無人機攔截管制:專利技術保障禁飛區安全

2018-10-12 17:17:17

無人機是“無人駕駛飛行器”的統稱,是一種能夠自主飛行、可重複使用、無人駕駛的飛行器(UAV),由于其具有機動性好、活動空間廣、成本低的特性,常被應用于危險、肮髒或不适宜人類活動的領域。上世紀80年代起,無人機逐步被引用到民用領域,主要用于航拍、災難救援、植物保護、觀察野生動物、監控傳染病、測繪、電力巡檢、影視拍攝等方面。

近年來,無人機産業實現了迅速崛起,然而大量低成本的微小型無人機湧入市場,甚至在一些禁飛區也出現了無人機的身影,造成了極為惡劣的影響,因此加強對無人機飛行的管制便有了重要的意義。

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2016年9月,中國民航局空管行業管理辦公室發布了《民用無人駕駛航空器系統空中交通管理辦法》,自此無人機飛行活動的監管開始有法可依,然而如何從技術上在管理空域對無人機進行管理攔截仍是國内各廠家、高校及科研院所研究的熱點,筆者通過對中國專利文摘數據庫(CNABS)中涉及無人機攔截、禁飛、黑飛、管制的相關專利申請,即截至2017年底的224件專利申請進行梳理後發現,該領域年專利申請量以及技術分支變化趨勢可大緻分為三個階段:萌芽初起階段、百花齊放階段和迅速崛起階段。

随着人們對無人機飛行管制技術研究的日漸深入,2010年8月,北京理工大學首次提交了一種無附帶損傷的無人攔截飛行器方法,該技術的實現方式是,在實施攔截之前,無人機預先将纖維絲束抛撒裝置挂載在無人機上,并運送至待攔截無人機的航路上方,在發射纖維絲束的瞬間,無人機航路與待攔截無人機航路平行,無人機将纖維絲束幕抛撒出去,在空中形成纖維絲束幕攔截待攔截的無人機。這是一種通過軟殺傷方式攔截無人機的方式,對周圍環境産生的影響較小。

2015年,無人機擾航事件頻發,僅在我國西南地區就發生了4起無人機擾航的“黑飛”事件,引發了航班迫降、飛機返航、旅客滞留等影響,讓航空部門十分頭疼。因此,為了加強對無人機的飛行監管,國内各種無人機管制技術開始興盛起來。涉及無人機管制的相關專利申請數量也由2011年至2014年每年一至兩件升至了2015年的25件,相對應的技術手段也開始豐富,此時的管制手段已不再局限于早期的無人機空中撒網,而出現了空中或地面發射網捕、空中或地面向無人機發射幹擾信号,以及對無人機進行反控制等幾種方式。其中,這一時期的專利申請主要以幹擾和反控制兩種方式為主,并且企業、研究所以及個人都首次出現在了專利申請人的名單中。

在此階段的飛行管制技術中,可大緻分為以下三類。第一類是地面或車載來發射攔截的方式,如華南農業大學公開的一種無人飛行器的攔截裝置,其攔截裝置包括發射器和攔截器,發射器安裝在地面或車上,攔截物質為一種高分子樹脂材料,當到達空中時與空氣發生高速摩擦後便分解揮發成固态的絮狀,可幹擾無人機螺旋槳正常工作進而使其迫降。第二類是空中或地面向無人機發射幹擾信号的方式,通過幹擾無人機的控制信号,使無人機變盲,失去破壞力。如一種無人機自動攔截系統,在進行幹擾時,首先通過雷達識别無人機的通信信号和位置方向,并引導數字攝像機對無人機進行确認,然後利用數字處理系統對無人機的通信信号加以調制後對無人機進行強信号幹擾,以使無人機失去導航信号而最終成功實現攔截。第三類是反控制方式,即進入無人機系統控制無人機的一種強制控制手段。如一種無人機,其在判斷無人機進入禁飛區域時,會輸出驅趕信号,當操作者仍強行進入控制區域内,就會強制控制無人機降落。

此外,在此階段還包括以上兩種或多種手段融合的方式。如一種無人機空中攔截用的GPS發生器,就結合了幹擾和反控制兩種方式,該裝置設有射頻信号發射器及數據信号發射器,既可以通過射頻信号發射器發射GPS幹擾信号,幹擾需攔截的無人機定位,又可以通過數據信号發射器發射數據信号進入需攔截無人機系統内部,對無人機進行反控制。

2016年至2017年間,無人機攔截技術得到了迅猛發展,專利申請數量也從2016年的84件迅速增長到了2017年的114件,其中攔截手段也更加多樣,例如此階段出現了夾抓和摧毀兩種新興方式。

夾爪是一種捕獲裝置,可對無人機進行捕獲。如無人飛行器降落捕獲裝置,夾爪與驅動部件連接,當位置傳感器檢測到無人飛行器位于夾爪内時,驅動部件則驅動夾爪從初始張開狀态迅速收縮閉合,并引導無人機降落。無人機降落過程中通過夾爪進行引導,可有效避免無人機自行降落時受外界環境幹擾,從而實現精确降落。這種方式有利于無人機的回收再利用,同時也加強了對管制區域設施的安全保護。

另一種方式是摧毀,顧名思義就是将闖入禁飛區的無人機徹底毀掉的方式。如一種無人機反制系統,其中發射光路和接收光路共用同一光路,通過發射光路進行探查,當目标無人機被跟蹤鎖定之後,則沿相同路徑對其發射激光進行打擊。此方式既能夠保證目标被準确集中,不會損傷無辜的第三方,又不會幹擾其他正常通訊,避免了硬闖入禁飛區(如軍事區)的高危險性無人機實施的恐怖行為,也降低了機密洩露的風險。

從這一階段新增的兩種方式不難看出,在攔截無人機的同時,保護管制區域其他設備設施、提高保密性是此階段無人機攔截的研究方向和重點。

随着技術的不斷發展以及管理制度的完善,無論是無人機生産方還是無人機反制方都在持續推動着無人機的規範化管理。與此同時,随着我國知識産權戰略的不斷推進,我國在民用無人機領域在世界上也有了不容小觑的實力,相信不久的将來我國在該領域定會展現更加蓬勃且旺盛的創新活力。