无人机防御系统

1 概述

近年来，随着无人机在航拍、快递、勘测、搜寻、植保等方面越来越多的应用，人们的生活质量和社会效率快速提升。不过，无人机市场快速发展的同时，越来越多的无人机“黑飞”给国家安全、社会稳定带来了严重的威胁和困扰。

是受非法无人机“光顾”和“威胁”的重点户。

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图1 一架无人机在飞越英国HMP Pentonville时坠毁

在国内，无人机侵入和威胁监管场所的事件时有发生,且越来越严重。据4月24日 《海峡都市报》报道，福州某上空深夜常发现不明无人机出没，教学楼、行政办公楼和驻监营区等场所上空绕飞和悬停，而无人机的性质及盘旋原因未能查明。该地区称，无人机在上空盘旋，存在投放危险物品、拍摄监管设施等重大隐患，严重威胁安全。

针对监管场所出现的被无人机侵入、甚至空投违禁品的事件，国内一些省区（例如四川、内蒙等）已在重点启动了试点，建立无人机防御系统对擅闯的无人机进行侦测、监视和干扰驱离。

鉴于司法、、、等部门对无人机安防的迫切需要，我司基于数十年的技术积累，经过深入研究和创新攻关，研制推出了具有综合侦测和防范功能的“无人机自动侦测防御系统”。

2、无人机侦测防御系统设计方案

反无人飞行器系统由搜索系统、光电跟踪系统、射频干扰系统及显控单元四个主要分系统及模块构成。其中，搜索系统完成对任务区域低空目标的监视及位置指示功能，由搜索雷达和无线电频谱监测系统构成，两种体制的搜索系统可根据环境独立使用或配合起来使用以提高探测性能；光学跟踪系统完成对目标的自动跟踪功能，使得射频干扰系统的定向天线能够实时对准目标；射频干扰系统用于完成对目标无人机GPS和无线遥测链路的定向射频干扰功能，使得无人机失去控制，无法继续飞行；显控单元主要完成系统的状态监测、控制、态势显示及人机交互功能。

无线电频谱监测系统提供对无人机的远距离探测（有效发现距离≥3km），搜索雷达提供对无人机的远距离探测（有效发现距离≥1.5km），两者探测数据根据使用环境进行数据融合后，引导光电跟踪系统实现对无人机的可视化跟踪，最后，射频干扰系统屏蔽无人机的飞控信道和导航信号，驱离/迫降无人机。

1.系统功能

1）采用无源探测技术，360度探测多个目标发出的无线电信号，并根据信号定位目标所在的位置；

2）采用相控阵雷达探测技术，360度探测多个运动目标的位置、速度信息；

3）具有可见光、红外成像功能，能显示警戒区域的可见光与红外图像；

4）具有图像检测、识别、跟踪功能；

5）具有多波段干扰功能，能够干扰无人机的卫星导航链路、遥控链路、图传链路；

6）能够根据搜索系统的数据自动/手动搜索、跟踪目标；

7）具有数据存储功能，方便调查取证；

8）终端显控软件描述

软件名目功能说明无线电监测识别软件1、接收无线电天线探测的无人机数据；2、对数据进行处理分析，根据无线电数据处理算法及数据库得到无人机的角度、距离及型号等信息；3、具备显示及操作界面，显示设备及目标的相关信息，供操作人员使用；4、根据环境进行相关设置，提高捕获能力。雷达监测识别软件1、接收雷达天线探测的无人机数据；2、对数据进行处理分析，根据雷达数据处理算法得到无人机的角度、距离及航迹等信息；3、具备显示及操作界面，显示设备及目标相关信息，供操作人员使用；4、根据环境进行相关设置，降低虚警率，提高捕获能力。无线电干扰控制软件1、具备显示及操作界面，供操作人员使用；2、根据操作人员的指令，控制设备干扰某个频段或多个频段。光电监视识别软件1、具备显示界面，显示可见光视频与红外视频；2、具备操作界面，可对前端设备进行相关操作，如视频调焦、图像检测、自动跟踪，数据存储等；3、集成数据融合算法，将雷达监测识别软件与无线电监测识别软件的数据进行融合处理，降低系统虚警率；4、具备电子地图，对无人机的位置进行标注；5、具备远程关机功能，可实现前端设备远程断电；6、具备快捷键控制功能，便于操作；7、具备前端设备状态检测功能。前置中控箱1、为前端雷达、无源、光电跟踪设备提供供电保障；2、根据显控软件发送指令控制前端设备电源打开与闭合；3、对前端光电视频图像进行压缩编码，降低视频传输的带宽；4、收集前端设备的数据、状态、视频等，发送至显控单元；5、将显控单元的指令分发到前端设备，控制设备运行；6、与前端设备组成一个小局域网，与显控单元连入的网络隔离，便于接入用户内网；7、前置中控箱内集成有自动环控系统，为箱体内各部件提供工作环境保障。交换机大华DH-IS3000C-8GT-DC型千兆交换机工控机大唐X5L双网口工控计算机编码器九视JS2010.3G/HD-SDI编码器电控设备RSL-S.4.16型4路16A开关控制器配电箱汉腾电器不锈钢户外配电箱1000mm*600mm*350mm其他安装导轨、空气开关、漏电保护器、各类型导轨插座、电源线材，信号线路线材、网线线材、散热风扇、加热器，指示灯、电控设备供电电源与控制器、温控开关、结构件设计与加工，各类施工耗材与辅材，箱体安装施工、线槽布设等。

2.系统特点

①探测能力强

有源与无源多波段双模探测，探测能力强；

信号实时采集、数据刷新率高；

全向360°，探测范围广；

覆盖市场95%以上的主流无人机；

对目标的测角与测距精度高；

多目标批次处理，目标容量大

电子地图标记无人机位置；

多数据融合处理，探测概率高、虚警率低。

②跟踪性能好

弱小目标跟踪稳定；

抗背景干扰能力强，目标不丢失；

跟踪速度高；

像素级精确跟踪，精度高；

遮挡后记忆跟踪，智能程度高；

③干扰强度大

干扰体制优秀，方式灵活、干扰信号频点控制精确；

全向360°，覆盖范围广

干扰模式多，强度大；

干扰频段足，覆盖频段广，带宽范围大；

丰富的扩展性能，干扰样式与噪声样式可调配；

干扰信号覆盖市场95%以上的主流无人机。

定向➕全向两种干扰手段，全面防止蜂群及大功率飞行器

④操作简单、自动化程度高

数据融合处理，降低虚警率，减少人员工作量；

一键自动搜寻，智能检测；

远程控制设备启动/关闭，人机功效好；

多快捷键组合控制，让设备操作像玩游戏一样简单；

显控界面简洁，各传感信息、设备状态一目了然。

⑤全天时、环境适应性强、可靠性高

昼夜皆可稳定工作，有效防止无人机夜晚突袭；

浓雾、小雨天气条件下照常工作，环境适应能力强；

长时间连续工作，维护成本低。

⑥定制化系统，雷达标准，高精尖技术

本系统的所带软件是公司专门针对反无人机系统在监管场所环境下应用的定制化软件，是集主动相控阵体制雷达、被动无线电探测雷达、光电探测系统以及定向射频干扰等多个设备的显示、控制以及联动工作于一体的指挥控制软件，而非一般的显控和监视软件，涉及数字地图、多传感器信息融合及指挥控制决策等多项目关键技术，开发技术难度高，研发投入大。

所用相控阵体制雷达在装备中都属于高精尖技术，如美国宙斯盾军舰就是因为采用相控阵体制雷达而，我国近年来列装的新型神盾舰上抛弃传统的机械扫描雷达而采用相控阵雷达。相比于传统的机械扫描雷达，相控阵体制雷达具有扫描速度快、探测性能高以及故障率低等显著优势，是未来雷达的发展趋势。缺点是成本相对较高。我司将雷达技术应用于民用上，积极国家军民融合政策，通过该项目起到较好的示范作用。

3.产品介绍

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整体集成图

1）搜索系统

A.无线电频谱监测系统（频率扫描）

无线电频谱监测系统被动截获无人机与遥控器之间的图传信号和遥控信号，实现对无人机的被动探测、侧向、识别与定位，产品如图1：

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图1 无线电频谱监测系统

设备参数

项目性能探测性能探测频率范围覆盖20MHz-6GHz，另重点防护如下频段：840-940MHz；2400-2500MHz；5725-5850MHz;方位角全向360o探测距离3km测向精度±3°(RMS)覆盖机型市场主流无人机95%以上通视条件下定位飞手距离1km目标容量40架次电气性能供电方式220V/AC或12VPOE功耗60W通信1路千兆以太网（UDP协议）数据率3s机械性能重量9.0kg防护等级IP65

B.搜索雷达

雷达采用C波段，相控阵+收发全数字DBF技术体制，具有数据率高、重量轻、体积小、功耗低等优点，产品如图2

雷达工作在C波段，采用全数字有源相控阵的技术体制，通过模块化、精细化设计，综合运用自适应动目标检测、数字T/R（发射/接收）、DBF（数字波束形成）、模拟数字一体化设计等技术手段，具有低空探测性能好、机动跟踪能力强、测量精度高和成本低等特点，是一部探测无人机性能优异的相控阵雷达，可以实现重点监控区域无人机的探测、警戒和目标指示，为监控系统提供实时、准确、连续的空情和目标信息。

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图2 搜索雷达

搜索雷达由雷达主机和雷达终端两部分组成，功能组成框图如下图所示

雷达主要功能组成框图

雷达结构组成示意图如下图所示

雷达结构组成示意图（集中安装）

雷达主机主要由4个独立的雷达阵面和一个综合控制盒组成。

每个阵面都是相对独立的探测系统，包括阵列天线、收发组件、射频数字集成模块、信号与数据处理模块等，完成信号放大发射和接收、DBF、多普勒滤波、CFAR检测和跟踪处理等，输出目标位置和特征信息。

综合控制盒由电源系统、系统时钟、集线器等模块组成，为各阵面提供电源、相参时钟，并将多阵面的输出信息集成到单路以太网通道输出。

雷达终端由加固计算机实现，完成雷达的控制、目标信息显示，当系统引入光电设备时，可实现与光电系统的联动。

雷达系统软件包括射频数字集成软件、信号和数据处理软件以及终端监控软件。

(1) 的技术体制

搜索雷达采用一维相扫的相控阵体制，方位上进行电扫描，波束指向灵活、快速，能实现无惯性的快速扫描，同时，可进行非均匀探测，针对不同区域采用不同的探测方案，提高总体探测性能。

采用基于全数字相控阵体制的软件化雷达设计方案，具有很强的扩展性和在线升级能力。

(2) 优良的低空探测能力

搜索雷达基于相控阵体制设计的多普勒滤波系统，消除了机扫雷达天线扫描调制所引起的杂波频谱扩散问题，波抑制能力能力更强，更有利于强杂波环境下发现和跟踪低空无人机目标。

(3) 可靠性高

搜索雷达无需机械旋转设备，不会因为机电故障而影响雷达工作，具有更高的可靠性；

同时，相对于单通道工作的抛物面雷达，相控阵雷达采用多通道并联工作，即使个别通道失效，仍能正常工作，提高了产品的任务可靠性。

(4) 安装简单、易用性强

搜索雷达采用模块化设计，结构简单、安装方便，无旋转关节，可以适用于不同的安装条件，具有集中和分离两种安装方式。

雷达对外接口简单，仅包括一个电源接口和一个网线接口，接线简单、方便。

雷达输出目标位置和特征信息，在配套的终端软件显示和操作，终端软件操作简单，易学易用。

技术特点

(1) 全数字有源相控阵技术体制，收发DBF技术；

(2) 自适应动目标检测和多普勒杂波抑制技术；

(3) 数字T/R技术和高集成的射频与数字一体化设计技术；

(4) 高机动目标稳定跟踪技术。

设备参数

项目性能探测性能工作体制相控阵体制+收发全数字DBF技术体制工作模式脉冲多普勒工作频段C波段探测距离1.5km （RCS≈0.01㎡）盲区范围95m方位覆盖0°～360°仰角覆盖30°距离精度15m目标容量40架次电气性能供电电源AC220V功耗120W通信1路千兆以太网（UDP协议）数据率探测模式 2s 跟踪模式 0.2s机械性能重量 60kg尺寸725mm×725mm×775mm

光电跟踪系统

光电跟踪系统由跟踪转台和光电舱构成，光电舱中装有非制冷红外焦平面探测器、高清可见光相机及图像处理板。光电跟踪系统根据搜索系统提供的目标位置信息，完成对目标的初始对准，随后在初始对准区域附近搜索目标，搜索过程中可通过自动识别或人工两种方式确认可疑目标，随后转入目标自动跟踪工作模式，使得光电传感器视轴以及安装于跟踪转台上的射频干扰天线能够实时对准目标。产品如图3：

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图3光电跟踪系统

设备参数

项目性能红外热象仪红外相机类型氧化钒非制冷红外焦平面探测器图像尺寸640×512响应波段8～14μm噪声等效温差（NETD）≤40mK@25℃,f#1.0探测器帧频50Hz最小物距30m聚焦系统手动非均匀校正自动可见光摄像机可见光相机类型1/2.8英寸Exmor CMOS，200万像素图像尺寸1920×1280镜头30X光学变焦；f=4.3mm(广角端)至129.0mm(远端)；F=1.6至4.7数字变焦12X（使用光学变焦后为360倍）可视角度（水平）63.7°(广角端)到2.3°(远端)最小物距10mm(广角端)至1200mm(远端)照度（50%）高灵敏模式：0.35 lx（ICR关闭）；0.013 lx（ICR打开）；正常模式：1.4 lx（ICR关闭）；0.05 lx（ICR打开）。白平衡自动，自动追踪，室内，室外，室外自动，钠蒸汽灯固定/自动，一键式，手动增益自动/手动，增益限制聚焦系统自动（灵敏度：正常，低），一键式自动聚焦，手动，无穷大，间隔自动聚焦，变焦触发自动聚焦，ICR模式打开时聚焦补偿去雾模式有（打开/关闭）色彩增强功能有（打开/关闭）图像处理搜索与自动跟踪距离具有自动跟踪识别能力，在天气良好状况下，跟踪距离1.2km（“精灵3”无人机，）；跟踪速度1.5 FOV/s跟踪精度(静态)±1像素抗遮挡记忆跟踪时间≥3s伺服性能跟踪范围 方位：360°； 俯仰：-10°~45° 跟踪角速度≥60°/s 跟踪角加速度≥30°/s2

3）射频干扰系统

无人机精确定向射频干扰系统采用光电识别与自动跟踪技术、精密伺服控制技术及高增益定向射频干扰技术实现对无人机搜索系统（包括无源探测与定位设备、主动雷达及光电搜索设备等）探测到的可疑目标的二次搜索、精确定位及自动跟踪功能，并发射定向射频干扰信号，瘫痪无人机的卫星导航、无线遥控及无线图传链路，使得无人机失去按照预定航路继续飞行的能力，达到迫降或驱离无人机的目的。

1） 目标类型

各类消费类无人机或航模，如大疆“精灵”系列多旋翼无人机；小型固定翼无人机；滑翔伞及浮空气球等小型航空器；部分微型或小型无人机或航空器。

2）引导方式

支持多种目标初始方位引导方式，能够根据无人机无源探测与定位设备、雷达、光电或其它引导设备提供的目标初始方位信息，实现对目标的二次搜索、精确定位与自动跟踪功能，从而保持高增益定向射频干扰天线实时精确对准目标。

系统支持如下几种引导方式：

无人机无源探测与定位设备；主动雷达引导；光电搜索系统引导；人工输入方位引导；支持其它引导方式扩展。

3）干扰链路

GPS/GLONASS/北斗卫星导航链路；无人机无线遥测链路；无人机无线图传链路。

4）干扰模式

阻塞式干扰：干扰信号覆盖无人机遥测与图传链路预知的多个频段，其特点是实现简单，不依赖任何外部设备，但存在干扰效率低以及对改造后的无线通信链路无法实施有效干扰等问题。

伴随式干扰：根据无人机无源探测与定位系统等外部电侦设备实时侦测到的目标遥测链路与图传链路的通信频点、信号带宽及跳频周期等信息，基于软件无线电架构的数字干扰源动态生成频点和带宽相匹配的干扰信号。该模式具有干扰效能高、针对性强以及实现简单等优点，但干扰效果严重依赖于外部侦测设备的探测性能及精度。

侦听式干扰：采用系统自带的侦听通道对无人机无线通信信号的特征进行实时处理和分析，数字干扰源根据分析结果动态生成频点和带宽相匹配的干扰信号，实现对无人机无线通信链路的有效干扰和压制。该方式是无人机射频干扰设备的技术发展趋势，具有干扰效能高、不依赖任何外部电侦设备等优点，但实现相对复杂，且对数字干扰机的信息处理能力要求较高。

1、干扰性能

1）干扰方式（途径）：

卫星导航链路干扰；无线遥测链路干扰；无线图传链路干扰；组合式干扰，即导航+遥测+图传链路同时干扰。

2）干扰模式

阻塞式干扰；伴随式干扰；侦听式干扰；支持其它干扰模式扩展；

3）干扰频段

1.5~ 1.6GHz （GPS/GLONASS/北斗等卫星导航系统民码频段）；400 ~900 MHz；2.4~2.485GHz；5.725~5.85GHz；

4）干扰信号带宽：单音、1MHz、2MHz、5MHz、10MHz、20MHz、50MHz及100MHz可设置；

5）干扰样式：相关干扰、噪声压制、窄带瞄频干扰、宽带压制干扰、扫频干扰、灵巧噪声干扰、隐蔽干扰及梳状谱干扰，支持其它干扰样式编程扩展；

6）噪声样式：调频、调幅、调相、白噪声及函数波调制等，支持其它噪声样式编程扩展；

7）射频干扰功率：20w，预留机械安装接口可扩展高功率射频功放模块；

8）干扰距离：≥3km；

9）干扰天线性能

天线增益：≥18dBi；半功率波束角：≤15°；

10）干扰方向覆盖

方位：0°~360°；俯仰：-10°~80°；

2、光电自动跟踪性能

经过多轮外场试验测试，红外自动跟踪系统具有如下技术性能指标：

1）截获距离

使用致冷型红外成像器

对微型无人机，如大疆精灵3（300mm×300mm）> 3.0km；对小型无人机> 5.0km，如大疆S900 （900mm×900mm）；

使用非致冷型红外成像器

对微型无人机，如大疆精灵3（300mm×300mm）> 1.0km；对小型无人机> 2.0km，如大疆S900 （900mm×900mm）；

2）截获时间：< 1.0秒；

3）截获概率：> 95%；

4）跟踪精度：2个像素以内。

系统已直接应用于反无人机系统，表1给出了我们研制的光电跟踪系统与国内外同类产品的比较结果。

表1 本项目研制的光电跟踪系统与国内外同类产品的技术比较

名称我们的产品红外/可见光跟踪器Bligther AUDS-红外/可见光跟踪器低空卫士SPYNEL-X红外搜索与跟踪系统国别中国英国中国法国截获距离非致冷探测器：>1km(大疆 精灵-3)>2km(大疆 s900)致冷探测器：>3km(大疆 精灵-3)>5km(大疆 s900)2km(微型无人机)8km(小型无人机)2km(低小慢目标)5km(小型无人机)探测器制冷型红外探测器和非致冷型红外探测器制冷型（Gen 3）红外探测器激光指示制冷型红外探测器场景特点天空背景天地背景天空背景天空背景天空背景天地背景视场角定焦可变焦，视场24゜至1.8゜－3゜×3゜帧频（帧/秒）致冷100非制冷50--50-100截获概率95％以上95%－98%95％以上－抗干扰能力抗飞鸟、云块干扰抗云块干扰抗电磁干扰－跟踪精度(像素)<2个像素--1个像素实时性实时(<18.2ms）实时实时（有延迟）实时

射频干扰系统由干扰主机和2~3根不同频段的天线构成，其中主机包括射频功放与控制模块与干扰机主控与信号处理板2部分。主要功能如下：

①通信干扰功能。产生具有一定波速宽度和发射功率的干扰信号，频率范围能够覆盖无人机的GPS通信频段（1.5G）、无线遥控器频段（2.4G）和无线图传频段（5.8G）。

②通信频段侦测功能。能够准确侦测到被跟踪无人机的无线遥控信号和图传信号的中心频点及带宽，以便能够生成针对性更强的窄带干扰信号，充分发挥射频功放模块的效率，以达到更好的干扰效果和更远的作用距离。

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设备参数

项目性能干扰性能干扰体制采用软件无线电架构的全数字化干扰源覆盖范围全向360度干扰距离3km干扰方式卫星导航链路干扰；无线遥测链路干扰；无线图传链路干扰；组合式干扰，即导航+遥测+图传链路同时干扰。干扰频段覆盖20MHz-6GHz，重点防护：1.5~ 1.6GHz （GPS/GLONASS/北斗等卫星导航系统民码频段）；902~928MHz2.4~2.485GHz；5.725~5.85GHz；干扰样式相关干扰、噪声压制、窄带瞄频干扰、宽带压制干扰、扫频干扰、灵巧噪声干扰、隐蔽干扰及梳状谱干扰，支持其它干扰样式编程扩展。噪声样式调频、调幅、调相、白噪声及函数波调制等，支持其它噪声样式编程扩展覆盖机型市场主流无人机95%以上电气性能功耗400W通信1路千兆以太网（UDP协议）机械性能重量50kg

4）显控终端

反无人机系统显控端软件在设计上分为界面显示前端与后台控制处理计算模块，界面显示前端负责显示搜索系统、光电跟踪系统、射频干扰系统的信息及状态，并集成常用的操作界面；后台控制处理计算模块是界面显示前端与前端产品的信息处理中枢，将搜索系统、光电跟踪系统、射频干扰系统的原始数据处理后，传递至界面显示前端，将操作指令综合处理后，发送至前端产品各分系统。