武汉天河机场无人机防控系统研究

人工智能丨 ARTIFICIAL INTELLIGENCE
摘要：武汉天河机场无人机防控系统综合运用频谱侦测、雷达探測、光电识别跟踪、电磁干扰等技术，实现对无人机等目标的 频谱测向定位、雷达捕获跟踪、光电跟踪及识别、电磁干扰处置等，达到多手段侦察、分级别预警、分层次反制的目的，保障机场净空安全适航。

关键词：武汉天河机场；无人机：综合防控；低空监管：综合反制
I武汉天河机场无人机防控系统研究
■文/徐泽融
1. 建设背景
近年来，多家机场多次发生无人机入侵机场净空保护区，妨碍航班运行安全的事件。

以成都双流机场为例，仅在2017年 4月份，就发生多达9起无人机扰乱航空秩序的事件，其中最 严重的一次事件造成了 58架次航班紧急迫降，数万名旅客滞 留机场，经济损失达数百万元。

虽然目前已出台了针对无人机 的监管政策，但只能在一定程度上约束无人机“黑飞”情况，无法从根本上避免这类事件的发生。

民航局对此高度重视，要 求机场管理机构利用现代科技手段，防控无人机的非法干扰。

武汉天河机场位于湖北省武汉市黄陂区，距武汉市中心 25km，为4F级民用国际机场，是中国八大区域性枢纽机场 之一、国际定期航班机场、对外开放的一类航空口岸及国际 备降机场，净空核心保护区面积约290km2。

武汉天河机场 为防控无人机对机场安全运行的影响，联合海格亚华建设了 苍擒无人机综合防控系统。

2.防御现状
无人机分为民用无人机和国家无人机。

民用无人机，指 用于民用航空活动的无人机；国家无人机，指用于民用航空 活动之外的无人机，包括用于执行军事、海关、警察等飞行 任务的无人机。

根据运行风险大小，民用无人机分为微型、轻型、小型、中型、大型。

其中，微型无人机是指空机重量 小于0.25kg,设计性能同时满足飞行真高不超过50m,最大 平飞速度不超过40km/h的无人机；轻型无人机，是指同时 满足空机重量不超过4kg,最大起飞重量不超过7kg,最大 平飞速度不超过100km/h，具备符合空域管理要求的空域保 持能力和可靠被监视能力的无人机，但不包括微型无人机；小型无人机，是指空机重量不超过15k g或最大起飞重量不 超过25k g的无人机，但不包括微型、轻型无人机；中型无 人机，是指最大起飞重量超过25k g不超过150kg,且空机 重量超过15k g的无人机；大型无人机，是指最大起飞重量 超过150k g的无人机。

中大型无人机一般为特殊行业应用，必须进行适航管理，其在设计、生产、使用和维修各环节都 受到严格监管；轻微小型无人机目前还没有有效的管理制度，购得渠道广泛，而且其使用简单，易改装、可载荷、市场保 有量巨大，管理难度极大，管控风险高，也是机场需要管控 的重点。

无人机对机场的危害形式主要包括：无人机与民航 客机发生碰撞、无人机干扰飞机信号、无人机扰乱航空秩序 引发群体性事件、无人机入侵机场带来恐怖暴力隐患。

3.系统组成
武汉天河机场无人机防控系统综合运用频谱侦测、雷达 探测、光电识别跟踪，电磁干扰等技术，实现对无人机等目标的频谱测向定位、雷达捕获跟踪、
光电跟踪及识别、电磁干扰处置等，
达到多手段侦察、分级别预警、分
层次反制的目的，保障机场净空安
全适航，如图1所示。

系统由无人
机综合监测系统、低空监管运行服 图丨武汉天河机场
务平台、无人机综合反制系统组成。

无人机防控系统
3. 1低空监管运行服务平台
低空监管运行服务平台实现无人机实名认证、飞行申请、无人机综合检测系统接口交互、无人机反制系统接口交互，能够分析飞行冲突、发送预警指令、存储历史数据，实时、动态显示无人机、有人机飞行活动等。

3.2无人机综合监测系统
无人机综合监测系统基于三坐标相控阵雷达、无线电频 谱侦测、光电侦测设备等，能够实时、自动、准确发现定位 无人机，并具有识别黑白名单功能。

雷达探测设备包括天线、T R组件、功分和差网络、开 关组件、波控机、收发机、信处机等部件。

在发射阶段，信 号由信处机产生送至收发机，由收发机发射通道放大、输出 至开关组件，经开关组件里面的激励功法放大，输出至功分 和差网络的激励端口 IP,再经网络分配给T R组件，T R组 件的T通道对本通道信号进行放大及初始相位校正后，将信 号传给该通道的天线，由天线将信号辐射进入空中，所有通 道天线辐射的电磁波在空中矢量叠加，合成系统的发射波束。

在接收阶段，回波信号经天线阵列接收、传输给各自通道对 应的T R组件，由R组件进行放大及相位校正后通过功分和 差网络，输出I、△两路信号，两路信号经开关组件后，进 入收发机，经收发机处理后，成为两路中频信号进入信处机，由信处机处理，最终形成将目标点迹位置信息通过网络口、转台滑环，送至终端机，由终端机处理并显示出来^频谱侦测设备通过阵列天线和多通道无线电接收机被动 截获和接收无人驾驶航空器、航模及操作者发射的测控和图 传信号，单站最大可实现对周边6km的信号实现参数测量、高精度测向、距离估算、特征提取等，并将相关信息通过有 线或者无线网络发送至系统软件。

其优势在于不受无人机尺 寸、材质、建筑物遮挡限制，没有电磁污染，可以用于长期 无人值守的无人机防御任务中。

3.3无人机综合反制系统
无人机综合反制系统能够与无人机综合监测系统、低空监 管云平台功能联动，实现无人值守。

电磁干扰设备通过信号发生 电路产生频率在无人机控制频段的扫频信号，经过功放将功率
80中国高新科技2021年第5期
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放大到额定值，再用高增益定向天线将信号辐射至无人机，压制 无人机接收即对正常遥控信号的接收，使无人机接收的遥控信息 与导航信息无法正常解调，无人机操控者就无法控制飞机，飞机 将启动失控返航功能，飞回出发地，从而使飞机飞出禁飞区域。

4.系统特色
系统建成以后，在武汉天河机场进行的模拟多架次无人 机入侵测试中，系统侦查到所有无人机并有效地进行了拦截、 反制，并通过电磁环境影响评估。

监控平台发现无人机后， 将数据实时回传至AOC 运行指挥中心，系统第一时间发布 报警信息，同时系统通过分析民航飞机与黑飞无人机的飞行 数据，实现无人机碰撞预警，系统值守人员判断是否启动无 人机防控应急预案，并可以进行自动处置，可以将这些信息 进行导出或者推送，以便相关部门进行快速响应。

同时，基 于大数据时空分析和人工智能技术进行无人机黑飞的时空预 测，能有效降低无人机扰航事故发生概率。

4. 1系统化解决方案，处置高效
所有设备接入统一管理平台，一键式操作，使用简单。

监控管理平台具备智能化控制和无人机值守功能，具备人工(上接第77页)
行拓展，并生成中间代码，然后通过插秧器对中间代码进行 插粧处理，并与符号数据库建立有效联系。

在此过程中，还 要重视对插桩标记等信息的保存工作。

(2) 完成插桩工作后，中间代码能通过编译器翻译成
汇编代码，汇编代码能够通过汇编器进行重新翻译，而且能
够重新进行目标文件的准确定位，再借助链接的方式进行有
效的连接处理，最后生成能够执行的目标文件。

(3) 可执行目标文件是能够借助加载器加载到目标板中的， 在目标板中进行运行，一旦其运行到探测点位置，在数据采集器 上就能够快速读取目标板上控制总线的控制信号，而地址总线 的地址信号与数据总线的数据信号能够将嵌入式软件测试的测 试数据传输到计算机宿主机上，再进行嵌入式软件测试工作。

2. 2硬件收发插桩方式
硬件收发方式的插桩主要是通过软件和硬件有效结合的 方式，通过目标板上的通信资源在软件源代码上加入一个涵 盖程序，然后运行过程中对有关数据信息进行记录，并将记 录下来的信息指令发送到探测器；在运行到插桩标记位置时， 将获取到的测试数据接收到测试工具或计算机数组机上，进 行嵌入式软件测试。

硬件收发方式的加装实现，由于在插入 的探测器中有发送程序运行状态的信息记录指令，所以在探 测过程中运行到探测的位置时可以直接将物理通道原始测试 数据发送到测试工具或计算机数组机上进行嵌入式软件测 试。

这种方式最大的便利性是不再需要通过数据采集器来采 集总线上的信号，在一定程度上有利于控制数据获取成本。

2. 3纯软件插桩技术
软件插粧方式必须在虚拟软件测试环境中进行，通过软 件方法对嵌入式软件测试系统中发硬件环境进行准确描述，
二次确认、自动发现和处置、应急处置等多种处置预案，并 支持P C 和移动端访问。

4. 2全天候、全天时、多手段联合处置
可在夜间、浓雾及恶劣天气下工作；频谱被动截获无人 机信号、无大功率电磁辐射，可侦测到建筑物内、树林内等 隐藏情况下无人机信号。

系统配备雷达和光电，对无人机等地面升空物体进行主 动探测，跟踪精度高^
系统配备ADS -B 设备，综合分析无人机和民航客机飞 行动态，及时进行飞行冲突预警。

4.3覆盖市面95%以上机型，干扰覆盖频段多，作用距离远
实现对市面95%以上无人机进行精确侦测和精准定位。

覆盖 2.4GHz 、5.8GHz 、0.9GHz 、433MHz 、1.4GHz 等多 个频段，作用半径大于3km 。

4. 4安全性高
各设备通过严格检测，不会对民航及机场周边运行电磁 环境造成千扰。

(作者单位：湖北机场集团有限公司）
然后构建能够支持嵌入式软件测试的运行虚拟平台。

在虚拟 平台上，不仅可以通过擦伤技术获取嵌入式软件测试数据，而
且可以通过软件的动态测试高效完成嵌入式软件测试工作。

要注意的是，在这种软件测试条件中，借助开发处理器、常用
外围芯片、存储器和各种时钟的模拟软件，在计算机系统中构
建测试所需要的运行虚拟环境，完成嵌入式软件测试工作。

3. 边界扫描技术利用边界扫描技术插粧处理，能够通过在芯片内部设置 扫描寄存器的方式改变并程序运行的实际状况，这是一种非 侵入式的嵌入式软件测试技术。

通过边界扫描测试技术标准 可以为边界扫描技术测试结构提供一个测试标准，能够有效 获取测试数据，并且有利于进行故障的检测。

而通过IT 公 司提供的JTAG 仿真器，方便使用边界扫描技术进行扫描， 能够实时获取嵌入软件测试数据，从而完成嵌入式软件测试。

4. 结语
本文对嵌入式软件测试的数据获取技术进行了相关探讨， 进行嵌入式软件测试时需要获取测试数据，可以根据目标系统 的特征选择适合的测试数据获取技术，对嵌入式软件测试需要 的数据信息进行获取，而且在嵌入式软件测试过程中，软件测 试人员还要从测试数据获取技术的角度出发来考虑测试技术的 选择。

目前，我国嵌入式软件测试技术发展还存在一定的问题， 所以要重视嵌入式软件测试技术的研宄，不断提升嵌入式软件 测试技术水平，进而不断提升嵌入式软件测试工作的效益。

(作者单位：中国船舶重工集团公司第七一三研究所）
2021年第5期_ •中国高新科技 81。