1、變電站反無人機管控技術(shù)的探析摘要：近年來無人機技術(shù)的蓬勃發(fā)展使“黑飛”問題愈發(fā)嚴(yán)重。對變電站設(shè)備安全而言，無人機的非法入侵小則造成信息安全問題，大則破環(huán)電力設(shè)備，導(dǎo)致一系列的生產(chǎn)安全問題。針對變電站的特點，研發(fā)和應(yīng)用有效的反無人機管控技術(shù)， 對于解決目前變電站空中安防問題具有重要的意義。鑒于目前現(xiàn)有的反無人機管控技術(shù)比較多樣，通過比較不同反制方法的優(yōu)缺點，選擇出最適合變電站使用的反無人機管控技術(shù)，是保障電網(wǎng)安全的重要舉措。關(guān)鍵字：反無人機；無線電反制技術(shù)；無人機探測；變電站空中安防緒論國內(nèi)民用無人機管控現(xiàn)狀無人機具有小型化、智能化、大眾化的特點，成為了最近熱門的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，而且發(fā)展勢頭尤其迅

2、猛。2015 年至 2020 年期間，我國無人機市場以平均每年19%的增長率實現(xiàn)增長，據(jù)預(yù)測，未來 10 年無人機市場規(guī)模將有望突破700 億美元。隨著無人機，特別是消費級無人機的數(shù)量激增，無人機對社會公共安全問題日益凸顯，擾亂日常生活秩序的行為屢見 不鮮，各類安全事故發(fā)生頻率越來越高，有的甚至造成了不可挽回的影響。針對民用無人機，我國先后發(fā)布了民用無人駕駛航空器系統(tǒng)空中交通管理辦法、關(guān)于民用無人機管理有關(guān)問題的暫行規(guī)定、輕小型無人機運行規(guī)定（試行）、民用無人駕駛航空器實名登記管理規(guī)定、治安管理處罰法（修訂公開征求意見稿）、民用無人駕駛航空器經(jīng)營性飛行活動管理辦法（暫行），這些法律法規(guī)除了對無

3、人機進(jìn)行監(jiān)管外，也針對無人機的飛行區(qū)域也進(jìn)行了一定的設(shè)置：禁止微型、輕型民用無人機在空中危險區(qū)域、機場及臨時起降點、軍事禁區(qū)及軍事管理區(qū)、生產(chǎn)儲存易燃易爆危險品的大型企業(yè)、電力系統(tǒng)設(shè)備等區(qū)域飛行。但是這一系列的法律文件均沒有明確提出針對民用飛行器的反干擾系統(tǒng)/裝置方面進(jìn)行明確的定位。隨著無人機技術(shù)的快速發(fā)展，伴隨著無人機入侵案例激增，社會和市場對反無人機技術(shù)、產(chǎn)品的需求越來越強烈。現(xiàn)有的變電站空中安防漏洞變電站在電力系統(tǒng)中是一個尤其重要的存在，可以保證電力輸送和電力分配，保障每個變電站的正常運行對電力系統(tǒng)尤為重要。無人機非法入侵變電站，輕則造成變電站信息安全 泄露，重則破壞站內(nèi)設(shè)備，危及電網(wǎng)安

4、全，所以，面對無人機對電力系統(tǒng)的干擾問題，需要 更加專業(yè)的設(shè)備與系統(tǒng)來進(jìn)行反無人機管控，防止未經(jīng)允許而入侵的無人機進(jìn)入變電站。反無人機技術(shù)主要分為無人機的探測技術(shù)與無人機的反制技術(shù)兩大方面，目前技術(shù)較多還是運用在軍事方面，進(jìn)行軍用的無人機的檢測的反制。這些技術(shù)并不是所有都適合運用在 變電站的反無人機系統(tǒng)中，需要根據(jù)實際情況進(jìn)行篩選。無人機探測技術(shù)及在變電站的應(yīng)用雷達(dá)探測技術(shù)雷達(dá)主體由發(fā)射機、接收機、收發(fā)天線、顯示器構(gòu)成，其原理是：雷達(dá)發(fā)射機向外發(fā)射電磁波，接收機接收目標(biāo)反射回來的電磁波，通過處理目標(biāo)回波獲得相應(yīng)信息。通過激光雷 達(dá)裝置的掃描來尋找轄區(qū)內(nèi)入侵的無人機目標(biāo)，如果真的出現(xiàn)了活動目標(biāo)，

5、將通過雷達(dá)將目 標(biāo)的防偽和距離信息進(jìn)行回傳，由處理器向系統(tǒng)進(jìn)行反饋，系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的警報信號對入侵 的無人機進(jìn)行驅(qū)趕。這種技術(shù)的探測范圍取決于雷達(dá)的探測性能，性能優(yōu)異的雷達(dá)相對來說 費用成本較高。而且雷達(dá)裝置的探測多多少少會有探測盲區(qū)。雷達(dá)探測上還存在著一個雜波 壓制的問題，地面上各種物品都可能產(chǎn)生回波，如地面汽車、蟲鳥等需要盡可能地對各種的 雜波進(jìn)行抑制，盡可能減少回波造成的誤導(dǎo)，不然探測結(jié)果會大打折扣。聲波探測技術(shù)無人機飛行的過程中會產(chǎn)生一定的聲波，根據(jù)測算，聲波頻率在0.5kHz20kHz 的范圍內(nèi)， 而且每架無人機的機身震動和機翼的旋轉(zhuǎn)聲都是獨一無二的。聲波識別探測技術(shù)主要就是采 用麥克

6、風(fēng)對區(qū)域內(nèi)的聲波進(jìn)行收集，然后對聲音的大小和波動頻率進(jìn)行識別，根據(jù)相關(guān)的一 些聲波數(shù)據(jù)庫識別出是否為無人機的聲音。本檢測方法的不足之處在于檢測的距離十分有限， 一般在 200 米以內(nèi)，而且收環(huán)境的影響更大，探測效果難以盡如人意。光電探測技術(shù)光電探測技術(shù)通過光學(xué)成像、紅外線成像等方式對入侵的無人機進(jìn)行探測。這種方法的 主要原理是采用光的折射或者反射原理，采用光電傳感器進(jìn)行測量，主要通過無人機自身的 光輻射源進(jìn)行探測，利用相關(guān)的光電傳感器對無人機向外輻射的可見光和紅外光進(jìn)行探測。 目前這項技術(shù)一般采用“可見光+紅外線”探測，因為無人機的機身一般具有外殼包裹，真正能 輻射出的紅外光信號有限，單純的紅

7、外探測難以實現(xiàn)自動識別。加上可見光信號的檢測配合， 能大大提高探測準(zhǔn)確度。不過，該技術(shù)也有一定的應(yīng)用難題，就是要對監(jiān)控的區(qū)域進(jìn)行全天 候、全空間的視頻探測，同時本技術(shù)在應(yīng)對多個無人機目標(biāo)的時的探測能力有限，需要不斷 改進(jìn)。激光探測技術(shù)激光探測技術(shù)主要采用激光雷達(dá)進(jìn)行探測，激光雷達(dá)向探測對象發(fā)射激光信號，經(jīng)過反 射后可以獲得探測對象的位置、距離、方位、速度等參數(shù)。激光雷達(dá)采用激光光束進(jìn)行探測， 激光光束的分辨率比其他探測方法獲得的信號分辨率比較高，而且可以同時跟蹤多個目標(biāo)。 目前，激光探測在 100 米左右，測量相對誤差能夠達(dá)到10-5 量級。表 1 無人機探測技術(shù)對比結(jié)合上訴各項探測技術(shù)的優(yōu)缺

8、點以及變電站的特點，在變電站反無人機管控系統(tǒng)中，推薦選取多項技術(shù)融合的融合探測技術(shù)。以“光偵測+雷達(dá)偵測”的技術(shù)特點為例，光電偵測與 雷達(dá)偵測結(jié)合的探測技術(shù)，具有高精度、效果指觀、識別率高、可拍照取證等優(yōu)點，而且兩 者技術(shù)結(jié)合，使探測不受天氣干擾、可以揚長避短、能拓寬探測范圍，而且能應(yīng)對多架無人 機目標(biāo)入侵的特殊情況。無人機反制技術(shù)及在變電站的應(yīng)用無線電干擾技術(shù)目前民用無人機的 GPS 定位和遙控兩大部分都需要采用無線電技術(shù)。無線電干擾技術(shù)的原理是通過無線電波對入侵的無人機的無線電信號進(jìn)行干擾，迫使無人機迫降或者懸停，趨 使其返航。?GPS 信號干擾。無人機飛行區(qū)域為低空區(qū)域，低空GPS 信號

9、的接收電平均約為-130dBm， 信號較弱。一般的民用無人機會通過增設(shè)天線進(jìn)行GPS 信號接收，通常使用的是 3dB-6dB 增 益天線，安裝在無人機的機頂位置，便于加強信號的接收。民用無人機由于需要控制成本，GPS 天線使用的材料都比較普通，用于一般的信號擴(kuò)展，目的是在于收到信號即可，無需進(jìn)行擴(kuò)頻增益。為此，只要較小的發(fā)射功率，即可影響到無人機的GPS 信號接收。不過這種方法比較普遍，對無人機操作新手的意義較大，對經(jīng)驗豐富的無人機駕駛員來說，他們可以通過飛控程序的控制來繞開干擾裝置。?遙控信號干擾。操控信號干擾方式分為遙控信號頻段阻塞干擾和跟蹤式干擾兩種。跟 蹤式干擾可根據(jù)無人機遙控信號的跳

10、變，針對某一具體頻段進(jìn)行干擾。縮小了干擾范圍，節(jié)省干擾功率，對電磁環(huán)境影響較小。無人機遙控信號調(diào)頻范圍較廣，需要使用實時帶寬較大的干擾設(shè)備，對干擾設(shè)備的處理能力和響應(yīng)速度要求較高。市面上大部分的系統(tǒng)都會選取無線電干擾技術(shù)進(jìn)行管控，本項技術(shù)的優(yōu)點是技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而且操作簡單，成本低，適合變電站的反無人機管控使用。但是目前無線電的反制 系統(tǒng)多數(shù)僅對幾個常用頻段進(jìn)行探測與干擾，無法實現(xiàn)無人機全頻段的干擾，且無線電干擾 設(shè)備多為定向干擾設(shè)備，無法同時對多個無人機進(jìn)行反制。同時，GPS 信號干擾也會影響到變電站內(nèi)設(shè)備的 GPS 信號，影響其正常運行，所以需要研究如何規(guī)避這個問題。激光干擾技術(shù)?激光摧

11、毀技術(shù)。這是一項多用于軍事安防中的打擊技術(shù)，目的是將非法入侵的無人機 進(jìn)行重要部位瞄準(zhǔn)摧毀，一般摧毀的是無人機的控制電路或者調(diào)度系統(tǒng)。不過如果直接需要用激光對無人機進(jìn)行摧毀，對激光的功率要求是非常高的，需要精準(zhǔn)地控制光束，而且每次只能瞄準(zhǔn)一架設(shè)備進(jìn)行摧毀，而且需要裝載大量的輔助設(shè)備，如載油機、水冷箱等。?激光干擾技術(shù)。激光騷擾干擾反制技術(shù)同樣是采用激光光束的作用，激光主要利用激 光的優(yōu)異特性，將它作為光源，配以相應(yīng)的光電原件來實現(xiàn)干擾。本技術(shù)是在激光探測與激光硬殺傷摧毀技術(shù)上一次融合，借助激光光束反射具有精度高、測量范圍大、檢測時間短、非接觸式等優(yōu)點，采用反光鏡將激光光束進(jìn)行反射，對入侵的無人

12、機進(jìn)行警告騷擾。誘騙干擾/捕捉技術(shù)?GPS 定位誘捕。GPS 定位誘捕技術(shù)是采用 GPS 衛(wèi)星定位技術(shù)，仿真發(fā)布虛假的 GPS 信號實現(xiàn)導(dǎo)航欺騙，使得無人機偏離原有導(dǎo)航信號實現(xiàn)。一般會向入侵的無人機發(fā)布錯誤的位置信號，導(dǎo)致無人機的導(dǎo)航出現(xiàn)錯誤從而偏離區(qū)域目標(biāo)。此方法的優(yōu)點在于可以應(yīng)對多個無人機目標(biāo)，實現(xiàn)長期的無人值守，且信號發(fā)射功率很低，成本較低。采用這種技術(shù)需要24 小時開啟誘騙干擾信號，盡管誘騙干擾信號的發(fā)射功率較低，也會對防護(hù)區(qū)域的相關(guān)設(shè)備（包括手機、車載 GPS 等導(dǎo)航設(shè)備）產(chǎn)生影響，對于不使用導(dǎo)航的遙控?zé)o人機，本設(shè)備不能發(fā)揮的管控作用。?跟蹤式誘捕。無線電跟蹤式誘捕采用的是無線電技術(shù)

13、，本技術(shù)的特點在于“跟蹤+誘捕”。首先通過干擾信號進(jìn)行無線電遙控干擾。一般遙控?zé)o人機的工作頻率在2.4GHz 和 5.8GHz 等頻段，干擾信號首先會對這個頻段內(nèi)的信號進(jìn)行識別，在實現(xiàn)對遙控信號的精準(zhǔn)干擾，避免干擾其他頻段設(shè)備的正常業(yè)務(wù)。跟蹤式干擾技術(shù)主要是采用跳頻信號進(jìn)行干擾，干擾信號能跟蹤跳頻信號的跳變，干擾信號的瞬時頻譜較窄，只需覆蓋跳頻信號的瞬時頻譜即可進(jìn)行干擾。相對于其他干擾方式來說，這種方式的優(yōu)點是節(jié)省功率、對電磁環(huán)境影響小。不過跟蹤式干擾需要干擾設(shè)備具有極強的實時處理能力，能夠在極短時間內(nèi)完成對特定頻段跳頻信號的捕獲、分析，識別出目標(biāo)信號，并瞄準(zhǔn)目標(biāo)信號頻率發(fā)射干擾。跟蹤式干擾的

14、主要難點在于干擾設(shè)備的響應(yīng)速度。由于跳頻信號每一跳的駐留時間極短，干擾設(shè)備需要在這極短的時間內(nèi)完成捕捉、分析、識別發(fā)射等任務(wù)，干擾發(fā)射機也需要足夠快達(dá)到相應(yīng)功率。由于無人機遙控信號跳頻范圍較廣，需要使用實時帶寬較大的干擾設(shè)備。綜合上述反制技術(shù)，在變電站空中安防管控上，針對非法入侵變電站的民用無人機，建議選取的是“激光干擾驅(qū)趕技術(shù)+遙控信號干擾”相結(jié)合。激光驅(qū)趕技術(shù)的原理與雷達(dá)驅(qū)趕技術(shù)的原理相似，都是利用發(fā)射信號對無人機的可見光、紅外成像進(jìn)行干擾打擊，一般在復(fù)雜的電磁環(huán)境下，激光雷達(dá)的驅(qū)散打擊會具有更高的安全性，而且干擾能力比一般的無線電雷達(dá)干擾能力強、激光回波包含目標(biāo)信息更豐富等特點，擁有很大的優(yōu)勢；而遙控信號干擾可以切斷無人機與控制中心的數(shù)據(jù)聯(lián)接或無線電通訊，致使其無法繼續(xù)飛行，導(dǎo)致懸停、迫降或返航。結(jié)語在電網(wǎng)重點位置、區(qū)域?qū)Ψ欠ㄈ肭譄o人機進(jìn)行有效的反制管控，是變電站空中安全的重要保障。如何在現(xiàn)在的成熟的無線電反制技術(shù)中進(jìn)行選取，做到各種手段的優(yōu)缺點的相互補 給，形成一套最適合的防御體系，使非法入侵無人機對變電站的影響降到最低，是當(dāng)前變電 站無人機反制工作中的最大難點。同時，除