受保護空域
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此時正值深冬，由于持續(xù)出現(xiàn)降雪、雨雪冰凍和道路結(jié)冰等現(xiàn)象，這座大都市按下了暫停鍵。室外溫度為-10C，我的車門也凍住了。我不由得懷念起了夏天，一個人在后院燒烤時的情景， 甚至還能想象到漢堡和培根的味道。但在后院燒烤總是有一個問題。那些討厭的蒼蠅、蚊蟲和蚊子都會在晚上出沒（圖1）， 真的很煩人。我必須用蒼蠅拍、香茅蠟燭、電滅蟲器和有機驅(qū)蟲劑來對付它們，讓它們遠離我的朋友和家人。否則，它們會一直嗡嗡作響，落在食物上，甚至咬人（該死的馬蠅和蚊子）。在夏天，我要保護我后院的領(lǐng)空免受這些不受歡迎的入侵者的侵擾。然后，一旦我控制了大自然（某種程度上），我就會聽到一聲嗡嗡聲從籬笆上傳來。我可不想這群在附近飛行的無人機影響我燒烤時的愉快心情。 無人機
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無人機已經(jīng)成為無人駕駛飛機 (UAV) 和無人機系統(tǒng) (UAS) 技術(shù)的代名詞。UAV通常指在空中飛行的設(shè)備， 而UAS一般指包括空中設(shè)備及其所有地面和任何人為控制的配套支持技術(shù)。無人機很快在軍事領(lǐng)域得到了應用，成為了軍事任務中所使用的工具，這些任務被認為風險過大，可能會造成人員傷亡，或者由于過于重復和單調(diào)，不利于人類通過遠程無線方式持續(xù)參與。無人機的分類標準包括質(zhì)量 (kg)、速度 (m/s)、高度上限 (m) 以及自主水平（即從遠程人類控制到完全自主）。
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反無人機技術(shù)
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隨著低成本、無處不在且日益復雜的UAV/UAS（以下簡稱UAV）的出現(xiàn)，如何評估、減輕和保護無人機免受惡意活動的影響成為了一個難題。本文將討論不同反無人機背后的一些技術(shù)、反無人機防御技術(shù)的特點，以及如何在軍事應用之外部署該技術(shù)。反無人機技術(shù)的重點將放在探測、跟蹤和分類所需的態(tài)勢感知上，基本上沒有提及如何禁用和減少惡意飛行的無人機。
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位置監(jiān)控
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私人或公司擁有和控制的無人機對民用建筑和機構(gòu)造成潛在威脅。這些威脅可能是對實際目標的威脅，如當?shù)貦C場和空中交通（圖2），也可能是涉及關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、公司和體育賽事的監(jiān)視/間諜行為/知識產(chǎn)權(quán) (IP) 盜竊。此外，無人機可能會對學校、游行、交通堵塞和集會等存在人群大規(guī)模聚集的場合造成威脅。甚至還有惡意操縱者者試圖入侵監(jiān)獄圍欄，部署裝有爆炸性彈藥的無人機，或?qū)⑵溆糜谄渌问降目植佬袨椤榇?，地方和私營主管部門必須制定詳細的總體計劃，以通過反無人機防御系統(tǒng)對其資產(chǎn)進行保護。也就是說，他們必須確定監(jiān)控對象以及監(jiān)控方式。由于資源有限，可能會優(yōu)先考慮對重要的部分實施全方位保護。我們的愿望是開發(fā)出盡可能提前探測到威脅的技術(shù)，以便跟蹤、分類、攔截或摧毀潛在的惡意無人機。 ?
探測與跟蹤
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人體是一個不可思議的生物系統(tǒng)。人類的五種感官為他們提供大量環(huán)境信息和信號，以了解周圍發(fā)生的事情。要利用反無人機技術(shù)，工程師就必須設(shè)計出電子反無人機系統(tǒng)。他們從周圍的生物世界中汲取設(shè)計線索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用電子傳感系統(tǒng)的探測方案可以讓他們聽到或看到潛在的惡意無人機。
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聽：聲學傳感器
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蜜蜂以每秒大約200次的速度拍打著翅膀，因此會產(chǎn)生一個很小的聲信號。如果置身于一群蜜蜂之中，會讓你覺得很吵，很嚇人。
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系統(tǒng)工程師可以使用敏感的被動聲傳感器，主要以麥克風或麥克風陣列的形式來采集單個或多個（蜂群）無人機產(chǎn)生的噪聲。盡管無人機發(fā)出的聲音相對來說比較小，但借助于擴音器、智能頻率濾波器、其他設(shè)備以及算法，便可在無人機進入保護空域時及時進行分類和識別。這些聲學算法可通過利用人工智能（AI）和機器學習（ML）得到潛在的增強。聲學探測通常允許系統(tǒng)粗略地對探測到的無人機進行三角定位。這也是一個很好的選擇，因為它補充了可能需要視距 (LOS) 功能的視覺感知（看）技術(shù)。當然，在更安靜、更開闊的空間使用起來更容易。
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看：視覺和攝像頭傳感器
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蜜蜂可以看到300-600納米的光譜。與人類 (400nm–700nm) 相比，蜜蜂可以看到紫外線 (UV) 區(qū)域（<400nm），卻看不到紅光 (>600nm)。蜜蜂的復眼由大約8600個面組成， 因此能找到遠處的花朵。人類已經(jīng)在無人機上部署了攝像頭，使其能夠捕捉和記錄人類觀察到的事物，不僅是人類光譜范圍內(nèi)的，還能借助于紅外 (IR) 或紫外線攝像頭捕捉到人類看不見的。前視紅外 (FLIR) 系統(tǒng)或其他類似攝像頭可提供用于黑暗條件或觀察熱圖像的方法， 并可通過制作錄音來證明所發(fā)生的事情。由于光是直線傳播的，所以無人機視覺系統(tǒng)還有視距要求。通過視覺觀察進行探測需要額外的感知能力，因為如果無人機不在視距范圍內(nèi)，反無人機系統(tǒng)就會變成“瞎子”。反無人機系統(tǒng)可能在戰(zhàn)略上配備了大量擴展能力，以升級其視覺感知能力，從而在各種環(huán)境下運行。然而，視覺系統(tǒng)在黑暗和降水等更具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中表現(xiàn)不佳。由于會對探測到的物體進行錯誤分類，視覺系統(tǒng)的誤報率可能也更高。
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包含人工智能和控制中心的UAS可以使用帶有USB 3.0攝像頭的UAV。該攝像頭可以持續(xù)監(jiān)控受限空域，并提供大視場 (FoV)。Basler是一家知名的高品質(zhì)數(shù)碼相機及配件制造商。Basler ace USB 3.0攝像頭等產(chǎn)品可滿足無人機探測的關(guān)鍵要求。
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反射探測
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另一種探測無人機的方法更類似于蝙蝠所使用的探測原理。這種技術(shù)不再使用聲波導航和測距（聲納），而是使用無線電（電磁輻射）探測和測距（雷達）方法。一種有效的方式是從發(fā)射器 (Tx) 發(fā)出射頻 (RF) 信號，通常是在短時間內(nèi)發(fā)出，并完成空域全覆蓋。覆蓋空域內(nèi)的物品將這些射頻信號反射（回波）到射頻接收器 (Rx)， 用于繪制受保護空域內(nèi)的對象。反射信號還包含方向和速度信息。這些系統(tǒng)可以遠距離工作，同時提供實時跟蹤和覆蓋， 還可以同時處理蜂群等多個目標，并且不受環(huán)境影響。由于射頻信號要發(fā)射出去，這類信號通常要遵守相關(guān)機構(gòu)制定的頻率傳輸要求，以避免對其他周圍環(huán)境造成干擾。
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由于無人機依賴射頻信號（例如以下頻段的信號：1.2GHz、1.3GHz、2.4GHz和5.8GHz），被動的防御方法是使用射頻傳感器探測這些頻譜。如果RF傳感器和后續(xù)分析探測并識別到所使用的無人機通信協(xié)議，將發(fā)出警報信號。
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通過中斷進行攔截
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戰(zhàn)術(shù)攔截是指在到達或闖入特定區(qū)域前對惡意行為進行延遲或干擾。對于反無人機技術(shù)l愛說，就是提前禁止可疑無人機進入受保護的空域。一旦探測到可疑無人機，則可以將射頻干擾系統(tǒng)或高功率微波 (HPM) 設(shè)備指向無人機（圖3）。這些信號中斷器可以采用結(jié)構(gòu)化安裝，也可以是可移動的。它們可能會將電磁脈沖 (EMP) 等高能光束指向無人機，這實際上會使控制器失明、無法通信或干擾無人機對其全球定位系統(tǒng) (GPS) 坐標的感知。 ?
當失去控制時，無人機通常會被設(shè)置為 (a) 安全著陸、(b) 返回、(c) 像伊卡洛斯一樣從天空墜落，或 (d) 隨機失控地飛到未知區(qū)域。選項 (c) 和 (d) 都可能產(chǎn)生嚴重的負面影響。射頻干擾機依賴于非動力形式的攔截。此外，HPM可能會影響EMP路徑內(nèi)的非預期電子設(shè)備，造成附帶性損害。
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攔截
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反無人機技術(shù)也可采用動力學形式。這些形式通常屬于攔截或破壞的范疇。通常，當其他措施的決策時限或時間窗口已過時，可以采取動力學形式的措施來保證攔截。人們認為感知到的風險過于嚴重，無法承受進一步的拖延， 而且已經(jīng)到了必須結(jié)束的地步，必須盡快消除威脅。
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還有一種方式是測距攔截。測距攔截允許一個高度定向的天線獲得控制可疑無人機的射頻發(fā)射器的方位，以方便攔截那些控制可疑無人機的發(fā)射器。
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反無人機技術(shù)可能包括派遣其他無人機突襲、攔截或摧毀威脅，如精力充沛的猛禽游隼。人類已經(jīng)開發(fā)出了可以發(fā)射到空中的系統(tǒng)，在射程內(nèi)能像像蜘蛛俠一樣射出網(wǎng)狀網(wǎng)，通過阻止旋翼旋轉(zhuǎn)和保持飛行軌跡來捕獲和消除來襲的威脅。
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結(jié)語
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我迫不及待地希望夏日早點來臨，在后院盡情燒烤。盡管我要努力保護我后院的空間不受一群想在我周圍嗡嗡叫的飛蟲的影響，但我還是期待著我的火焰烤雙層芝士漢堡， 這還是很值得的。我相信從事反無人機技術(shù)的工程專家會保護我后院的空域免受任何惡意無人機的侵害。畢竟，我還不想我的家傳漢堡食譜外泄。
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