1 無人機發展與管理現狀

我國民用無人機市場經歷了幾十年的發展, 其特點已逐漸由規模小、增長慢、傾向專業級逐步轉變為規模大、增長快、傾向消費級。2011年, 以大疆為代表的消費級民用無人機企業迅速崛起, 開始在全球消費級無人機市場占領主導地位。2014-2017年, 我國民用無人機不斷受到資本市場以及社會輿論的廣泛關注。互聯網數據中心 (IDC) 預測, 2019年全球無人機市場將達到390多萬臺, 而我國無人機市場將達到300多萬臺?？梢? 對無人機的管控將成為管理部門必須面對的問題。

2 無人機常用技術

無人機常用的關鍵技術主要包括:動力技術、導航技術、通信技術、控制技術、計算技術等。與無線電管理密切相關的在于導航技術和通信技術。

2.1 導航技術

無人機導航技術主要用于無人機的定位、測距、測速等。目前, 無人機系統采用的定位技術主要包括全球導航衛星系統定位 (GPS、北斗、伽利略、格洛納斯等) 、多信息源定位和超寬帶 (UWB) 定位。例如, 無人機利用自身導航模塊接收衛星不斷廣播的導航信號即可確定自身位置, 進一步可按照預先設定的路徑, 實現自主飛行。測距技術大多通過超聲波、激光、雷達、視覺的一種或多種方式實現。而測速技術可通過定位和測距技術, 以及內置陀螺儀、加速度傳感器等完成。

2.2 通信技術

無人機的外部通信技術主要依靠無線電技術實現, 用于控制鏈路和數據鏈路的信息傳輸。通常, 無人機接收操作者通過控制臺發送的遙控信號進行飛行, 同時將自身飛行狀態、拍攝的圖像或視頻回傳給控制臺, 供無人機操作者參考進行飛行姿態調整或是數據存儲等后續操作。主流的通信方式為衛星通信, UHF、L等頻段超視距通信, 2.4G/5.8G Wi-Fi直連通信, 還有新型的利用公眾移動通信技術實現的無人機通信。雖然, 無人機通信多采用跳頻、擴頻等技術, 但由于無人機和操作者距離較遠, 通信信號較弱, 容易受到干擾。

3 無人機管控的技術手段

近年來, 無人機反制技術逐漸成熟, 設備發展日益豐富。無人機管控的主要思路即為對無人機進行“發現、定位、壓制”, 見圖1。下面從這三個角度出發, 針對無人機常用技術, 總結無人機管控技術手段。

無人機管控的主要思路

3.1 發現技術

對無人機的發現是無人機無線電管控的首要步驟, 只有在準確發現、識別目標的基礎上, 才能有針對性地對目標無人機進行無線電管控。

直接發現技術, 除視覺判別外, 最有效的就是雷達探測技術。通過利用電磁波在傳播過程中遇到障礙物時發生反射來實現對無人機目標的發現。雷達探測技術通常采用S、X、Ku波段的電掃描雷達, 有效探測距離可達5千米, 且不受無人機型號的影響。但是該技術對某些無人機的探測存在一定缺陷, 例如對由透波材料 (塑料、木質) 制成的、低空飛行的、飛行速度較慢的、穿梭于城區樓宇之間的無人機的探測能力較差, 且容易受到其他移動或固定物體的干擾。

間接發現技術, 即無線電監測技術, 通過利用無人機或地面控制臺發射的無線電遙控遙測信號、飛行狀態信息、數傳和圖傳信號等實現對無人機或地面操作者目標的發現。無線電監測技術通常采用固定或移動式無線電監測設備 (包括高靈敏度接收天線, 寬帶接收機、頻譜儀等) , 識別無人機信號 (800MHz、1.4GHz、2.4GHz、5.8GHz的控制、數傳和圖傳信號等) 。該技術對無人機的有效探測距離一般在2千米以內, 且不受無人機型號的影響, 監測設備可按需部署, 能夠發現穿梭于建筑物間的無人機信號。但是該技術在無人機僅按照預定航線飛行, 保持無線電靜默時失效。

3.2 定位技術

采用雷達探測和無線電監測等技術發現疑似無人機目標后, 需要進一步通過視覺辨認、路徑識別等技術對目標進行確認。確認為目標無人機后, 下一步就是對目標的定位測向, 以實現對目標企圖的預測和持續追蹤。

無線電定位技術通過利用多個無線電監測設備對目標無人機進行測向后, 采用交叉定位、TDOA定位等方式確定目標無人機的位置、運動方向、速度等, 從而實現對目標無人機的實時追蹤。無人機數傳和圖傳模塊會將無人機采集到的數據和視頻信息通過無線電信號回傳至控制臺或者是其他用戶終端, 從而可以針對無人機的回傳信號進行專項監測, 定位信號源?；谙嗤? 通過監測控制臺向無人機發射的控制信號, 還可實現對無人機操作者的定位。值得注意的是, 該技術在無人機僅按照預定航線飛行, 保持無線電靜默時同樣失效。

3.3 壓制技術

可疑無人機被確定為管控目標無人機后, 可采取物理摧毀、生物抓捕、無線電干擾等壓制等手段使目標無人機無法繼續工作。無人機系統在工作過程中一般存在以下幾種情況:一是控制臺向無人機發射單向控制鏈路;二是無人機接收衛星導航信號;三是無人機向控制臺反饋飛行數據。其中一和二至少存在一種。針對上述無人機系統工作特點, 可以采用針對性的壓制技術。

無線電干擾壓制控制信號, 對控制臺向無人機發射單向控制鏈路進行大功率干擾或解碼接管?？墒篃o人機分辨不出控制信號, 從而無法接收操作者指令, 進入安全模式迫降、返航, 或者只能接收管控者的指令, 由管控者控制其降落到指定地點。由于目標無人機距離無線電干擾源相較于控制臺更近, 干擾壓制效果較好, 所以該方法能夠有效阻止無人機入侵限制飛行區域。但是, 若是壓制控制信號無效, 則可以判斷無人機僅處于巡航模式, 此時可采用下一種方法。

無線電干擾壓制導航信號, 對衛星廣播的定位、導航信號進行干擾或欺騙, 可使無人機無法獲取自身當前位置信息或者獲取的是虛假的位置信息, 使無人機無法平穩飛行甚至墜毀或是飛行到指定地點。由于無人機大多采用導航技術, 因此該方法應用范圍廣泛且容易操作, 能夠有效破壞無人機巡航狀態。但是, 若是壓制導航信號無效, 則可以判斷無人機僅處于操作者模式, 此時可采用上一種方法。

無線電干擾壓制數傳信號, 即干擾無人機向終端反饋的數據信號, 破壞無人機回傳的數據、圖像、視頻等信息, 達到保護隱私和信息安全的目的。但是該方法實現起來較為困難, 可行性較差。

4 無人機管控的建議

根據無人機使用的無線電技術, 可以有針對性的對其進行管控。然而, 隨著無人機技術和應用的不斷發展和增多, 對無人機的無線電管控工作依然存在許多難點, 因此提出以下三點無人機技術管控的建議:

4.1 多種無人機管控技術手段并用

當前的無人機管控技術依然存在諸多挑戰, 例如無人機體積小、可隨時起飛和降落、易操控、可依靠導航信號和預設航線進行自主飛行導致難以發現;其采用的通信技術和抗干擾技術多種多樣, 并且不斷發展升級導致信號探測和識別難度增大。由于對目標無人機的識別存在困難, 進一步導致了對從發現到處置的時間、壓制效果等要求更加苛刻。因此, 僅僅采用單一的無人機發現、定位、壓制技術不能精準、有效、可靠地完成對目標無人機的管控。而采用多種無人機發現、定位、壓制技術對無人機進行管控將是未來相關工作的發展趨勢。通過多種技術、設備的協同工作、優勢互補, 可進一步提高目標無人機的發現概率, 降低對無人機的誤識別率, 降低對其他無線電設備和用戶的干擾, 從而實現對無人機的全時段、全區域的多維識別、實時追蹤、可靠壓制。

4.2 探索創新無人機管控技術手段

支持針對無人機安全性提升、關鍵技術補齊、管控技術應用等創新攻關。優化傳統無人機管控技術, 完善空中無線電監測手段, 同時探索新型管控手段和措施。例如, 在主動管控方面, 針對合作式無人機, 應加快研發輕小型航管設備, 通過協議管控的友好方式, 實現自上而下的監控;針對非合作式無人機, 應著重提高導航、定位精度, 探索其他技術阻斷手段, 實現自下而上的發現、定位、壓制, 對無人機進行迫降、抓捕或者物理摧毀。而在被動管控方面, 則通過采用設置電子圍欄、劃設禁飛區、干擾數據鏈路傳輸等方式, 阻止無人機完成相關的非法活動。此外, 推動建立國家級無人機管控平臺, 探索將傳統的無線電監測網、移動通信網、互聯網等相結合的方式, 綜合多種管控手段, 加強對無人機的實時預警、識別和監管能力。

4.3 避免干擾壓制過程的潛在風險

全球導航衛星系統的應用十分廣泛, 例如海陸交通、電網系統、電信和移動通信系統、航空航天、武器制導等。其授時和導航定位功能為經濟、社會、國防等密切相關的領域提供了重要支撐。由于地面的衛星導航信號已經十分微弱, 所以使用衛星導航的設備對于無線電干擾非常敏感。既然無線電手段可以對無人機進行壓制和誘騙, 則也同樣會對其他相關設備產生有害干擾, 進而帶來一些不可預測的安全隱患。此外, 對無人機進行大功率無線電干擾還可能會影響到其他合法無線電業務的正常使用, 包括無人機頻段內以及相鄰頻段的其他合法用戶。由于缺乏相關工作法律依據和操作經驗, 管理部門采取相應的管控措施一定要謹慎, 在充分分析評估的基礎上進行決策, 從而盡量提升管控設備精度和質量、縮小管控區域, 避免管控過程中的各種風險。

5 結束語

無人機管控工作涉及的管理部門眾多, 而采用技術手段輔助進行無人機管控工作應當是無線電管理部門的職責。無線電管理部門可通過完善無人機無線電管控機制, 探索高效無人機管控技術手段, 保持無人機無線電管控常態化, 在最大限度地減小對周圍電磁環境造成干擾等影響的基礎上, 配合主管部門對各種非法違規無人機進行精準壓制、有效管控, 為維護空中電波秩序, 充分保障國家社會安全貢獻力量。

(來源：數字通信世界 周鈺哲）