“低慢小”目標協同防控指揮控制系統研究*

董建超，彭 麗，辛振芳，蘇成謙，邱旭陽

（1.北京機械設備研究所，北京 100854；2.中國人民解放軍93160部隊，北京 100076）

0 引言

“低慢小”飛行器是指具備飛行速度慢、飛行高度低、散射面積小等全部或者部分特征的無人機、輕型飛機、滑翔傘、動力傘等航空器?！暗吐　蹦繕孙w行高度一般在1 500 m以下的低空空域，飛行速度小于200 km/h，雷達反射面積小于2 m2，具有成本低廉、機動靈活、隱蔽性強等優勢，在世界各國航空領域得到廣泛應用[1-2]。然而，飛速發展的飛行器技術也是一把雙刃劍，利用無人機等“低慢小”飛行器違規飛行或者從事違法犯罪活動將會嚴重影響到國家安全和發展[3-5]，例如：2017年成都雙流國際機場短期內連續發生多起無人機“黑飛”事件；2018年1月6日俄羅斯赫梅米姆空軍基地和塔爾圖斯補給站遭受9架無人機襲擊。利用無人機從事違法活動帶來的威脅危害主要有以下方面：機載航拍攝像機和定向拾音麥克風可以在高空偷窺和竊聽，竊取國家秘密及重要商業秘密；小型無人機的負載可達幾十千克，如果攜帶小型炸彈和危險化學品，將對防控要地和公眾安全帶來嚴重影響；無人機非法在機場附近飛行，將嚴重影響正常民航飛行秩序，對乘客和機組人員的安全造成威脅；利用小型無人機在邊境進行走私貨物甚至毒品等犯罪活動，將會威脅邊境秩序，影響國內市場和人民群眾的生命健康；敵對勢力利用無人機散播傳單、懸掛反動標語，嚴重影響社會正常秩序。

針對低空空域的監測管控盲區，建立無人機等“低慢小”目標的防控體系顯得尤為迫切。各國科研機構和科技公司均投入了大量人力物力開展“低慢小”目標防控技術及裝備的研究[6-10]。德國安諾尼公司研發的單點及多點布控的無人機偵測系統，可用于居民區、商業中心等人員密集區域的無人機目標監測。美國巴特勒國家安全研究與發展公司研發出一款外形酷似步槍的無線電射線步槍，設備前端上部安裝了桿狀天線，能夠實施非破壞性干擾，使無人機失聯懸?；蛘咂冉?。中國航天科工二院研制的柔性網攔截系統，通過光電跟蹤瞄準，可對無人機目標實施空中捕獲。雖然“低慢小”防控技術發展迅猛，但是仍然難以完全消除“低慢小”目標帶來的威脅。防控技術難點主要在于：低空空域的復雜氣候、建筑物遮擋等因素，對探測過程形成噪聲、衰減干擾；“低慢小”目標低速飛行或者懸停，導致基于動目標監測的雷達難以發現目標，需要適用于慢速運動的光電探測裝備完成協同跟蹤；“低慢小”目標反射截面小，向外界發射的光信號和聲信號比較微弱，使得傳統探測手段的探測距離、發現概率都受到很大限制，需要對防控區域進行多裝備布防，統一指揮調配；“低慢小”目標操控靈活機動，需要處置攔截裝備具有快速響應能力和高精度打擊能力，而且兼具安全性和可靠性，避免攔截過程造成二次毀傷，而這些要求很難在單一的攔截裝備上得到滿足。因此，有必要構建預警探測、偵察監視、攔截打擊一體化的“低慢小”目標協同防控指揮控制體系，提高對“低慢小”目標的整體防控能力，為城市、機場、核電站等防護要地的安全與正常秩序保駕護航。

1 協同防控指揮控制系統設計

1.1 系統組成

“低慢小”目標協同防控指揮控制系統的基本組成包括3大功能單元，即預警探測單元（輸入）、信息處理指揮控制單元（系統）、處置攔截單元（輸出），如圖1所示。

圖1 “低慢小”目標協同防控指揮控制系統示意圖

預警探測單元由雷達、光電/紅外、聲學等多種類型的傳感器組成，它的主要功能是采用聲、光、電等多元傳感設備探測“低慢小”目標的位置、航跡航速等信息，提高監測精度和速度以及降低虛警概率。信息處理指揮控制單元的主要功能是對各個裝備進行時間空間初始化，對獲取的探測信息進行特征提取與信息融合，形成實時、連續、準確的威脅態勢評估與協同防控策略，制定協同防控作戰策略，發送攔截作戰指令。處置攔截單元由定向電子干擾、激光攔截、柔性網攔截等多種類型的攔截裝備組成，它的主要功能是接收攔截策略，通過毀傷、遣返、捕獲等軟硬殺傷方式完成相應的攔截任務。

1.2 指揮控制架構特征

隨著信息交互技術的發展，指揮控制體系由傳統的自頂向下層次型指揮控制模式逐漸向去中心化指控模式轉變。傳統模式結構簡單，易于控制，便于指揮者進行統一決策，缺點是上層節點工作負載和信息交互量很大，容易造成過載現象，而且系統抗毀性弱，當某一節點受損或失效，可能造成其下屬節點癱瘓。去中心化指控模式采用扁平架構，能夠減少指揮層次，探測裝備、攔截裝備等資源裝備主體具有自主控制權，裝備之間通過信息共享交互，實現橫向協作。去中心化指揮控制模式強調縱向貫通和橫向融合，最大化地發揮資源主體的協同自主特性，系統靈活性得到提升，同時抗毀能力得到增強，是現階段最適合低空空域“低慢小”目標協同防控的指揮控制方式。

“低慢小”目標協同指揮控制系統指揮控制架構如圖2所示。系統采用扁平結構形式，指揮控制中心制定任務規劃，將控制權下放到探測裝備、攔截裝備等各個資源主體，同時對資源主體進行統一監控，所有的目標信息、攔截策略、攔截效果均通過信息處理網絡平臺實時地共享交互，各個資源主體協作同步完成防控任務。

圖2 指揮控制架構

2 系統網絡平臺設計

“低慢小”協同防控指揮控制系統基于網絡平臺搭建，可快速擴展，部署多探測跟蹤裝備、多攔截反制裝備的組網聯動模式。通過約定的通訊協議，所有信息在交換機進行匯聚交互，各個裝備無需關注網絡基礎結構層的拓撲結構，只需按照接收的目標信息、攔截策略等通訊報文，協同執行防控作戰任務?！暗吐　眳f同防控指揮控制系統網絡拓撲結構如圖3所示。

圖3 指揮控制系統網絡結構

網絡平臺基本構成設計如下：

1）網絡交換機：采用雙網卡設備相互備份，提高網絡通信的可靠性，當其中1臺出現故障，不會影響整個網絡的工作；

2）網絡監控設備：監視網絡運行和數據錄取，并能對網絡中出現的故障進行診斷。網絡監控位于IP層，按嚴格時序進行解析與分析，判斷平臺通信基礎結構的狀態；

3）無線中繼：當裝備地理位置不適合布置網線或光纖時，采用無線中繼方式，實現設備與交換機的連接。無線中繼在數據鏈路層實現有線—無線—有線的轉換；

4）有線中繼：當有線非光纖連接的裝備與交換機距離超過規范規定的距離時，需要采用有線中繼實現對信號的再生與重整。有線中繼實現在數據鏈路層的信號再生與重整；

5）光纖：設備與交換機采用光纖連接。光纖采用多模多芯形式。

3 系統工作流程

“低慢小”協同防控指揮控制系統的基本工作流程如圖4所示，具體工作內容闡釋如下。

圖4 “低慢小”目標協同防控指揮控制系統工作流程

系統完成部署后首先進行設備初始化，進行時空一致性校準，消除信息交互誤差。通過網絡監控設備實時監測系統各個裝配狀態以及防控區域的綜合態勢，包括被防護區域位置信息、當前防控區域覆蓋情況等。同時，接收市政報備信息，防止誤打擊。

防控指揮控制系統開始工作，多元傳感裝備進行實時預警探測，將威脅目標信息上報信息處理指揮控制單元進行目標信息融合。根據被防護對象的位置信息、重要程度、目標距離、航速等信息進行威脅態勢評估。防控目標與防衛目標的距離越近，則對防衛目標的威脅程度越大，威脅度增速越快，反之，威脅程度越小。根據裝備狀態，形成實時、連續、準確的威脅態勢評估與協同防控策略，包括：目標分配、單裝配攔截/復合裝配攔截等。

處置攔截單元接收到攔截策略后，開展實時攔截作戰，并反饋攔截結果，依據攔截效果決定是否實施二次攔截。若目標消失或者遠離防控區域，表示成功攔截，完成本次防控。若目標仍然存在威脅，信息處理指揮控制單元繼續進行目標信息融合，形成新的攔截策略，實施二次攔截。

系統在某些裝備單元失去探測或者攔截能力時，仍可有序協同地執行“低慢小”目標防控任務，具有較強的生存能力和任務完成能力。各個裝備能夠根據任務需求載荷，完成協同探測、協同攻擊等協同防控任務。

4 結束語

本文針對低空空域“低慢小”飛行器難以監管的問題，開展了預警探測、偵察監視、攔截打擊一體化的“低慢小”目標協同防控指揮控制系統研究。系統基于網絡架構設計，采用去中心化指揮控制模式，將控制權下放到探測裝備、攔截裝備等各個資源主體，同時對資源主體進行統一監控，所有的目標信息、攔截策略、攔截效果均通過信息處理網絡平臺實時地共享交互，實現“低慢小”目標的協同防控。系統具備快速部署能力和可擴展性，發揮資源主體的協同自主特性，能夠為“低慢小”目標防控系統研制和集成應用提供設計指導?！?/p>