民用机场无人机管制系统设计初探

无人机10086

2021年5月18日 10:00

拜俊鹏民航西北空管局

摘要：无人机系统也称为UAS，在为人们带来工作便利、生活娱乐的同时，也可能会被恐怖分子、犯罪分子或其他人群用来进行危害公共安全的活动。对于机场而言，更是迫切需要部署反无人机系统预警系统，本文主要从机场潜在风险评估等方面结合目前反无人机领域的各类技术在民航空中管制的工作应用，就民航机场无人机管制系统设计进行初步讨论。

关键词：民用机场无人机管制系统设计

近年来，以多旋翼飞行器为主要形式低空慢速小目标无人机（以下简称：无人机）发展迅速，其空中摄像、凌空飞抵、实时图传、运输投放等能力，给保密、安防和反恐等工作带来了新挑战。因此，加强民用机场无人机管制系统的设计，将为机场安保提供重要的技术支撑，从本质上提升公共安全的水平。

1 无人机对航空安全的危险

无论民用飞机还是军用飞机，其机场起降过程需要一定范围的“净空”予以保护，这样才能保证飞行的安全。然而，近年来大量出现的无人机能够随时不受约束的闯入机场“净空”管理区域，引发航空不安全事件，给航空业带来巨大损失。

1.1 威胁航空器起降安全

无人机直接威胁到航空器的起降安全，根据大疆无人机官网的数据INSPIRE 2 无人机（型号T650）的最大水平飞行速度可达94km/h，普通桨的最大起飞海拔高度为2500m，最大起飞重量为4kg。根据物理学中的动量守恒，无人机在撞上飞机后变成相反方向的370km/h，其速度改变量为（370+94）km/h，而相撞时间极短，约为3ms，根据牛顿运动定律，客机受到无人机的撞击作用力可以计算如下：即，客机受到撞击力约为17 万牛顿大小，这相当于一颗炮弹的能量。而无人机与客机的接触面积又极小，约为0.02 平方米，所以飞机被撞击位置受到的压强约为8.53 兆帕。目前，飞机生产所用材料还无法承受如此大的压强，这样的撞击必将造成客机的严重事故。

1.2 延误正常飞机起降

当机场发现无人机闯入“净空”管理区域后，必须对无人机进行有效的处置，才能允许机场正常起降作业。但是，目前对于无人机的处置尚没有快速有效的手段，需要大量的时间来处理威胁，因此，可以说一旦无人机闯入机场净空保护区，几乎必然对延误机场的飞机起降。例如：2013 年12 月29 日，首都机场以东空域发现无人机，导致机场10 余班次航班延误起飞、两班次航班空中避让。2016 年5 月28 日，在成都机场东跑道航班起降空域发生因无人机阻碍航班正常起降事件，导致成都机场东跑道停航关闭1 小时零20 分钟，直接造成55 个航班不能正常起降，其中进港26 个，出港29 个。

1.3 增加航空运营成本

无人机闯入净空保护区导致机场和航空公司运营成本上升，消耗大量的人力物力资源。首先，按照当前的处置方法，机场为应对无人机的威胁，需要部署大量的人员和物资予以应对，造成直接持续成本的上升；需要根据无人机威胁重新调整机场起降方案，造成运营成本上升。据《中国民航报》报道，2013 年12 月，北京某科技公司的3名员工，在没有航拍资质、未申请空域的情况下，操纵燃油助力航模无人机进行航空测绘，造成多架次民航飞机避让、延误，军队出动直升机迫降的后果。最终，法院一审判处当事人有期徒刑1 年6 个月，缓刑2 年。

2 反无人机相关技术

目前反无人机系统技术大致可分为探测、分识别和杀伤三大类。一套完整的反无人机系统应当是这三类技术的融合体，是多种技术相互协作的平台。

2.1 探测技术：对空探测技术分为雷达探测、光电探测、无线电频谱监测三种。其中雷达探测的作用距离最远、准确性最高、技术最为成熟。通常将雷达配置为区域主要探测手段，辅助以光电探测和无线电频谱监测，确定目标方位、高度、航向、速度等。

2.2 识别技术：识别技术应用于防御系统的指挥中心，属于系统的大脑，它与探测系统建立情报传输道路，将情报数据进行汇集、分析、判断，同时要与相关部门建立联动体系，及时与空军、公安、气象、体育等部门进行情报认证，快速、准确的判定目标属性。

2.3 杀伤技术：分为硬杀伤和软杀伤两类。硬杀伤主要是以动能、激光、微波等来摧毁目标物。软杀伤主要是以无线电磁干扰为主，用以干扰无人机控制信道、定位数据信道等。针对于民用领域，主要是以软杀伤为主。通过模拟虚假的GPS 定位信号、大功率电磁干扰等手段迫使逼近的无人机系统产生控制中断、定位信息接收中断或接收到错误的定位信息，使其返航、指定地点降落、原地降落。

3 基本架构

一套基础的反无人机系统由低空无人机探测雷达、光电跟踪设备、定向反制设备、便携式反制设备和监控指挥平台等组成。首先由无人机探测雷达在 360°大范围检测无人机，一旦确认有目标，指挥控制平台立即将目标位置信息传送给跟踪雷达（可以与探测雷达融为一体），跟踪雷达锁定目标后可控制转台一直指向目标，安装在同一转台上的光电和干扰系统也同步对准目标。操作人员可通过光电进一步观察目标，并可随时进行电磁干扰打击。其系统结构图如图1 所示：

民用机场无人机管制系统设计初探的图2

图1 反无人机系统结构

4 系统功能

反无人机系统不是一个单独的技术，主要包括：探测识别技术、光电跟踪技术、无线电反制技术和网捕反制技术等，需要实现实战化的功能。

4.1 远程控制功能。可对机场、重点安防领域近进空域内各种低空自主飞行物（无人机）、飞鸟等目标情况进行动态监视、实时预警，目标信息输出包括方位、距离、高度、速度及运动方向等信息；

4.2 安全评估功能。可以实时评估飞机起降航线重点空域自主飞行物、鸟情风险等级水平，满足飞机安全起降需要，在重点区域监控的同时，360 度无盲区连续监控周边区域，预留标准数据协议，可灵活接入飞行保障的指挥控制系统；

4.3 动态监视功能。机场整体空域自主飞行物、无人机飞行动态全程可控，发现可疑目标后。进行视频确认，确认后由打击设备（干扰器）进行打击。

4.4 安全管理功能。系统界面显示采用图形化界面组织管理，人机交互良好。包括账户管理界面、态势显示界面、工作日志上报等。

5 总结

目前，我国民用航空发展迅速，至2020 年我国总规划民用机场数量244 个，已公开的军用机场134 个，机场总数量达到近400 个。虽然我国有一系列针对无人机的监管政策，但相关技术手段还不成熟，加之无常识和法规意识的非法无人机用户量大，对于机场“净空”管理的威胁还会长期存在。因此，我国必须加快反无人机技术的研发和部署，使机场具备低成本的反无人机技术手段，从而大大降低无人机侵扰给机场带来的危害。

参考文献

[1]徐延鸿,王光崭,温宇轩.无人机监管对机场运行安全的影响及建议[J].科技与创新,2019(12)：56-57.

[2]于宪泽.浅谈民用无人机的空中交通管理[J].民航管理,2018(03)：56-58.

[3]高国柱.中国民用无人机监管制度研究[J].北京航空航天大学学报(社会科学版),2017,30(05)：28-36.

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