机场终端区无人机预警与反制系统及方法与流程

本发明涉及低空监视技术和无人机监管领域，特别涉及一种民航机场终端区无人机预警及反制系统及方法。

背景技术：

随着无人机产业的高速发展，用于个人娱乐的消费级无人机出现井喷式增长。但是无人机行业的监管不够明确，行业门槛较低，各种乱飞、黑飞等无序飞行层出不穷，根据中国航空器拥有者及驾驶员协会(aopa)执行秘书长、无人机管理办公室主任柯玉宝介绍，目前国内至少有2万架无人机基本上都处于“黑飞”状态。这种无监管的黑飞状态使得无人机闯入民航机场或航路的事件频发，给航班运行带来巨大的安全隐患。据民航部门公布的数据，仅2017年上半年全国已发生40余起无人机干扰民航飞行的事件，造成数百个航班延误、备降、甚至取消，经济损失和社会危害巨大。

民航业虽然对无人机的监视预警和反制有强烈的需求，但是由于民航客机运行的特点和民航业的安全监管要求，使得全世界的机场都没有真正意义上的反无人机系统的应用案例。民航机场终端区有以下几个特点：

(1)覆盖范围广

机场终端区包括从机场到走廊口的所有进近航路和机场保护区，覆盖范围约为50kmx50km，民航客机在此区域内的飞行高度都比较低，随时都可能面临闯入无人机的安全威胁，一旦闯入无人机与客机相撞，就可能是机毁人亡、经济损失与社会影响巨大的严重事故。

(2)电磁环境敏感

机场终端区是对电磁频率监管非常严格的区域，对新增长期发射电磁波的设备有复杂的测试和审批流程，因此应尽量减少设备在该区域内对新电磁频率的占用。

(3)设备安装审批复杂

由于民航对安全管理的高要求，机场终端区内选址和安装电子设备有特别复杂的审批流程。加上民航运输非常繁忙，不可能长时间停航支持设备建设，因此就要求无人机反制系统选址要求低，安装简单快捷，尽量减少对民航运行的影响。

大多数消费级无人机飞行高度低、速度慢、自身体积小，现有的反无人机系统，对无人机的作用距离通常只有3～5公里，因此现有的反无人机系统往往只能应用于小范围内特定区域的无人机反制。若要实现机场终端区这样大区域的无人机反制，就存在设备量大、安装选址复杂、成本高以及需要新申请电磁波频率等缺点，这也是全世界机场都没有服役的反无人机系统的原因。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机场终端区无人机预警与反制系统及方法，适用于民航机场终端区。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种机场终端区无人机预警与反制系统，包括：

无人机预警分系统，由至少一套外辐射源雷达基站组网构成，用于整个机场终端区的无人机闯入监视预警；

无人机反制分系统，包括低空监视雷达、光电识别子系统和干扰子系统，其中，低空监视雷达用于对外辐射源雷达报告的可疑目标进行精确探测跟踪，光电识别子系统用于对跟踪到的可疑目标进行成像分析，确认所述可疑目标是否为入侵无人机，干扰子系统用于对确认的入侵无人机进行反制。

上述系统中，外辐射源雷达自身并不发射电磁波，而是利用数字广播电视信号作为辐射源来探测“低、小、慢”目标，它有作用距离较远、安装简单、容易组网、不占用新频率资源等优点，但是探测精度不高；低空监视雷达子系统为工作在ku频段的连续波相控阵雷达，由天线、收发机、终端处理设备等组成，它能精确获得目标的三维坐标及速度等参数，可用于目标探测和跟踪；光电识别子系统由相机、伺服机构、目标识别终端等组成，能对目标进行成像分析，识别并确认其性质；干扰子系统由干扰天线、定向频率产生器、摧毁模块等组成，能对无人机进行定向频率干扰或摧毁，使其返航或坠落。

在进一步优化的方案中，由所述多套外辐射源雷达组成的预警分系统对整个机场终端区所有进近航路和机场保护区进行无人机闯入的搜索预警，一旦发现可疑目标，则将该可疑目标的坐标和速度等参数报告给所述无人机反制分系统。所述无人机反制分系统获得上报的可疑闯入目标参数，首先由低监视雷达对所述可疑目标进行探测，获得更精确的三维坐标和速度等参数信息，并进行持续跟踪；然后由光电识别子系统对所述可疑目标进行成像分析，识别并确认其性质；最后由干扰子系统对已确认的非法闯入无人机进行频率干扰或摧毁，使其迫降、返航或坠落。

在上述系统中，先利用外辐射源雷达进行初步搜寻探测，后利用低空监视雷达进行二次精确探测，再通过光电识别子系统进行三次识别确认，因此可以很好地提高探测识别效果，避免误伤其他正常飞行器。

在一个实施例中，所述无人机预警分系统由四个外辐射源雷达基站组网构成，分别部署于机场终端区内。

较优地，一个所述低空监视雷达、一个所述光电识别子系统和一个所述干扰子系统集成在一起，构成一个无人机反制分系统。将这些设备集成在一起，便于设备的机动和部署。

在一个部署方案中，所述无人机反制分系统固定部署在机场五边。在另一个部署方案中，所述无人机反制分系统部署在一台可移动车内。

较优地，所述无人机反制分系统为多套，至少一套无人机反制分系统固定部署在机场五边，至少一套无人机反制分系统部署在可移动车内，且一台可移动车内部署一套无人机反制分系统。

作为一种实施方式，所述无人机反制分系统通过频率干扰或摧毁的方式反制所识别确认的入侵无人机。

同时，本发明实施例还提供了一种机场终端区无人机预警与反制方法，包括步骤：

由多套外辐射源雷达组成的无人机预警分系统实时搜索探测整个机场终端区内的可疑目标，并将探测到的可疑目标的坐标和速度等参数报告给无人机反制分系统中的低空监视雷达子系统；

低空监视雷达子系统对可疑目标进行精确探测并持续跟踪，获得可疑目标的三维坐标位置和速度参数，并将获得的参数信息报告给光电识别子系统；

光电识别子系统对可疑目标进行视频跟踪，并成像分析，识别且确认该可疑目标是否为非法入侵无人机，若为非法入侵无人机，则将该入侵无人机的位置参数报告给干扰子系统；

干扰子系统通过频率干扰或摧毁的方式对所述非法入侵无人机进行反制处理，使其迫降、返航或坠落。

进一步地，上述方法中，若外辐射源雷达搜索到的可疑闯入目标在机场五边附近，则将该可疑目标的坐标位置和速度参数报告给部署在机场五边的固定式无人机反制分系统中的低空监视雷达；若外辐射源雷达搜寻到的可疑目标在机场终端区的其他区域，则将该可疑目标的坐标位置和速度参数报告给距离最近的机动式无人机反制分系统中的低空监视雷达。

本发明的机场终端区无人机预警与反制系统与方法，是根据民航终端区运行规律和安全监管要求提出的无人机反制综合化解决方案。该系统由外辐射源雷达、低空监视雷达、光电识别子系统和干扰子系统等组成，具有覆盖范围广、频率占用少、安装建设容易、成本低廉等优点。相对现有无人机反制系统，本发明在系统构架体系、工作模式和部署方案等方面是针对民航机场终端区的应用需求而特别设计，因此能够非常好地适应民航机场终端区无人机预警与反制需求，具有巨大的应用前景和商业价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的机场终端区无人机预警与反制系统的结构示意框图。

图2为本发明实施例提供的机场终端区无人机预警与反制系统在某机场的应用示意图。

图3为本发明实施例提供的机场终端区无人机预警与反制系统的工作流程图。

图中标记说明

无人机预警分系统100；无人机反制分系统200；外辐射源雷达300；低空监视雷达400；光电识别子系统500；干扰子系统600；固定式无人机反制分系统700；机动式无人机反制分系统800。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对于民航机场终端区的覆盖范围广、电磁环境敏感、设备安装审批复杂的特点，本发明实施例提供了一种机场终端区无人机预警与反制系统，包括：无人机预警分系统，由多套外辐射源雷达组网构成，用于实时搜索预警机场终端区内的可疑闯入目标；无人机反制分系统，包括低空监视雷达、光电识别子系统和干扰子系统，三者高度集成为一个整体，用于对闯入无人机精确探测、跟踪、识别和反制处置。系统中，外辐射源雷达自身并不发射电磁波，而是利用数字广播电视信号作为辐射源来探测“低、小、慢”目标，它有作用距离较远、安装简单、容易组网、不占用新频率资源等优点，但是探测精度不高；低空监视雷达为工作在ku频段的连续波相控阵雷达，由天线、收发机、终端处理设备等组成，它能精确获得目标的三维坐标及速度等参数，可用于目标探测和跟踪；光电识别子系统由相机、伺服机构、目标识别终端等组成，能对目标进行成像分析，识别并确认其性质；干扰子系统由干扰天线、定向频率产生器、摧毁模块等组成，能对无人机进行定向频率干扰或摧毁，使其返航或坠落。

具体地，请参阅图1及图3，无人机预警与反制系统中的所述无人机预警分系统100包括多套外辐射源雷达300，所述无人机反制分系统200包括低空监视雷达400、光电识别子系统500、干扰子系统600。所述多套外辐射源雷达300组网构成无人机预警分系统100，它对整个机场终端区所有进近航路和机场保护区进行无人机闯入的全天候搜索预警，一旦发现可疑目标，则将该可疑目标的坐标和速度等参数报告给所述无人机反制分系统200。所述无人机反制分系统200获得上报的可疑目标的参数，首先由低监视雷达400对所述可疑目标进行探测，获得更精确的三维坐标和速度等参数信息，并进行持续跟踪；然后由光电识别子系统500对所述可疑目标进行成像分析，识别并确认其性质；最后由干扰子系统600对已确认的非法闯入无人机进行频率干扰或摧毁，使其迫降、返航或坠落。

容易理解地，根据机场终端区的面积大小，外辐射源雷达300的数量可以是一套或多套，低空监视雷达400、光电识别子系统500和干扰子系统600所构成的无人机反制分系统也可以是一套或多套。

为了便于系统中上述设备的部署，可以将一个所述低空监视雷达400、一个所述光电识别子系统500和一个所述干扰子系统600集成在一起，构成一套无人机反制分系统，当机场终端区无人机预警与反制系统中分别有多套低空监视雷达400、光电识别子系统500和干扰子系统600时，则构成多套独立的无人机反制分系统。

无人机反制分系统200在机场终端区有两种部署方式，其中一种是将无人机反制分系统200固定部署在机场终端区的各个位置，可以称为固定式无人机反制分系统700；另一种是将一个无人机反制分系统200部署在一个可移动车内，其位置可以随移动车的移动而改变，可以称之为机动式无人机反制分系统800。在机场终端区内，可以采用其中一种部署方式，也可以两种部署方式都采用，两种部署方式结合使用不仅可以减少无人机反制分系统的数量，还能保障机场终端区无人机反制系统的有效性及可靠性。

如图2所示，以四川省成都市双流机场为例，整个机场终端区部署4套外辐射源雷达300，以覆盖机场终端区内的机场保护区、进近航路，机场五边部署2套固定式无人机反制分系统700，同时在机场终端区的其他区域配备2套机动式无人机反制分系统800。

4套基于数字广播电视信号的外辐射源雷达300组网构成无人机预警分系统100，对整个机场终端区进行全天候实时无人机闯入的监视预警，一旦发现可疑目标，则将可疑目标参数报告给无人机反制分系统200。

无人机反制分系统200获得可疑目标参数后，首先由低空监视雷达400对可疑目标进行持续跟踪，获得其准确的位置和速度等详细参数，并报告给光电识别子系统500。然后光电识别子系统500在低空监视雷达400的引导下对可疑目标进行视频跟踪，并通过图像识别和确认可疑目标的性质，如果是对航行安全存在潜在危害的入侵无人机，则将其位置信息报告给干扰子系统600。最后由干扰子系统600对已确认的入侵无人机进行控制、通信或gps信号干扰，使其悬停、返航或被迫下降，甚至直接摧毁。

机场五边附近(即设定距离范围)的可疑目标由固定式无人机反制分系统700处置；终端区其他区域的可疑目标，由就近的机动式无人机反制分系统800移动到相应位置进行处置。安装在机场五边的固定式无人机反制分系统700也可保持值守模式，对机场五边的闯入无人机进行自行监视预警和处置。

本发明上述机场终端区无人机预警与反制系统，是根据民航运行特点和监管要求提出的无人机反制的完整解决方案。该系统由外辐射源雷达300、低空监视雷达400、光电识别子系统500和干扰子系统600等组成，相对现有无人机反制系统，具有覆盖范围广、频率占用少、安装建设容易、成本低廉等优点。本系统引入基于数字广播电视信号的外辐射源雷达300来扩大对闯入无人机的监视预警范围，实现对终端区内机场保护区和进近航路的空域全覆盖；当发现有无人机闯入机场保护区或进近航路时，则由低空监视雷达400对无人机进行进一步的监视跟踪，并获得其方位距离参数，然后由光电识别子系统500实现对无人机的进一步识别确认，最后由干扰子系统600对已确认的闯入无人机进行控制、通信或gps信号干扰，使其悬停或被迫下降，甚至直接摧毁，可以有效地保障机场终端区内客机运行安全，防止黑飞无人机干扰。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。