一、系統(tǒng)概述：

根據(jù)民航局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2023年8月，國內(nèi)無人機(jī)使命登記系統(tǒng)注冊無人機(jī)數(shù)量達(dá)到111萬架，較2022年底增長了15.9%。隨著無人機(jī)數(shù)量激增，近年來無人機(jī)“黑飛”事件屢見不鮮，無人機(jī)對司法監(jiān)所安全的潛在威脅逐漸凸顯。

通過整理近年來安全事件報道，國內(nèi)外頻繁發(fā)生無人機(jī)入侵司法監(jiān)所的安全事件，涉及傳遞違禁物品、竊取監(jiān)管信息、協(xié)助逃脫、甚至策劃恐怖襲擊等多種類型，給司法監(jiān)所安全帶來了多方面的挑戰(zhàn)，無人機(jī)防御系統(tǒng)的部署刻不容緩。

司法監(jiān)所出于占地面積、保密性等考慮，多建造在遠(yuǎn)離城市的地區(qū)，有著其獨特的安防需求和難點：占地面積大、防范空域空曠，入侵無人機(jī)可能從任何方向進(jìn)入，需要對防范區(qū)域進(jìn)行全天候全時段無死角的無人機(jī)探測和反制。

本無人機(jī)防御系統(tǒng)主要用于對警戒區(qū)域的“低小慢”目標(biāo)進(jìn)行探測、識別和反制。該系統(tǒng)主要由無人機(jī)探測雷達(dá)、無線電偵測和干擾等設(shè)備組成。

其中，無人機(jī)探測雷達(dá)是調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)，具有探測能力強(qiáng)、測角精度高、虛警率低、航跡跟蹤穩(wěn)定、不易受環(huán)境干擾等技術(shù)優(yōu)勢，支持24/7全天候運行、360°全方位預(yù)警，用來發(fā)現(xiàn)、監(jiān)視、跟蹤、測量活動目標(biāo)。雷達(dá)將這些目標(biāo)的運動信息按照規(guī)定的格式傳輸上報給監(jiān)控中心，以便隨時掌握監(jiān)控區(qū)域的運動目標(biāo)的實時相關(guān)信息。

無人機(jī)偵測和反制設(shè)備基于智慧頻譜技術(shù)，通過無源被動感知無人機(jī)信號特征并識別和定位無人機(jī)，也可自主學(xué)習(xí)無人機(jī)信號，不依靠數(shù)據(jù)庫，識別疑似無人機(jī)，利用單站精準(zhǔn)三維定位無人機(jī)及遙控器的位置，并作出反制安排，具備無人值守功能，設(shè)備偵防一體，小巧易用，能同時多架次偵測和反制所有黑飛無人機(jī)（包括大部分工業(yè)級無人機(jī)）。

 

 

 

二、設(shè)計思路：

系統(tǒng)建設(shè)以實際需求為導(dǎo)向，以實際應(yīng)用為目標(biāo)，以實際效果為標(biāo)準(zhǔn)，貫徹“適用、可靠、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)”的原則，立足成熟技術(shù)，滿足當(dāng)前任務(wù)需求，保證設(shè)備性能和可靠性。

系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)如下：

• 同時具備對遠(yuǎn)距離的無人機(jī)探測、識別、跟蹤能力。
• 系統(tǒng)不受天氣影響，全天候7*24小時工作；
• 能識別主流無人機(jī)生產(chǎn)廠商和型號。
• 系統(tǒng)具備自動偵測報警功能，可實現(xiàn)無人值守。
• 具備對無人機(jī)精準(zhǔn)定位能力。
• 具備無人機(jī)電磁干擾能力，迫使無人機(jī)驅(qū)離或迫降。
• 整個系統(tǒng)設(shè)備要求重量輕，功耗低，易于架設(shè)。

系統(tǒng)建設(shè)滿足以下原則：

• 先進(jìn)性：充分利用先進(jìn)的但相對成熟的技術(shù)和裝備，使系統(tǒng)在盡可能長的時間內(nèi)與社會發(fā)展相適應(yīng)。
• 可靠性：從設(shè)備選型到系統(tǒng)搭建，從網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃到軟件使用，將選用成熟穩(wěn)定的技術(shù)和產(chǎn)品，最大限度保障系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠性。設(shè)備選型方面，兼顧實用性、可擴(kuò)展性。
• 安全性：由于無人機(jī)管控工作特殊性，系統(tǒng)安全尤為重要。本項目的核心部件來源渠道均可控，最大限度保證系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)具備兼容性和可擴(kuò)展性；
• 保密性：系統(tǒng)在工作過程中的信息做好保密措施，不泄露信息，確保信息安全。
• 可維護(hù)性：在系統(tǒng)設(shè)計及安裝方面，考慮供電、日常管理操作和后期維護(hù)等諸多因素，在保證安全、整體美觀大方的前提下，要達(dá)到系統(tǒng)的可維護(hù)性。

公司圍繞司法監(jiān)所無人機(jī)防御課題積極開展相關(guān)研究工作，此次研發(fā)的無人機(jī)防御系統(tǒng)是經(jīng)多年努力取得的重要成果。該系統(tǒng)在國內(nèi)外眾多項目上得到驗證，誤報率、穩(wěn)定性和反制打擊能力得到檢驗，性能指標(biāo)均達(dá)到且優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

 

圖 1部分國內(nèi)應(yīng)用案例展示

 

三、系統(tǒng)組成：

無人機(jī)防御系統(tǒng)由無人機(jī)探測雷達(dá)、無線電偵測和干擾設(shè)備以及管控平臺（可融入已有監(jiān)控大屏）組成。偵測防御系統(tǒng)具備無人機(jī)早期預(yù)警、無人機(jī)跟蹤定位及無人機(jī)反制功能。通過無線電偵測和干擾設(shè)備監(jiān)測當(dāng)前電磁環(huán)境的無線電信號，實現(xiàn)對無人機(jī)的早期預(yù)警，同時無人機(jī)探測雷達(dá)可以提供無人機(jī)方位信息。除此之外，無線電偵測和干擾設(shè)備、雷達(dá)探測設(shè)備可以提供精準(zhǔn)的方位引導(dǎo)，且對該頻段電磁信號進(jìn)行有效壓制。無人機(jī)偵測防御系統(tǒng)可完成100KHz～6GHz頻段范圍內(nèi)的無人機(jī)早期預(yù)警、多目標(biāo)實時跟蹤定位、無人機(jī)有效反制整個閉環(huán)工作。

 

圖 2無人機(jī)偵測防御系統(tǒng)組圖

 

 

 

四、系統(tǒng)工作原理：

1、雷達(dá)探測分系統(tǒng)

雷達(dá)探測分系統(tǒng)是用雷達(dá)的方法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定它們的空間位置。雷達(dá)發(fā)射電磁波對目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波，由此獲得目標(biāo)至電磁波發(fā)射點的距離、距離變化率(徑向速度)、方位、高度等信息。雷達(dá)白天黑夜均能探測遠(yuǎn)距離的目標(biāo)，且不受霧、云和雨的阻擋，具有全天候、全天時的特點。

主要用于對低空飛行器進(jìn)行探測定位，可區(qū)分篩出鳥類，準(zhǔn)確度高、虛警率低，對輸出目標(biāo)四維坐標(biāo)信息(距離、俯仰、高度、速度)，并通過分析目標(biāo)的位置、回波等信息對其進(jìn)行識別分類，并上報指揮控制系統(tǒng)。雷達(dá)可同時對多批目標(biāo)快速作出響應(yīng)，具有全空域搜索轉(zhuǎn)局部搜索功能，可與干擾反制系統(tǒng)級聯(lián)動。

 

2、無線電偵測分系統(tǒng)

無人機(jī)無線電偵測分系統(tǒng)能實現(xiàn)對異常無人機(jī)電磁信號的預(yù)警防范，是為提高敏感區(qū)域安全管理而開發(fā)的專用安防產(chǎn)品。它基于無線電偵測感知技術(shù)，對安全區(qū)域?qū)嵤┍Ｗo(hù)。無人機(jī)無線電偵測分系統(tǒng)具備無線電偵測全天候、遠(yuǎn)距離、早期預(yù)警探測的特點，能最大效果的監(jiān)控異常電磁信號，為敏感區(qū)域創(chuàng)造安全的空域環(huán)境。

無人機(jī)無線電偵測分系統(tǒng)不僅可以監(jiān)測當(dāng)前環(huán)境中的無線電信號，針對無人機(jī)的電磁信號，更具備精準(zhǔn)測向能力，以下通過分析無人機(jī)機(jī)理來了解系統(tǒng)工作原理。民用無人機(jī)生產(chǎn)簡單、價格低廉、銷售渠道多、個人容易獲取，具備的主要特點如下：

• 體積小、低空飛行和隱身化設(shè)計：無人機(jī)除了自身體積較小外，往往還采用結(jié)構(gòu)隱形設(shè)計（仿造軍用無人機(jī)外形結(jié)構(gòu)）和偽裝色設(shè)計，并常常在夜色掩護(hù)下行動，容易躲避雷達(dá)、光學(xué)探測。
• 飛行過程噪聲低：靜音化的電力驅(qū)動系統(tǒng)，大大降低被人為發(fā)現(xiàn)的概率，往往是無人機(jī)已經(jīng)進(jìn)入?yún)^(qū)域執(zhí)行任務(wù)，守衛(wèi)人員還毫無察覺。
• 事件突發(fā)性強(qiáng)：多旋翼無人機(jī)起飛降落突然，起降地點隨意性大，可供偵測預(yù)警時間縮短，發(fā)現(xiàn)難度大。

無人機(jī)的遙控遙測系統(tǒng)組成圖如下（以大疆為例）。

圖 3?無人機(jī)遙測遙控組成

當(dāng)前，許多飛控和圖傳信號均工作在2.4GHz，且在 2400MHz～2483MHz范圍內(nèi)呈動態(tài)變化，飛控信號占用帶寬2MHz，持續(xù)時間短，頻點在各個信道間切換；圖傳信號占用10MHz，一段時間內(nèi)電平值和頻段較穩(wěn)定。如精靈 4 無人機(jī)使用 Lightbridge 技術(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng) WiFi 信號傳輸，使用高效的單向廣播數(shù)據(jù)傳輸方式，增加了控制距離，理想情況可達(dá)2公里；上行鏈路飛控信號采用跳頻（FHSS）+ 擴(kuò)頻（DSSS）技術(shù)，傳輸穩(wěn)定性高，抗干擾能力強(qiáng)；下行圖傳鏈路采用 MIMO 多天線技術(shù)和OFDM 調(diào)制方式；下行圖傳鏈路實時監(jiān)測各信道干擾狀態(tài)，動態(tài)選擇最優(yōu)信道工作（如下圖所示）。

圖 4無人機(jī)遙測遙控頻譜

通過監(jiān)測遙控與圖傳信號，可以在時域與頻域?qū)π盘栠M(jìn)行有效識別（如下圖）。

圖 5無人機(jī)遙測遙控頻譜信號識別

通過對上述無人機(jī)的特點分析可知，作為無人機(jī)“神經(jīng)系統(tǒng)”的無線電遙控遙測設(shè)備在起飛后處于持續(xù)工作中并不斷向外輻射著無線電信號，這個可以作為偵測處置的切入點，通過綜合分析處理，發(fā)現(xiàn)并識別目標(biāo)，確定目標(biāo)輻射源方位，有效提升無人機(jī)檢測概率。

圖 6無線電偵測系統(tǒng)工作原理

3、無線電干擾分系統(tǒng)

無人機(jī)無線電干擾分系統(tǒng)，通過發(fā)送無人機(jī)常用的無線電波，來覆蓋或淹沒無人機(jī)通訊和導(dǎo)航信號，使無人機(jī)無法正常接收和解碼通信信號。這種干擾方式通常被稱為“信號淹沒”，可以有效地干擾無人機(jī)的遙控通信系統(tǒng)，從而干擾無人機(jī)的飛行和控制。根據(jù)無人機(jī)的設(shè)計不同會產(chǎn)生返航、驅(qū)離、降落以及墜落的管制效果。這種技術(shù)具有非接觸性、快速響應(yīng)和高效率等特點，是目前無人機(jī)反制領(lǐng)域的一種有效手段。

圖 7無線電干擾無人機(jī)示意圖

 

4、管控平臺

管理平臺為無人機(jī)防控系統(tǒng)的顯控中心。平臺提供全面的無人機(jī)探測、識別及反制能力，能快速、精準(zhǔn)、高效處置入侵無人機(jī)目標(biāo)。平臺通過組網(wǎng)與雷達(dá)探測分系統(tǒng)、無線電偵測分系統(tǒng)互聯(lián)通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)整合、解算、策略分析、信令控制等操作。最終，通過無線電干擾分系統(tǒng)來驅(qū)離或迫降無人機(jī)。

該平臺采用網(wǎng)絡(luò)接口，可實現(xiàn)多設(shè)備，多系統(tǒng)組網(wǎng)數(shù)據(jù)共享。是一套具有開放兼容、接口標(biāo)準(zhǔn)化、集中控制、數(shù)據(jù)融合的開放性平臺。從而實現(xiàn)以三維平臺為支撐，全面的設(shè)備集成為基礎(chǔ)，完善的算法為核心實現(xiàn)從模型、矢量數(shù)據(jù)的生成到多路數(shù)據(jù)匯聚到統(tǒng)一終端展示實施追蹤打擊的完整業(yè)務(wù)鏈。

圖 8管控平臺圖

 

五、方案技術(shù)優(yōu)勢：

• 集探測、跟蹤、識別、反制于一體：采用主動雷達(dá)預(yù)警探測，無線電監(jiān)測、識別、打擊的設(shè)計，形成多層級、多區(qū)域的無人機(jī)防御管理體系。
• 超強(qiáng)的無人機(jī)防御能力：探測雷達(dá)加無線電監(jiān)測、反制多管齊下，使系統(tǒng)擁有了更遠(yuǎn)的探測距離、更高的探測精度、更好的處置手段。
• 可視化的上位機(jī)交互：上位機(jī)采用可視化設(shè)計，各防護(hù)區(qū)域、防護(hù)層級一目了然，系統(tǒng)操作簡單，信息完整。
• 全天候無人值守工作：系統(tǒng)不受氣候條件影響，可全天候無人值守工作。
• 識別能力強(qiáng)：構(gòu)建無人機(jī)發(fā)射機(jī)頻譜特征庫，能夠?qū)μ卣鲙靸?nèi)的無人機(jī)的廠家、型號進(jìn)行識別，并提供擴(kuò)展接口，不斷更新數(shù)據(jù)庫。
• 全頻段寬帶監(jiān)測與信號分析：偵測頻段覆蓋100KHZ-6GHz，實時帶寬100MHz，可靠保證跳頻信號的檢測。具備信號記錄與分析功能，為信號取證提供原始數(shù)據(jù)支持。
• 采用超高頻寬帶干擾技術(shù)：采用超高頻寬帶干擾技術(shù)，有效功率（信道功率）高，干擾距離遠(yuǎn)。
• 高集成度：所有設(shè)備共軸安裝，安裝方便，校準(zhǔn)簡單。
• SDK開放：開放的SDK工具，便于系統(tǒng)聯(lián)動相關(guān)的配套設(shè)備；也可以被集成與安保平臺實現(xiàn)一體化管理與聯(lián)動。

 

在防御區(qū)域部署無人機(jī)防御系統(tǒng)，實現(xiàn)對外來無人機(jī)預(yù)警和攔截。無人機(jī)防御系統(tǒng)主要由探測單元、反制單元及操作系統(tǒng)組成。技術(shù)方案對比如下：

 

1、技術(shù)對比-探測單元

技術(shù)手段		優(yōu)點	缺點
雷達(dá)探測		探測距離遠(yuǎn)，虛警率低，能準(zhǔn)確獲取無人機(jī)方位、距離、速度、高度等數(shù)據(jù)，且航跡跟蹤持續(xù)穩(wěn)定。	價格相對偏高。
無線電頻譜探測	單站測向	單個探測單位，部署簡便、成本較低。	只能偵測方向，不能精確定位無人機(jī)，無法顯示無人機(jī)飛行軌跡,對于特殊頻段通信的無人機(jī)無法偵測。
	多站定位	多個探測單元，能夠精確定位無人機(jī)、感知移動軌跡。	對于特殊頻段通信的無人機(jī)無法偵測，部署相對復(fù)雜，價格相對較貴。
光電探測		能夠得到無人機(jī)實時圖像、便于工作人員判別和處置。	受天氣影響較大，大霧及有遮擋情況下效果差。

 

2、技術(shù)對比-反制單元

技術(shù)手段	優(yōu)點	缺點
軟殺傷網(wǎng)式攔截	次生災(zāi)害小	操作不易、網(wǎng)彈容量有限、作用距離有限、成功率低。
激光炮擊毀	物理燒毀、對所有無人機(jī)均有效	價格昂貴、體積大、重量大、不便于部署、存在誤傷可能。
GPS誘騙	對于無線電靜默無人機(jī)效果較好	開啟時對防區(qū)內(nèi)甚至周邊GPS的設(shè)備系統(tǒng)干擾很大。
無線電干擾	對絕大部分無人機(jī)有效，同時反制距離遠(yuǎn)、可同時對多個目標(biāo)反制	可能造成WIFI設(shè)施受影響。

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3、綜合技術(shù)方案對比

序號	技術(shù)手段	優(yōu)點	缺點
方案一	頻譜探測+無線電干擾	識別機(jī)型，建立黑白名單，結(jié)構(gòu)較為簡單、覆蓋區(qū)域大	精度較差，虛警率高，無法準(zhǔn)確顯示無人機(jī)飛行軌跡，對于特殊頻段通信的無人機(jī)無法偵測。
方案二	光電探測+無線電干擾	可以得到圖像信息，便于取證	受天氣影響嚴(yán)重。
方案三	主動雷達(dá)+無線電偵測/干擾	用主動雷達(dá)實現(xiàn)目標(biāo)精準(zhǔn)定位，用頻率探測實現(xiàn)機(jī)型識別，建立黑白名單。	整體價格相對偏高。

結(jié)合上述對比分析，建議選擇方案三：主動雷達(dá)+無線電偵測/干擾技術(shù)路線。

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六、詳細(xì)技術(shù)方案：

1、系統(tǒng)功能

無人機(jī)偵測防御系統(tǒng)提供無人機(jī)探測預(yù)警功能、無人機(jī)跟蹤定位功能、無人機(jī)反制功能。

• 無人探測預(yù)警功能

系統(tǒng)通過無人機(jī)探測雷達(dá)，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入防區(qū)時，通過雷達(dá)主動搜索探測輸出目標(biāo)精確的位置信息，包含距離、角度、速度、高度。同時以無人機(jī)發(fā)射無線電信號作為目標(biāo)，在遙控器開啟后的第一時間（無人機(jī)尚未起飛），系統(tǒng)可迅速自動對其進(jìn)行探測和發(fā)現(xiàn)，并對探測到的無人機(jī)信號進(jìn)行自動告警。

• 無人機(jī)跟蹤定位功能

系統(tǒng)可實現(xiàn)對多臺無人機(jī)同時進(jìn)行測向定位、跟蹤并在上位機(jī)上，基于地圖上實時顯示軌跡。通過智能AI學(xué)習(xí)算法，和對無人機(jī)的大數(shù)據(jù)分析，能夠大幅減少漏報和誤報，實現(xiàn)多臺無人機(jī)的實時精準(zhǔn)跟蹤和定位。

• 無人機(jī)反制功能

干擾攔截系統(tǒng)通過發(fā)送無人機(jī)常用的無線電波，來覆蓋或淹沒無人機(jī)通訊信號，使無人機(jī)無法正常接收和解碼通信信號，從而使無人機(jī)失去飛控指令，使之無法正常飛行。根據(jù)無人機(jī)的設(shè)計不同會產(chǎn)生返航、驅(qū)離、降落以及墜落的管制效果。

圖 9無人機(jī)防御系統(tǒng)示意圖

2、主要技術(shù)指標(biāo)

• 無線電偵測分系統(tǒng)
• 偵測接收頻率范圍:100KHz~6GHz；
• 實時帶寬：100MHz；
• 干擾頻段：標(biāo)配：9GHz，1.6GHz，2.4GHz，5.8GHz，1.2GHz，5.2GHz
• 偵測距離：≥2KM
• 反制距離：≥1.5KM
• 水平作用角度：0°~360°；
• ★攔截響應(yīng)時間：≤5s；
• 電磁波輻射強(qiáng)度：滿足GB 8702-2014；
• 設(shè)備供電電壓：80~264VAC（50/60Hz）；
• 設(shè)備功耗：＜600W；
• 待機(jī)工作溫度：－25℃~+55℃ ；
• 定位：支持GPS+北斗自動定位；
• 展開撤收時間：＜5分鐘；
• 通信接口 :RJ45接口；
• 指北功能：支持自動校北；
• 頻譜識別：可識別無人機(jī)的遙控和圖傳占用頻譜；
• 機(jī)型識別：支持大疆的御系列，M系列，精靈系列的具體機(jī)型識別，其他的統(tǒng)一顯示為WIFI無人機(jī)。
• 定向功能：可以根據(jù)使用者的需求，將無線電偵測和反制設(shè)備的天線轉(zhuǎn)動至某一指定的具體方位角，從而限定偵測打擊的范圍為該方位角的±30°范圍內(nèi)，從而避免干擾其他方向。
• 工作溫度：-40 ~ 70℃；存儲溫度：-40 ~ 85℃
• 重量：25KG；尺寸：326*240*645mm
• 外殼防護(hù)級別：IP65。

 

• 雷達(dá)探測分系統(tǒng)
• 工作體制:調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）；
• ★發(fā)射頻率：K波段（ISM 24GHz）；
• ★峰值發(fā)射功率：≤10W；
• 探測距離：≥3000米（迷你無人機(jī)RCS 0.01㎡）；
• 距離精度：10米；
• 最低探測高度：40米；
• 探測速度范圍：2m/s-30m/s
• 水平探測范圍：0°~360°；
• ★俯仰探測調(diào)節(jié)范圍：0°~90°；
• 俯仰波束范圍：不小于30°
• 天線搜索速度：≥60°/S；
• 可同時跟蹤數(shù)量：≥50個
• 指北功能：支持自動校北；
• 雷達(dá)供電電壓：170~264VAC（50/60Hz）；
• 雷達(dá)功耗：小于150W；
• 待機(jī)工作溫度：－25℃~+60℃；
• 展開撤收時間：＜5分鐘；
• 通信接口：RJ45接口/RS485；
• 定位：支持GPS自動定位；
• 外殼防護(hù)級別：IP65;
• 雷達(dá)主機(jī)重量：小于30kg。

 

七、設(shè)備清單：

序號	設(shè)備名稱	設(shè)備型號	設(shè)備外觀	數(shù)量（套）	價格
1	無線電偵測和干擾設(shè)備	TXPJ2000		1
2	無人機(jī)探測雷達(dá)	TXPD3000	???	1
3	管控平臺			1