无人机拦截管制:专利技术保障禁飞区安全

2018-10-12 17:17:17

无人机是“无人驾驶飞行器”的统称,是一种能够自主飞行、可重复使用、无人驾驶的飞行器(UAV),由于其具有机动性好、活动空间广、成本低的特性,常被应用于危险、肮脏或不适宜人类活动的领域。上世纪80年代起,无人机逐步被引用到民用领域,主要用于航拍、灾难救援、植物保护、观察野生动物、监控传染病、测绘、电力巡检、影视拍摄等方面。

近年来,无人机产业实现了迅速崛起,然而大量低成本的微小型无人机涌入市场,甚至在一些禁飞区也出现了无人机的身影,造成了极为恶劣的影响,因此加强对无人机飞行的管制便有了重要的意义。

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2016年9月,中国民航局空管行业管理办公室发布了《民用无人驾驶航空器系统空中交通管理办法》,自此无人机飞行活动的监管开始有法可依,然而如何从技术上在管理空域对无人机进行管理拦截仍是国内各厂家、高校及科研院所研究的热点,笔者通过对中国专利文摘数据库(CNABS)中涉及无人机拦截、禁飞、黑飞、管制的相关专利申请,即截至2017年底的224件专利申请进行梳理后发现,该领域年专利申请量以及技术分支变化趋势可大致分为三个阶段:萌芽初起阶段、百花齐放阶段和迅速崛起阶段。

随着人们对无人机飞行管制技术研究的日渐深入,2010年8月,北京理工大学首次提交了一种无附带损伤的无人拦截飞行器方法,该技术的实现方式是,在实施拦截之前,无人机预先将纤维丝束抛撒装置挂载在无人机上,并运送至待拦截无人机的航路上方,在发射纤维丝束的瞬间,无人机航路与待拦截无人机航路平行,无人机将纤维丝束幕抛撒出去,在空中形成纤维丝束幕拦截待拦截的无人机。这是一种通过软杀伤方式拦截无人机的方式,对周围环境产生的影响较小。

2015年,无人机扰航事件频发,仅在我国西南地区就发生了4起无人机扰航的“黑飞”事件,引发了航班迫降、飞机返航、旅客滞留等影响,让航空部门十分头疼。因此,为了加强对无人机的飞行监管,国内各种无人机管制技术开始兴盛起来。涉及无人机管制的相关专利申请数量也由2011年至2014年每年一至两件升至了2015年的25件,相对应的技术手段也开始丰富,此时的管制手段已不再局限于早期的无人机空中撒网,而出现了空中或地面发射网捕、空中或地面向无人机发射干扰信号,以及对无人机进行反控制等几种方式。其中,这一时期的专利申请主要以干扰和反控制两种方式为主,并且企业、研究所以及个人都首次出现在了专利申请人的名单中。

在此阶段的飞行管制技术中,可大致分为以下三类。第一类是地面或车载来发射拦截的方式,如华南农业大学公开的一种无人飞行器的拦截装置,其拦截装置包括发射器和拦截器,发射器安装在地面或车上,拦截物质为一种高分子树脂材料,当到达空中时与空气发生高速摩擦后便分解挥发成固态的絮状,可干扰无人机螺旋桨正常工作进而使其迫降。第二类是空中或地面向无人机发射干扰信号的方式,通过干扰无人机的控制信号,使无人机变盲,失去破坏力。如一种无人机自动拦截系统,在进行干扰时,首先通过雷达识别无人机的通信信号和位置方向,并引导数字摄像机对无人机进行确认,然后利用数字处理系统对无人机的通信信号加以调制后对无人机进行强信号干扰,以使无人机失去导航信号而最终成功实现拦截。第三类是反控制方式,即进入无人机系统控制无人机的一种强制控制手段。如一种无人机,其在判断无人机进入禁飞区域时,会输出驱赶信号,当操作者仍强行进入控制区域内,就会强制控制无人机降落。

此外,在此阶段还包括以上两种或多种手段融合的方式。如一种无人机空中拦截用的GPS发生器,就结合了干扰和反控制两种方式,该装置设有射频信号发射器及数据信号发射器,既可以通过射频信号发射器发射GPS干扰信号,干扰需拦截的无人机定位,又可以通过数据信号发射器发射数据信号进入需拦截无人机系统内部,对无人机进行反控制。

2016年至2017年间,无人机拦截技术得到了迅猛发展,专利申请数量也从2016年的84件迅速增长到了2017年的114件,其中拦截手段也更加多样,例如此阶段出现了夹抓和摧毁两种新兴方式。

夹爪是一种捕获装置,可对无人机进行捕获。如无人飞行器降落捕获装置,夹爪与驱动部件连接,当位置传感器检测到无人飞行器位于夹爪内时,驱动部件则驱动夹爪从初始张开状态迅速收缩闭合,并引导无人机降落。无人机降落过程中通过夹爪进行引导,可有效避免无人机自行降落时受外界环境干扰,从而实现精确降落。这种方式有利于无人机的回收再利用,同时也加强了对管制区域设施的安全保护。

另一种方式是摧毁,顾名思义就是将闯入禁飞区的无人机彻底毁掉的方式。如一种无人机反制系统,其中发射光路和接收光路共用同一光路,通过发射光路进行探查,当目标无人机被跟踪锁定之后,则沿相同路径对其发射激光进行打击。此方式既能够保证目标被准确集中,不会损伤无辜的第三方,又不会干扰其他正常通讯,避免了硬闯入禁飞区(如军事区)的高危险性无人机实施的恐怖行为,也降低了机密泄露的风险。

从这一阶段新增的两种方式不难看出,在拦截无人机的同时,保护管制区域其他设备设施、提高保密性是此阶段无人机拦截的研究方向和重点。

随着技术的不断发展以及管理制度的完善,无论是无人机生产方还是无人机反制方都在持续推动着无人机的规范化管理。与此同时,随着我国知识产权战略的不断推进,我国在民用无人机领域在世界上也有了不容小觑的实力,相信不久的将来我国在该领域定会展现更加蓬勃且旺盛的创新活力。