聯(lián)動方式、打擊方式、天氣因素、人為因素的設(shè)置，建立預(yù)案處置模型庫，根據(jù)事件等級、類別設(shè)置預(yù)案啟動的參數(shù)，預(yù)案提供無人機(jī)從發(fā)現(xiàn)、預(yù)警、處置到評估的整個流程的作業(yè)范本，指導(dǎo)工作人員各項(xiàng)操作的標(biāo)準(zhǔn)。
預(yù)案響應(yīng)
預(yù)案設(shè)置后，綜合平臺會根據(jù)事件等級和目標(biāo)類型啟動相應(yīng)預(yù)案予以處理，預(yù)案執(zhí)行過程中采用“自動處理為主，人工干預(yù)為輔”方式，當(dāng)無人值守時，系統(tǒng)會根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的預(yù)案進(jìn)行執(zhí)行，有人值守時，系統(tǒng)會提示知道應(yīng)采取何種措施進(jìn)行處理，同時也可進(jìn)行人工干預(yù)，以達(dá)到最優(yōu)處理結(jié)果。
目標(biāo)區(qū)域低空管控
劃定目標(biāo)區(qū)域，對進(jìn)入該區(qū)域的無人機(jī)進(jìn)行識別和管制，對我方無人機(jī)進(jìn)行標(biāo)記，不限制禁飛區(qū)域，可進(jìn)行巡查任務(wù)。對外界無人機(jī)進(jìn)行飛行審批，通過后可進(jìn)入，預(yù)警系統(tǒng)不會進(jìn)行攔截和打擊，具備支持多架次，多時間段的管理和控制。
特征監(jiān)測比對分析
對無人機(jī)飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，建立數(shù)據(jù)庫，建立特征模型標(biāo)本庫，提供數(shù)據(jù)存儲能力，挖掘潛在安全隱患，提高重要目標(biāo)防護(hù)水平，提升目標(biāo)識別率，縮短目標(biāo)預(yù)警響應(yīng)時間。
輔助決策支持
對入侵的無人機(jī)從發(fā)現(xiàn)到捕獲的全過程進(jìn)行跟蹤和記錄，建立時間評估模型，對事件進(jìn)行評估，并生成評估報告，對處置方式進(jìn)行預(yù)判和指導(dǎo)，找出最優(yōu)處置方案，為指揮人員的指揮決策提供輔助支持。