背景介绍
随着微小型民用无人机的智能化、多样化和大众化,它已经广泛应用于航拍、植保、巡线等领域。
随着微型无人机的广泛应用,近些年无人机引起的安全事故率也在不断攀升,有的甚至已经造成严重的危害。比如,在2021年6月的杭州萧山机场以及2017年4月的成都双流机场都曾发生多起“黑飞无人机”影响航班降落的事件,美国曾经发生过无人机“擅闯白宫”事件,在边境地区无人机被用于跨境走私等。这一系列事件都反应出违规飞行无人机对公共安全已经造成了极大的隐患,如果无人机没有被规范的使用,将会对我们的生命财产构成严重威胁。
无人机骚扰萧山机场致航班延误[1]
无人机坠毁在白宫草坪上[2]
面对恶意无人机的威胁,不由的让人产生疑问,我们有什么办法呢?一方面,我们需要制定相关的法律法规来使无人机的应用更加规范合理;另一方面,为了避免无人机的发展给公共安全和生命财产带来损害,我们也必须及时探测到恶意无人机,并及时采取措施对其实施反制。正如我们知道的那样,法律无法禁止犯罪,所以我们必须充分认识到问题的严峻性,以及研究相关技术的紧迫性。
现阶段解决办法
目前,国内外已经有一些无人机探测技术和无人机反制技术。
常见的无人机探测技术
1.无线电频谱探测:这种方法主要通过检测无人机与遥控器之间的无线电通信来判断空域内是否存在无人机。它通常由一个或多个无线电天线和一个频谱分析仪组成。
优点:价格便宜,可以同时检测多架无人机,不受无人机型号的影响,探测距离较远;
缺点:难以探测无线电静默的无人机,在无线电信号复杂的区域性能较低;
2. 声音信号探测:该方法通常由一系列麦克风阵列组成,用于检测无人机发出的声音,并计算目标的方向。
优点:可探测相邻的所有无人机,可绕过障碍物探测无人机,易于部署;缺点:易受环境噪声的干扰,探测范围小,难以探测微型或者静音无人机;
3. 光电信号探测:这类方法主要通过相机(带红外感知功能)来感知周围的无人机,并基于机器学习的方法对目标无人机进行识别。
优点:探测设备体积小、价格低,易于部署,不受地面杂波干扰,可保存视频作为证据,可探测自动飞行的无人机,可同时探测多架无人机;
缺点:在复杂城市环境中误检率较高,无法探测被遮挡的目标;
4. 雷达探测:雷达是一种利用无线电能量探测物体的装置。它通过发射并接收反射回的无线电信号来测量物体的方向和距离(位置)。
优点:探测范围广,具备持续跟踪能力,定位精度高,可探测自动飞行的无人机,可同时探测多架无人机,不受天气的影响;
缺点:设备费用高,(视觉也是如此)在城市环境中的探测可靠性低;
思考:现有的无人机探测技术大都集中在地对空的探测上,然而这种探测方式容易受到地面障碍物、杂波等干扰。我们是否可以考虑空对空的探测方式呢?空对空探测可以拥有更广阔的视野范围,同时也可以避免被地面物体的干扰。比如,将空中的探测设备部署到我们自己的无人机上面,可以增加探测的灵活性和机动性。不过,受到各种因素的影响,空对空的探测性能相对地对空探测会弱一些。为了充分发挥地对空探测和空对空探测的优势,地、空协同的探测方式或许会是未来无人机探测的一种趋势。
常见的无人机反制技术
1. 基于地面上的网枪:这种方法简单粗暴,但是对于低空下缓慢飞行的无人机非常有效。这种方法曾被比利时警方采用,用于保护美国总统拜登和比利时国王的会面。从视频中可以看出,该技术的作用半径并不大,仅适用于小范围的防卫。但是它的劣势也是明显的,被击落的无人机容易造成地面上的人和物的损伤。
地面上发射网枪捕获恶意无人机[7]
2. 信号干扰枪:这种技术利用较强的无线电信号干扰无人机的飞控信号和GPS信号,迫使其无法正常飞行。它已经被广泛部署在机场、演唱会现场、体育馆等场所。干扰枪的作用半径通常可以达到300米左右。这也是目前民用领域最可靠的反无人机手段。但是,信号干扰被严格管控,特别在机场等重要设施附近可能干扰到其它重要电子设备。
信号干扰枪迫使恶意无人机降落[8]
3. 激光武器:这种技术通过大功率的高能激光毁伤目标无人机。它主要应用于军事领域,通常被部署在军队中用于反制无人机集群的攻击。目前,中国、以色列、美国、英国等多个国家都已经部署了该类型反无人机武器。由于该武器的杀伤力较大,所以不适用于民用领域。
地面激光武器毁伤恶意无人机[9]
4. 无人机捕捉无人机:该类方法通过让一架无人机携带一张展开的网,去捕捉恶意的无人机。它曾被日本警方采用,还成立了专门的“反无人机小分队”。这种方案的好处是恶意无人机不至于掉落地面造成额外的损伤,不过,真实的恶意无人机应该不会呆在原地等待被抓吧。
无人机抓捕恶意无人机[10]
5. 捕捉无人机的老鹰:这是一种荷兰警方开发的反无人机技术。他们通过训练一些老鹰来捕捉恶意的无人机,据说效果还不错,他们甚至还成立了一支“鹰警编队”。但是,动物保护组织对该行为表示强烈谴责。
训练老鹰抓捕恶意无人机[11]
思考:总的来看,现有的反无人机技术都存在或大或小的缺陷,在实际中的使用效果难以令人满意。我们期望的是一种高度智能化、自主化的反无人机技术,是一种不需要人参与的技术。受到“无人机捕捉无人机”、“基于地面网枪反制”和“老鹰捕捉无人机”这些反制技术的启发,再结合当前人工智能技术的快速发展,我们是否可以通过人工智能技术让追捕的无人机拥有老鹰的智能和灵活性,并让其携带网枪,去追捕空中的恶意无人机呢?!
未来我们将进一步分析无人机探测与反制的相关技术,更多原创内容敬请期待!
参考资料
[1]https://new.qq.com/omn/20210404/20210404A08JKC00.html
[2] https://trackimo.com/close-drone-encounters-increasing/
[3]http://www.szmd2006.com/2017/ad_0705/165.html
[4] https://www.robinradar.com/press/blog/9-counter-drone-technologies-to- detect-and-stop-drones-today
[5]http://news.sina.com.cn/o/2017-11-27/doc-ifypacti8612178.shtml
[6]http://yizefeng.cn/index.php/tag/auds/
[7] https://news.tezhongzhuangbei.com/zbkx_date_11994.html
[8]http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20180810/eb71b1a3908c4ca3a0a9db9323fd1c33.gif
[9]http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20170923/11a505d289384d84985510f191057c79.gif
[10]http://zkres2.myzaker.com/201801/5a6232067f52e967600000a9_raw.gif
[11]http://cloud2.dorastory.com/media/django-summernote/2016-12-03/a95da76d-6431-475d-8ccd-c6c3733eb77f.gif
[12]https://www.douban.com/note/528772714/(封面)
知乎链接:
微小型无人机,一把双刃剑?- 空中机器人前沿的文章 - 知乎 https://zhuanlan.zhihu.com/p/438168558
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注:本文由西湖大学智能无人系统实验室博士生郑业原创,我号系授权转载。
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