《无人机驾驶基础》课件-单元8 无人机反制技术

无人机技术基础单元8

无人机反制技术2重点应用场景下的无人机反制设备选型难点无人机反制技术的原理与系统组成3单元8

无人机反制技术“低慢小”无人机“黑飞”“滥飞”体积小、质量轻、成本低、易携带、易操作升降简单、飞行高度低、航线复杂多变起飞突发性强、发现后应对困难反射面积小，难以探测8.1 为什么要反无人机8.1.1无人机带来的威胁2013

年

12

月

29

日，一架由航模改装的无人机在没有申请批准程序的情况下就在北京国际机场东面上空区域飞行，进行测绘作业，导致多次航班延迟，两次航班在飞行中避开。8.1 为什么要反无人机8.1.1无人机带来的威胁2014年

3

月份，韩国接踵发现两架坠毁的无人机，无人机上还配备有一台摄像机。其中有一架无人机还拍摄记录了韩国总统府的画面，若不是及时发现该无人机，可能造成韩国国家隐私的泄露。8.1 为什么要反无人机8.1.1无人机带来的威胁2015

年

1

月

26

日，美国有关部门发现一架四旋翼小型无人机闯入并坠毁在白宫南面的一处草坪上，当时奥巴马夫妇正出访印度。8.1 为什么要反无人机8.1.1无人机带来的威胁2015

年

9

月，在伦敦希思罗机场就先后发生过两次客机与无人机差点相撞事件，一次是客机与无人机同处于同一高度，仅距二十多米，另外一次是客机降落时，与一无人机“插肩而过”，其相撞风险相当严重，相关部门将其定性为

A

级事件，即最高级风险事件。8.1 为什么要反无人机8.1.1无人机带来的威胁2018

年1

月，13架装有爆炸物的自制无人机袭击了多个驻叙俄军目标;2018

年8

月，两架大疆经纬M600

无人机，分别携带1

kg

C4

炸药，对正在演讲的委内瑞拉总统马杜罗进行突袭;

2018

年11

月，沙特王室在也门前线阵地，遭遇胡塞那边多架满载导弹的无人机袭击。8.1.2

什么是反无人机系统人口密 建筑物度大 密度高电磁交通复杂常规武器造成严重的附带损伤后果“矛”与“盾”8.1 为什么要反无人机8.1.2

什么是反无人机系统反无人机系统：反无人机的技术手段：是指利用先进的科学手段对无人机进行探测、干扰诱导、控制或毁坏的一种装置。常规枪炮，激光武器等动能袭击、信号干扰欺骗、声波干扰、无线电控制等。8.1 为什么要反无人机什么是反无人机系统硬毁伤方式：导弹、激光炮、微波枪、常规火力直接摧毁、丧失飞行能力2.软毁伤方式监测、识别、阻断、欺骗和压制驱赶、警告、迫降、返航或接管8.1 为什么要反无人机8.1.2

什么是反无人机系统硬毁伤大量破片人员及财产损伤大疆的云哨（AEROSCOPE）无人机监侦系统8.1 为什么要反无人机8.2反无人机技术体系与系统组成常见的无人机都是典型的低慢小目标，其特点包括飞行高度低，速度慢，有效探测面积较小，不容易被侦测发现等。无人机的这些特点意味着传统的空中威胁探测系统已经不再适用，必须针对无人机的这些特点研发相应的反无人机系统从而实现对入侵无人机的威胁探测。8.2反无人机技术体系与系统组成系统组成探测跟踪模块监测控制模块处置模块反馈评估8.2.1

反无人机系统组成处置模块捕获损毁通信干扰伪装欺骗人群密集的场所武器击落人群造成伤害损毁无人机通信干扰伪装欺骗8.2反无人机技术体系与系统组成8.2.2

反无人机系统的技术体系探测跟踪技术雷达探 音频探测 测射频探测视觉探测8.2反无人机技术体系与系统组成8.2.2

反无人机系统的技术体系雷达探测技术：雷达回波的多普勒频移信息声音探测技术：采集声音信号并进行信号处理提取无人机的声音特征进行无人机检测射频探测技术：扫描２．４Ｇ和５．８Ｇ两个频率检测是否存在遥控器与无人机的控制信号来实现对无人机的检测视觉探测技术：采集图像信息进行图像处理实现对无人机的检测8.2反无人机技术体系与系统组成反无人机系统的技术体系硬毁伤方式：导弹、激光炮、微波枪、常规火力直接摧毁、丧失飞行能力2.软毁伤方式监测、识别、阻断、欺骗和压制驱赶、警告、迫降、返航或接管8.2反无人机技术体系与系统组成8.2.2

反无人机系统的技术体系干扰技术8.2反无人机技术体系与系统组成8.2.2

反无人机系统的技术体系捕获损毁技术反无人机导弹技术激光武器技术8.3

反无人机之无人机探测技术探测无人机的技术：光学声学射频信号雷达8.3

反无人机之无人机探测技术8.3.1

光学成像技术光学成像技术主要是利用紫外、可见光、近红外光谱等成像技术，其优点是成本低、产业链成熟，学成像技术探测距离近，视仰角大，但是探测发现目标受距离约束，成像清晰度、画面层次感及透雾透尘能力等性能在低温、多尘、雨雾霾等恶劣情况下效果较差，环境的干扰成为光学探测的难点之一。8.3

反无人机之无人机探测技术8.3.2

热成像技术主要是短波红外、中波红外和长波红外等成像技术，其优点是杂波和天气的影响比较小，多用于夜间的目标探测，采用连续探测目标周围区域的红外信息的方式，通过目标检测器发现无人机，并且可以进一步识别并跟踪目标；缺点也很致命，主要是无人机的热学特征不是很明显，所以还需要配合其他模块使用。8.3

反无人机之无人机探测技术8.3.3

声学传感技术多旋翼无人机和固定翼无人机的推进装置，在工作的过程中的声音具有特殊的特征，其声音分布在较宽的一个频率范围内，其信号频谱是离散的，由基频和整数倍的谐波分量组成，间隔相等，这就是无人机的基本声纹特征，可以通过这些特征检测周围是否存在无人机。8.3

反无人机之无人机探测技术8.3.4

射频辐射感知技术无人机通常使用无线数据链路来与遥控器进行通信，通过定向天线或者同步地面站的网络可以检测到无人机，并对无人机进行定位。分布式射频传感器网络中的各个传感器可以捕捉到无人机与遥控器之间的通信信号，并且通过测量信号的到达时间差TDOA（Time

Difference

of

Arrive）进行定位。8.3

反无人机之无人机探测技术8.3.5

雷达技术雷达利用电磁波反射原理，对目标实现探测。低空警戒雷达探测目前可以较好地应用到无人机反制系统，用于运动目标位置的探测，其探测过程是这样的：首先，发射电磁波对小型无人机目标实施照射并接收其回波，由此获得无人机目标与电磁波发射点之间的距离、距离变化率（径向速度）、目标方位、高度等信息。8.3

反无人机之无人机探测技术8.3.5

雷达技术瑞典萨博公司研制的中近程“长颈鹿”多波束雷达系统，该系统能够同时发现

100

个反射面积不超过

0.001平方米的空中弱小目标，将低空飞行的小型无人机从周围的背景杂波中检测出来。8.3

反无人机之无人机探测技术8.3.6探测技术的综合应用美国黑睿技术公司的

UAVX

反无人机系统，综合应用了多种技术手段，比如其图像传感部分由

36

倍变焦的白光摄像机完成光学成像，15~100mm连续变焦的红外摄像机完成红外成像，以及探测距离为500m的小型监视雷达完成雷达探测等等。此外还有一台由4核ARM架构A15

CPU及192核CUBA【kuba】

GPU组成的移动计算机，用于运行神经网络智能算法，通过人工神经网络对目标进行自动分类，降低误警率。8.4

反无人机之无人机跟踪技术多帧检测算法单帧检测虚警遮挡、形变、复杂背景、尺度变换、运动速度过快、目标过小8.4.1

跟踪算法的分类无人机的跟踪难题无人机的跟踪算法生成式判别式8.4

反无人机之无人机跟踪技术8.4.1

跟踪算法的分类生成式算法：通过构建目标的表观模型，在后续帧中搜索与目标模板相似度最大的图像区域作为候选目标，同时利用多帧图像之间目标的灰度值比较接近以及运动轨迹的连续性等特征信息，从候选目标中确定出真实的跟踪目标。均值漂移(Mean

Shift)、卡尔曼滤波、粒子滤波判别式算法：将机器学习引入到目标跟踪中，采用图像特征与分类器结合的经典机器视觉思想，把目标跟踪任务当作一个二分类问题来处理，通过训练合适的分类器将视场中的目标和背景区分开，选择置信度最高的候选区域，即分类器响应最大的位置作为当前帧中的目标位置。SVM、KCF、TLD8.4

反无人机之无人机跟踪技术经典跟踪算法Mean

Shift

算法基于匹配的跟踪方法mean(均值) shift(偏移)物体的颜色直方图物体的特征均值漂移向量迭代多次迭代迭代寻优完成跟踪8.4

反无人机之无人机跟踪技术8.4.2

经典跟踪算法2.TLD算法形变、尺度变化、部分遮挡解决：TLD

算法组成：追踪器，检测器和机器学习跟踪器提供样本估计在当前的位置检测器估计误差修正检测器找样本提供有效样本输出和更新TLD

算法学习模块P-N

专家的半监督学习8.4

反无人机之无人机跟踪技术国内外无人机跟踪系统国外无人机跟踪系统德国

Dedrone

公司推出的无人机预警系统

Drone

Tracker

3.5，综合了各种算法的优缺点，可以安装在建筑物、屋顶或桅杆上，DroneTracker

3.5

可以在光线昏暗或各种复杂环境下使用视频、射频方式等手段，识别和追踪入侵的各级各类无人机，其跟踪软件能够利用高分辨率摄像机提供的信息，区分无人机和其他运动物体，并在地图上绘制出无人机的位置和飞行路径。8.4

反无人机之无人机跟踪技术8.4.3

国内外无人机跟踪系统2、国内无人机跟踪系统国内的北京和普公司也自主研制出了DOE

低空预警跟踪光电系统，由高清激光摄像机、红外成像传感器、雷达及光电伺服转台等部分组成，结合图像识别技术，，对

720

立体空间内的轻型飞机的最远探测距离可达

10

公里，还能实现对

2

公里内微型无人机的探测，跟踪角速度可达

200

/

s

，能够捕获飞行速度为30m/

s

的微小型无人机以及340m/

s的超音速飞机。8.5

反无人机之暴力损毁“硬”杀伤类“软”杀伤类反无人机

“软”和“硬”激光武器国外激光无人机反制设备8.5

反无人机之暴力损毁波音公司“利爪”佩列韦斯特激光系统8.5.1激光武器2.国内激光无人机反制设备8.5

反无人机之暴力损毁“低空卫士”“沉默猎手”捕获缠绕国内捕获缠绕的研究8.5

反无人机之暴力损毁以实际应用为背景，阐述了网弹拦截微小型无人机的拦截过程和