"探翼者"助力无人机监管难题 2017-8-8
近年来，无人机行业发展迅猛，特别是民用微型多旋翼无人机，因其安全、便携、易部署、娱乐性强，深受大众喜爱，用户与日俱增。它被广泛应用于摄影娱乐、农林作业、边境巡逻、治安反恐、地理测绘、管线监测、应急救援等方面，各类无人机不仅在各行业领域展现出良好的应用前景，也越来越多的出现在人们的生活之中。
然而，无人机作为我国的新兴产业，对其的技术监管手段以及相关法规建设仍严重滞后，存在诸多缺失、模糊和混沌之处，因而在无人机的使用中暴露严重安全隐患。从实际情况看，现今大多数无人机飞行活动都处于“黑飞”状态，而随着技术上的不断优化和发展，市场上常见的无人机不论是飞行高度还是飞行距离上都具有良好的性能，加上用户资质不一、无人机型号多样，更加大了无人机的不当使用所带来的公共安全威胁。
对于无人机的不当使用，常见的一大危害是其对空中交通安全的威胁。航空公司飞行员报告，在起飞和降落时已经数百次看见有无人机向他们的飞机接近，一旦飞机与其相撞，后果不堪设想。仅今年以来，国内外多地机场就接连发生多起无人机黑飞扰航事件，给公共飞行安全造成巨大威胁。比如成都某机场在4月中下旬的半个多月时间内接二连三频繁出现无人机扰乱航空秩序的事件，最严重的一次是在4月21日下午，3小时内受到4架“黑飞”无人机干扰，影响了62个航班的正常航行，超万名旅客被滞留机场。因此，对机场区域无人机进行监控、定位和管理，具有重要的意义和应用价值。
目前民用无人机的飞行大多需与遥控器保持通视，在空旷区域的最大控制距离约在2km至7km不等，在复杂的城市环境中其控制距离相对更短，这有利于采用技术手段实现快速定位。目前民用无人机的主流工作频段在2.4GHz和5.8GHz，为无需授权频段，在该频段上存在许多同频干扰信号，而且随无人机型号的不同，相应的遥控和图传信号也会存在差异，所以如何在复杂电磁环境下快速检测到隐藏的无人机信号，以及如何快速准确的定位是主要的技术难点。
现有目标探测定位手段主要包括雷达探测定位手段、光电探测定位手段、声波探测定位手段，以及对无线电信号进行探测的无源定位手段。由于无人机目标是一种典型的“低慢小”目标，对于雷达探测定位技术，存在无人机悬停或慢速时易漏警以及近距离盲区的缺点；对于光电探测定位系统，存在探测距离有限，以及易受背景环境影响的缺点；对于声波探测定位系统，存在探测距离近、抗干扰能力差等缺点。因此采用上述探测定位手段存在诸多限制，而且成本高、效果差，所以针对无人机这种特定目标的定位，无源探测定位技术可以作为首要考虑手段之一。
无人机系统在工作过程中要实现控制器对飞行器的实时控制，以及对飞行器获取的影像实时的读取显示，在控制器和飞行器之间存在稳定而长期的交互信号，即地面遥控器对飞控系统的遥控信号和舵机云台视频系统发送给显示器的图传信号，这给对无人机及遥控器的无源定位提供了信号源，也使得利用无源手段实现无人机探测定位成为可能。
相对于传统的探测定位系统，无源定位技术具有无源性，即本身不辐射电磁波，仅接收目标辐射或反射的电磁波，对其进行检测和分析计算实现目标定位[8]。无源探测的波程仅为雷达探测的一半，且直接对目标辐射源信号进行分析，所以采用无源技术对无人机信号进行探测，具有探测距离远、型号识别能力强、无辐射等特点。
采用无源技术对微型无人机的图传和遥控信号进行探测，面临的技术问题主要有：
(1) 一般微型无人机发射功率低，且同频干扰源多，接收信号信噪比低，信号检测难度大；
(2) 无人机为非合作目标，其信号形式、参数等信息未知，信号提取难度大；
(3) 无人机目标具有一定运动速度，对多目标测向和定位算法的精度和实时性要求高。
湖南猎航电子科技有限公司在多年无源探测定位研究基础上，突破了微弱无人机图传和遥控信号进行相参积累检测技术、单站实时测距和单站定位技术、复杂电磁环境下无人机型号识别技术、多站测向交叉定位融合技术等关键技术，在复杂电磁环境下，对发射功率仅0.1w的无人机图传和遥控信号实现大范围、实时、远程搜索探测和报警，且实测探测距离可达10km以上,目前在同类设备中最远；首创单站粗略测距、单站定位功能, 可实现对无人机 的单站测向和测距，可在地图上标绘实时位置和航迹；具有通过信号特征参数和无人机型号数据库比对实现对主流无人机型号、厂家的识别，且具有多站自动组网的测向交叉定位和跟踪功能，可以输出无人机的实时航迹。该系统实现了国际一流的探测性能指标，在我国白云机场、宝安机场、双流机场试用后，均取得良好效果。有关专家指出，“对微型无人机被动探测与定位系统”具有探测距离远、识别能力强、成本低廉等特点，为解决决无人机“黑飞”问题提供有效的防控手段，可广泛应用于民航、边防、监狱、核电站、油库等重要场所及重大活动的空中安全保障。
郭欣儒 2017-8-8