民用機場無人機管制系統設計初探

拜俊鵬 民航西北空管局

近年來，以多旋翼飛行器為主要形式低空慢速小目標無人機（以下簡稱：無人機）發展迅速，其空中攝像、凌空飛抵、實時圖傳、運輸投放等能力，給保密、安防和反恐等工作帶來了新挑戰。因此，加強民用機場無人機管制系統的設計，將為機場安保提供重要的技術支撐，從本質上提升公共安全的水平。

1 無人機對航空安全的危險

無論民用飛機還是軍用飛機，其機場起降過程需要一定范圍的“凈空”予以保護，這樣才能保證飛行的安全。然而，近年來大量出現的無人機能夠隨時不受約束的闖入機場“凈空”管理區域，引發航空不安全事件，給航空業帶來巨大損失。

1.1 威脅航空器起降安全

無人機直接威脅到航空器的起降安全，根據大疆無人機官網的數據INSPIRE 2 無人機（型號T650）的最大水平飛行速度可達94km/h，普通槳的最大起飛海拔高度為2500m，最大起飛重量為4kg。根據物理學中的動量守恒，無人機在撞上飛機后變成相反方向的370km/h，其速度改變量為（370+94）km/h，而相撞時間極短，約為3ms，根據牛頓運動定律，客機受到無人機的撞擊作用力可以計算如下：即，客機受到撞擊力約為17 萬牛頓大小，這相當于一顆炮彈的能量。而無人機與客機的接觸面積又極小，約為0.02 平方米，所以飛機被撞擊位置受到的壓強約為8.53 兆帕。目前，飛機生產所用材料還無法承受如此大的壓強，這樣的撞擊必將造成客機的嚴重事故。

1.2 延誤正常飛機起降

當機場發現無人機闖入“凈空”管理區域后，必須對無人機進行有效的處置，才能允許機場正常起降作業。但是，目前對于無人機的處置尚沒有快速有效的手段，需要大量的時間來處理威脅，因此，可以說一旦無人機闖入機場凈空保護區，幾乎必然對延誤機場的飛機起降。例如：2013 年12 月29 日，首都機場以東空域發現無人機，導致機場10 余班次航班延誤起飛、兩班次航班空中避讓。2016 年5 月28 日，在成都機場東跑道航班起降空域發生因無人機阻礙航班正常起降事件，導致成都機場東跑道停航關閉1 小時零20 分鐘，直接造成55 個航班不能正常起降，其中進港26 個，出港29 個。

1.3 增加航空運營成本

無人機闖入凈空保護區導致機場和航空公司運營成本上升，消耗大量的人力物力資源。首先，按照當前的處置方法，機場為應對無人機的威脅，需要部署大量的人員和物資予以應對，造成直接持續成本的上升；需要根據無人機威脅重新調整機場起降方案，造成運營成本上升。據《中國民航報》報道，2013 年12 月，北京某科技公司的3名員工，在沒有航拍資質、未申請空域的情況下，操縱燃油助力航模無人機進行航空測繪，造成多架次民航飛機避讓、延誤，軍隊出動直升機迫降的后果。最終，法院一審判處當事人有期徒刑1 年6 個月，緩刑2 年。

2 反無人機相關技術

目前反無人機系統技術大致可分為探測、分識別和殺傷三大類。一套完整的反無人機系統應當是這三類技術的融合體，是多種技術相互協作的平臺。

2.1 探測技術：對空探測技術分為雷達探測、光電探測、無線電頻譜監測三種。其中雷達探測的作用距離最遠、準確性最高、技術最為成熟。通常將雷達配置為區域主要探測手段，輔助以光電探測和無線電頻譜監測，確定目標方位、高度、航向、速度等。

2.2 識別技術：識別技術應用于防御系統的指揮中心，屬于系統的大腦，它與探測系統建立情報傳輸道路，將情報數據進行匯集、分析、判斷，同時要與相關部門建立聯動體系，及時與空軍、公安、氣象、體育等部門進行情報認證，快速、準確的判定目標屬性。

2.3 殺傷技術：分為硬殺傷和軟殺傷兩類。硬殺傷主要是以動能、激光、微波等來摧毀目標物。軟殺傷主要是以無線電磁干擾為主，用以干擾無人機控制信道、定位數據信道等。針對于民用領域，主要是以軟殺傷為主。通過模擬虛假的GPS 定位信號、大功率電磁干擾等手段迫使逼近的無人機系統產生控制中斷、定位信息接收中斷或接收到錯誤的定位信息，使其返航、指定地點降落、原地降落。

3 基本架構

一套基礎的反無人機系統由低空無人機探測雷達、光電跟蹤設備、定向反制設備、便攜式反制設備和監控指揮平臺等組成。首先由無人機探測雷達在 360°大范圍檢測無人機，一旦確認有目標，指揮控制平臺立即將目標位置信息傳送給跟蹤雷達（可以與探測雷達融為一體），跟蹤雷達鎖定目標后可控制轉臺一直指向目標，安裝在同一轉臺上的光電和干擾系統也同步對準目標。操作人員可通過光電進一步觀察目標，并可隨時進行電磁干擾打擊。其系統結構圖如圖1 所示：

圖1 反無人機系統結構

4 系統功能

反無人機系統不是一個單獨的技術，主要包括：探測識別技術、光電跟蹤技術、無線電反制技術和網捕反制技術等，需要實現實戰化的功能。

4.1 遠程控制功能。可對機場、重點安防領域近進空域內各種低空自主飛行物（無人機）、飛鳥等目標情況進行動態監視、實時預警，目標信息輸出包括方位、距離、高度、速度及運動方向等信息；

4.2 安全評估功能。可以實時評估飛機起降航線重點空域自主飛行物、鳥情風險等級水平，滿足飛機安全起降需要，在重點區域監控的同時，360 度無盲區連續監控周邊區域，預留標準數據協議，可靈活接入飛行保障的指揮控制系統；

4.3 動態監視功能。機場整體空域自主飛行物、無人機飛行動態全程可控，發現可疑目標后。進行視頻確認，確認后由打擊設備（干擾器）進行打擊。

4.4 安全管理功能。系統界面顯示采用圖形化界面組織管理，人機交互良好。包括賬戶管理界面、態勢顯示界面、工作日志上報等。

5 總結

目前，我國民用航空發展迅速，至2020 年我國總規劃民用機場數量244 個，已公開的軍用機場134 個，機場總數量達到近400 個。雖然我國有一系列針對無人機的監管政策，但相關技術手段還不成熟，加之無常識和法規意識的非法無人機用戶量大，對于機場“凈空”管理的威脅還會長期存在。因此，我國必須加快反無人機技術的研發和部署，使機場具備低成本的反無人機技術手段，從而大大降低無人機侵擾給機場帶來的危害。