监狱无人机反制系统技术方案侦测反制.docx
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监狱无人机反制系统技术方案侦测反制
XX监狱
无人机反制系统技术方案
中科融通物联科技无锡有限公司
二零一九年八月
一、项目背景和需求分析
监狱作为重要的国家部门,具有实体屏障、探测、报警、门禁等基于防范陆地入侵的防范系统,但是还需要在低空防御方面进行加强,来保障监狱的全方位安全。
本项目将在xx监狱部署无人机防御系统,包括侦察、反制和手持反制部分,作为XX监狱无人机防御试点,为未来推广应用做好经验和数据积累。
随着无人机行业发展迅速,近年来国内小型民用无人机市场规模速增,已达到年增50%以上,到2025年国内无人机市场总规模将达到750亿。
伴随着无人机市场的快速发展,无人机黑飞事件已成常态,而无人机黑飞可能会危及正常的航班起降,贵宾/行政人员/政治人物,公共活动场所,军事基地,监狱、学校等众多场所的公共安全,如何应对由无人机黑飞导致各种安全问题及无人机黑飞的潜在危险也已经引起了全社会各方面的高度关注。
近来发生了很多无人机非法入侵的事件,引起了的公众的强烈关注:
✧成都、重庆、杭州、大连、南京、上海发生多次无人机影响航班运行事件,特别是成都双流机场受到9次影响,造成多个航班取消、返航、备降或等待;
✧福州鼓山地区监狱上空深夜曾有无人机出没,存在投放危险物品、拍摄监管设施等重大隐患;美国一架无人机偷偷将违禁品运进密歇根州一所监狱,近2个月后才被发现;
✧深圳海关在深港边境地区破获一起特大走私手机案,犯罪团伙利用无人机空中飞越边境线,架设线缆,疯狂走私手机,案值高达5亿元人民币;
✧沈某操控无人机飞行到张学友演唱会内场上空盘旋、滞留,通过无人机回传视频,持续了30分钟;
✧2018年8月4日,委内瑞拉总统马杜罗在国民警卫队成立81周年庆祝活动中受到了无人机袭击;
✧2018年12月19日晚上开始,因起飞跑道受到无人机的持续干扰,英国第二大机场盖特威克机场关闭超过24小时,约800趟航班取消,11万人受影响。
应对无人机的非法飞行迫在眉睫,工信部和民航局2018年先后发布了《关于促进和规范民用无人机制造业发展的指导意见》,《无人机制造企业规范条件》和《民用无人驾驶航空器经营性飞行活动管理办法(暂行)》,公安部于2018年9月15日发布了无人机侦察反制装备列装配备意见。
在规范落实和立法的同时,也需要先进的技术手段来防御非法无人机,保护重要场所的安全。
无人机黑飞的应对从最早的物理网式捕捉到睿鹰的无线电式破解共经历了四代发展。
无人机作为一种小型低空飞行器,具有一定载荷,易被非法应用于运输违禁物品、侦察和自爆攻击等,难以用传统方式发现和跟踪,对各种高等级安防单位形成实质性的威胁。
无人机防御技术从最早的物理网式捕捉到软件无线电协议破解共经历了四代发展:
第一代防御方式即物理网式捕捉,通过高空抛网或者挂网捕捉完成无人机捕获操作。
这种方式对控制飞手的操作要求极高,捕捉越来越困难,成功率低,且作用距离短、有死角,有二次坠落风险。
第二代防御方式为雷达、光电或声波侦察加电磁干扰,通过近距离雷达、光电或声波发现无人机,通过大功率电磁波干扰无人机控制信号。
雷达探测曾是发现无人机目标的主要方式,但雷达不会对所有的移动目标都做出反应;无人机一般都是由轻木及复合材质构成,这此材料具有透波特性,使其具有较低可探测性,只有电机、发动机、电池、导线等金属材质,加上个头体积小,这都大大降低了目标自身的雷达散射面积,降低了被雷达探测的距离和发现概率,也缩短了地面反应的时间。
雷达探测有死角、对超低空飞行的无人机不能有效识别,且难以区分敌我无人机,地面杂波容易引起误报。
声学探测方面,无人机目标的噪声主要是发动机噪声和飞行过程中产生的空气扰动噪声,但目前无人机目标的飞行动力很大一部分是电动力,噪声较小,加上飞行速度较慢,使得其噪声水平很低。
光电探测方面,目前,防空火炮大部分都采用了红外火控技术,地空导弹、空空导弹也有相当数量采用了红外探测,红外制导技术;激光测距机、激光目标指示器在近程防空武器上已广泛使用。
作为无人机动力的电机或发动机,由于体积小效率高,其红外辐射特征低,使得通过红外探测的发现距离大大缩短在抗激光探测上,无人机目标更易采取如吸波、透射、导光等材料,减少激光反射及外形隐身设计等,这些都使得光电探测更加困难。
大功率干扰这种防御方式简单粗暴,会影响周围正常的无线电通信和GPS信号、尤其是GPS干扰有时会造成严重事故,另外无人机被干扰后行为不可控。
同时由于检测往往需要二次确认,与打击不能同步,会贻误战机,导致信息泄露或安全事件。
第三代防御方式为频谱分析,通过扫描固定范围内的无线电信息,进而发现无人机,然后通过大功率干扰设备干扰无人机正常飞行,迫使无人机返航或降落。
无人机在执行飞行任务的过程中,必须由地面人员发出遥控指令加以控制,使之做出各种动作。
这些都是通过遥控系统来实现的,遥控系统是无人机的大脑和决策部分。
遥控系统由操纵器、控制电路、无线数传电台和遥控接收机组成.其中操控器中要负责完成遥控编码信号的生成,测距基准信号的生成;控制电路接受操控器输出的指令代码并加以判断;无线数传电台主要负责指令编码信号的调频和高频功率放大,经过发射天线将编码信号向无人机进行发送;接收机通过接收天线接收地面遥控发射机发送的射频信号,通过一系统的放大、混频、检波操作后进行调制解调,生成控制芯片能够识别的数字信号,实现对无人机的操控。
基于无人机的遥控原理可以分别从无线遥控信号干扰和无线遥控信号欺骗两种通信方法展开。
频谱分析这种检测方式仅依靠频率信息来识别无人机,在复杂无线环境或者市区不能准确判断是否无人机,当无人机通信信道发生变化后不能准确判断,无法区分敌我无人机,无法准确判断无人机机型,容易有漏报,误报的情况发生。
第四代防御方式基于软件无线电协议破解技术SRPC(SoftwareRadioProtocolCracking),将先进的无线电逆向工程和安全分析应用于无人机检测和防御。
软件无线电协议破解是美国国防部唯一选定技术,是目前最先进的无人机防御技术。
无人机防御系统必须对无人机和遥控器之间的通信进行破解才可以防御无人机,利用软件无线电技术进行破解,破解内容包括频率、滤波、数模变换、调制方式和信道编码等。
除了在物理层使用软件无线电进行破解,还需在介质访问控制、逻辑链路控制、网络层和应用层进行协议破解;对部分压缩数据进行解压缩;对部分加密的数据进行解密。
软件无线电协议破解可实现全自动实时监测、区分敌我无人机,精准打击,零干扰,对周边环境如WiFi、蓝牙、飞机塔台无影响,同时全方位防御多架无人机,具有无人机开机超前预警等特色功能。
在无人机未起飞或者进入防护区域之前,就可以发现、报警并进行反制,可以将危害降低到最小。
第四代无人机防御系统利用软件无线电处理单元在防御区域内进行不间断无源侦测,找出当前空域中的无线电信号,通过软件无线电协议破解技术进行破解。
一旦发现陌生无人机信号,系统自动预警并进行主动防御,发射与遥控器相同的信号,对其无线通信链路进行接管或干扰,迫使其降落、悬停或返航,管控中心可以实时监测防御情况。
二、无人机防御系统建设原则和目标
●技术先进性:
由于无人机技术发展更新快,只有采用先进的防御技术才可以侦察和反制,适应现场的不断变化的需求;
●可靠性:
从设备选型到部署,系统稳定可靠也是一个重要的因素,将选用稳定的产品,保障系统的可靠性;
●兼容性:
系统与现有安保系统的融合以及协调,侦察和防御部分的协调联动;
●易于操作维护:
在系统设计及安装方面,可室外部署、支持多种安装方式、易于供电和进行网络连接、管理界面友好和易于操作上手。
系统建设以“适用、可靠、先进、经济”的原则,满足低空安全需求,同时也要考虑到未来技术发展,保证设备性能和可靠性。
建设一套无人机防御系统保证监狱领空不被非法低小慢航空器入侵。
做到无人值守的监狱区域及临空的低小慢航空器侦测反制,采用固定式一体化设备系统,建设的目标如下:
●探测距离可以达到7KM;
●全天候工作、不主动发射信号,避免对周边环境的射频污染;
●可同时侦察和防御多架无人机;
●能够识别主流无人机生产厂商和型号,并记录无人机识别码;
●系统具备自动侦测自动打击功能,可实现无人值守;
●支持黑白名单,自己的无人机可以正常飞行;
●整个系统设备易于安装、操作和维护。
三、睿鹰无人机防御系统简介
睿鹰无人机防御系统是中科融通依靠自身在DSP、FPGA、先进算法、加密和安防领域多年积累的经验,将先进的软件无线电协议破解技术SRPC(SoftwareRadioProtocolCracking)和安全分析应用于无人机防御所推出的第四代无人机防御系统,主要用于应对无人机对公众安全的威胁。
系统采用智能分析,结合现场数据实时破解,再通过领先的软件无线电协议破解数据库,进而检测和防御各种基于射频的WiFi以及非WiFi无人机。
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3.1系统原理
睿鹰无人机防御系统先利用前端检测设备在防御区域里进行无源侦测,通过软件无线电协议破解技术找出当前空域中无人机的无线电信号,一旦发现无人机信号即将无人机信号进行分析录入,并与名单库内的名单自动对比,若信号属于白名单,则不进行防御,若信号不在白名单内,则系统自动预警并进行主动防御。
主动发射与遥控器相同的信号,对其进行无线电通信链路进行接管,迫使其降落、悬停或通过者返航,管控中心的控制系统可实时监测防御情况,利用无人机电子指纹技术,合法的无人机可自由出入防御区活动。
3.2关键技术
本系统采用无线电逆向工程获取底层协议的基础原理,基于软件无线电协议破解(SRPC),将先进的无线电工程和安全分析应用于空域管理,对无人机和遥控器之间的通信进行破解,破解内容包括频率、滤波、数模变换、调制方式和信道编码等。
破解成功后就可以利用白名单、窄带、跳频等技术,点对点针对性切断黑名单上无人机的信号链,从而触发无人机的FailSafe机制,迫使无人机悬停和返航。
除了在物理层使用软件无线电破解,SRPC还可以在介质访问控制、逻辑链路控制、网络层和应用层进行协议破解;对部分压缩数据进行解压缩;对部分加密的数据进行解密。
3.3系统架构
系统硬件包括两部分:
软件无线电处理单元和管理平台。
睿鹰无人机防御系统部署成功后利用软件无线电处理单元在防御区域内进行不间断无源侦测,找出当前空域中的无线电信号,通过软件无线电协议破解技术进行破解。
一旦发现陌生无人机信号,系统自动预警并进行主动防御,发射与遥控器相同的信号,对其无线通信链路进行接管或干扰,迫使其降落、悬停或返航,管控中心可以实时监测防御情况。
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3.3.1天线
天线是睿鹰无人机防御系统的前端触角,可以监测控制范围内的无线电信号,识别无人机控制信号,将检测到的信号通过馈线传送到软件无线电处理单元进一步分析识别,睿鹰无人机防御系统使用的天线分定向和全向两款,分别适用于不同的场景,通过射频规划可完成各种复杂地形的监测全覆盖。
3.3.2软件无线电处理单元
软件无线电处理单元负责射频、基带和协议的处理,内置先进的算法来分析监测范围内天线接收到的各种无线电信号。
系统采用智能分析,结合现场实时数据和协议破解数据库,检测和防御各种基于射频飞控的无人机。
3.3.3管理平台
管理平台可以管理多个软件无线电处理单元,实时更新软件算法和认知无线电协议破解数据库,协助检测和防御各种基于射频的WiFi以及非WiFi无人机。
管理平台软件部署在控制服务器内,可统一管理监测范围内的无人机信号,界面清晰友好,一键操作,易于上手,功能强大,可设置人工干预和无人值守两种模式,检测、防御、定位等功能实时响应,维护方便。
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四、系统特色
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4.1无源检测
无源自动探测,不主动发射电磁信号,保密性强。
4.2长距离、无死角
单点检测7KM、单点打击2KM,组网后检测距离与打击距离可无限延申;区域全覆盖,不怕遮挡、隐藏和伪装。
4.3无人值守
睿鹰无人机防御系统可实现7*24小时全自动防御、全自动打击,一键开启全自动打击,实现无人值守,打击痕迹实时记录。
4.4敌我识别、精准打击
利用识别的无人机电子指纹,睿鹰无人机防御系统可区分同一品牌同一型号无人机,在我方无人机信号管理库内精准区分每一架无人机,区分敌我,从而精准选择敌机进行打击。
4.5察打一体
睿鹰无人机防御系统的检测与打击功能可以实时联动,即时检测,检测到无人机后即时打击,确保最佳的打击时机与最准的打击目标。
4.6非干扰打击
智能控制切断与控制接管,窄带小功率智能跳频跟踪切断无人机控制链路或智能接管无人机遥控信号,对周围环境无干扰
五、主要设备性能指标
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5.1AB101睿鹰无人机检测防御设备
睿鹰无人机检测防御设备是中科融通最新推出的第四代无人机防御系统,依托在DSP、FPGA、先进算法、加密和安防领域的多年积累,将先进的软件无线电协议破解技术SRPC(SoftwareRadioProtocolCracking)应用于无人机防御,主要用于应对无人机对公众的安全威胁,保障低空安全。
系统采用智能分析,结合现场实时数据和协议破解数据库,检测和防御各种基于射频飞控的无人机。
产品特点:
✧全自动、多频段、全方位、实时监测;
✧无人值守,自动防御和打击;
✧区分敌我无人机,精准打击;
✧无人机机型识别,序列号记录;
✧同时全方位防御多架无人机;
✧支持精准打击和宽频打击;
✧无源自动探测、不主动发射电磁信号,保密性强,零干扰;
✧无人机开机预警,超前预警,遥控器和无人机开机即可发现;
✧超远距离检测,单点检测可达7公里以上,可组网扩大防御范围。
产品参数:
产品型号
UBI-RE-AB101
产品功耗
≤360W
检测通道
两通道
检测距离
≥7KM
支持频段
2.4G、5.8G
频段信息
Band1:
2.4GHz~2.485GHz、Band2:
5.725GHz~5.85GHz、
波束宽度
外接天线,可选择全向或者定向天线
防御距离
≥2KM
报警范围
温度超标、软件需升级、失去连接、驻波比、硬件故障
电压参数
AC100-240V/50-60Hz
六、产品配置
根据初步评估,本项目计划配置无人机防御系统1套,包括检测和反制功能,清单如下:
序号
设备名称
单位
数量
设备参数
单价
合计
备注
一
硬件设备
1
固定式无人机侦测单元
套
1
检测通道两通道
560000
560000
波束宽度外接天线,可选择全向或者定向天线
检测距离≥7KM
支持频段2.4G、5.8G
频段信息Band1:
2.4GHz~2.48GHz、Band2:
5.72GHz~5.83GHz
工作温度-40~+60℃可正常工作
防护等级IP66
具备功能自动防御,开机探测,无源探测,白名单,无人机型号识别,组网
软件平台具备无人机防御管理功能:
具备手动攻击,无人值守,白名单等功能
使用用户机场、监狱、边防、政府、部队、看守所等
2
固定式无人机侦测天线
套
1
频段信息Band1:
2.4GHz~2.48GHz、Band2:
5.72GHz~5.83GHz
天线可以监测控制范围内的无线电信号,侦听无人机控制信号,将检测到的信号通过馈线传送到软件无线电处理单元放大、滤波、模数变换后进一步分析识别
40000
40000
3
固定式无人机干扰单元
套
1
反制通道三通道
550000
550000
频段信息Band1:
2.4GHz~2.48GHz、Band2:
5.72GHz~5.83GHz、Band3:
1.56~1.62GHz
反制频段1.5G、2.4G、5.8G
防御距离≥2KM
拦截时间≤3s
多目标拦截≥10
工作温度-40~+60℃可正常工作
防护等级IP66
具备功能自动防御,开机探测,无源探测,白名单,无人机型号识别,组网
软件平台具备无人机防御管理功能:
具备手动攻击,无人值守,白名单等功能
使用用户机场、监狱、边防、政府、部队、看守所等
4
固定式无人机干扰天线
套
1
频段信息Band1:
2.4GHz~2.48GHz、Band2:
5.72GHz~5.83GHz、Band3:
1.56~1.62GHz
天线可以将软件无线电处理单元放大、滤波、数模变换后的无人机反制信号发送到黑飞无人机,精准反制
30000
30000
5
定制天线支架
套
2
防水、防雷不锈钢支架
3000
6000
6
室外箱
套
1
防水、防雷、恒温不锈钢室外箱
5000
5000
7
定制天线套筒
套
1
防水、防雷天线套筒
3000
3000
8
专用固定支架
套
1
不锈钢支架
2000
2000
9
辅材
批
1
包括电源线、网线、安装套件及配件、网络接口等
4000
4000
10
小计
1200000
二
系统软件
1
无人机反制系统
套
1
侦测要求²无源检测、无源自动探测,不主动发射电磁信号,保密性强,零干扰,对周边环境如公众无线通信、Wifi、蓝牙、飞机无影响;
280000
280000
²全自动、多频段、全方位、实时监测;
²无人机机型识别,序列号记录;
²无人机开机预警,超前预警,遥控器和无人机开机即可发现;
²超远距离检测,单点检测可达7公里以上,可组网扩大防御范围。
无人机反制要求
²区分敌我无人机,精准打击;
²综合反制,精准反制+宽频反制
²无人值守,自动防御和打击;
²同时全方位防御多架无人机;
管理功能要求
具备手动攻击,无人值守,白名单等功能
报警功能要求
温度超标、软件需升级、失去连接、驻波比、硬件故障
2
工作站
套
1
高端配置工作站
20000
20000
3
小计
300000
三
总计
1
总计
1500000
七、监狱部署示意图
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监狱的形状一般为正方形或者为长方形,四周有较高的围墙,与周边建筑物有一定的安全距离,周边一般较为开阔,平面图如下图所示:
如果周长为1400米,一般从中心点到最远端的距离不超过500米,睿鹰无人机防御系统的检测发现距离7000米,防御距离最大可以超过2000米,一套防御系统即可侦测和防御整个区域,保证此区域的低空安全。
防御系统可以根据实际需要调整防御的范围,主要通过选用不同类型的天线,调整天线的安装位置和倾仰角,实现不同的覆盖效果。
如果在此区域的中心位置正好有比较高的建筑物,可以将天线安装在建筑物的屋顶,天线采用全向天线,即可实现下图的防御效果(平面图),完全覆盖整个区域的低空,非法无人机将无法接近。
图中蓝点是天线的安装位置,管理平台可以部署在办公区。
反制区域平面图如下图:
如果立体地看,下图建筑物上方的穹顶比较形象地展示了防御的效果图。
睿鹰无人机防御系统为此区域增加了一个无形的防御穹顶,非法无人机将无法接近,保障了此区域的低空安全。
备注:
具体的设计图纸,需要现场勘测后进行绘制。
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