“無(wú)人機(jī)地理圍欄”——無(wú)人機(jī)監(jiān)管的無(wú)形利刃

近日，一則“美國(guó)支援以色列無(wú)人機(jī)調(diào)轉(zhuǎn)航向，奔向以指揮部”的消息刷爆網(wǎng)絡(luò)，該消息稱以色列無(wú)人機(jī)放飛出去不久，剛越過(guò)黎以邊境直接全部調(diào)轉(zhuǎn)航向，結(jié)果黎巴嫩真主黨沒(méi)打成，把自己遙控指揮部炸得一片狼藉。一頭霧水的以色列通過(guò)拆機(jī)發(fā)現(xiàn)所謂的“美國(guó)先進(jìn)無(wú)人機(jī)”，竟然是換了殼子的二手“中國(guó)大疆”。不論這則消息的真實(shí)與否，我們都不能否定中國(guó)無(wú)人機(jī)在當(dāng)今戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮的重要作用。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步和在地區(qū)沖突中的廣泛應(yīng)用，我國(guó)的無(wú)人機(jī)也得到快速發(fā)展和戰(zhàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，無(wú)論是在俄烏戰(zhàn)場(chǎng)上頻頻出現(xiàn)的民用大疆，還是廣受中東國(guó)家喜愛(ài)的“彩虹”“翼龍”系列軍用無(wú)人機(jī)，都有著杰出的戰(zhàn)場(chǎng)貢獻(xiàn)和不斷地更新迭代，進(jìn)一步推動(dòng)了我國(guó)無(wú)人機(jī)事業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。然而隨著無(wú)人機(jī)使用的增多，新的問(wèn)題也伴隨而來(lái)，如何確保出口無(wú)人機(jī)只在購(gòu)買國(guó)家內(nèi)使用，而不會(huì)在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中倒戈將槍口對(duì)準(zhǔn)我國(guó)領(lǐng)土；如何加強(qiáng)國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)管理，避免飛入軍事禁區(qū)，確保軍用領(lǐng)空安全成為新的時(shí)代話題。土耳其在一次演習(xí)中發(fā)現(xiàn)無(wú)論操縱者如何設(shè)置，都無(wú)法將打擊目標(biāo)設(shè)定在中國(guó)境內(nèi)，經(jīng)破解內(nèi)部參數(shù)后才發(fā)現(xiàn)，一旦無(wú)人機(jī)飛到中國(guó)邊境，就會(huì)立馬啟動(dòng)自動(dòng)返航程序，這便是我們今天要探討的無(wú)人機(jī)地理圍欄技術(shù)。

什么是無(wú)人機(jī)地理圍欄

無(wú)人機(jī)地理圍欄概念最早是由“棱鏡門”事件揭露，美國(guó)CIA為確保出口武器不會(huì)用來(lái)襲擊美國(guó)領(lǐng)土，在所有武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中都裝備有特殊的加密芯片，可以使武器在瞄準(zhǔn)美軍或其盟友時(shí)啞火或者瞄準(zhǔn)系統(tǒng)失靈。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展和各類違規(guī)使用無(wú)人機(jī)現(xiàn)象的頻頻出現(xiàn)，無(wú)人機(jī)地理圍欄作為規(guī)范無(wú)人機(jī)使用，保障機(jī)場(chǎng)凈空區(qū)、政府重要部門、軍事基地空域安全的一項(xiàng)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。今年1月1日正式施行的《無(wú)人駕駛航空器飛行管理暫行條例》明確規(guī)定“實(shí)施飛行活動(dòng)前做好安全飛行準(zhǔn)備，檢查無(wú)人駕駛航空器狀態(tài)，并及時(shí)更新電子圍欄等信息”。今年3月1日正式實(shí)施的《民用無(wú)人機(jī)地理圍欄數(shù)據(jù)技術(shù)規(guī)范》，從國(guó)家層面對(duì)民用無(wú)人機(jī)地理圍欄數(shù)據(jù)要求、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)有效性、數(shù)據(jù)安全以及使用等指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范，同時(shí)針對(duì)無(wú)人機(jī)生產(chǎn)廠家所使用的無(wú)人機(jī)地理圍欄數(shù)據(jù)是否符合要求設(shè)置了相關(guān)的安全測(cè)試。無(wú)人機(jī)地理圍欄（簡(jiǎn)稱地理圍欄）也稱電子圍欄，是指為保障區(qū)域安全，在相應(yīng)地理范圍中以電子信息模型畫出其區(qū)域邊界，在無(wú)人機(jī)系統(tǒng)或無(wú)人機(jī)運(yùn)行相關(guān)系統(tǒng)中，使用電子信息模型防止無(wú)人機(jī)飛入特定區(qū)域的軟硬件系統(tǒng)。目前，隨著我國(guó)出口無(wú)人機(jī)效能的增加和數(shù)量的不斷增多，這一技術(shù)同樣應(yīng)用在出口無(wú)人機(jī)上，今年7月31日，商務(wù)部、海關(guān)總署、中央軍委裝備發(fā)展部聯(lián)合發(fā)布“關(guān)于優(yōu)化調(diào)整無(wú)人機(jī)出口管制措施的公告”，進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)無(wú)人機(jī)出口的管制。針對(duì)加裝地理圍欄的出口無(wú)人機(jī)，當(dāng)其企圖越過(guò)我國(guó)邊境時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)電子反制措施，使無(wú)人機(jī)自動(dòng)返航或銷毀。中國(guó)在無(wú)人機(jī)出口中采取的這一技術(shù)保護(hù)措施，不僅確保了技術(shù)不被濫用，同時(shí)維護(hù)了我國(guó)的國(guó)土和領(lǐng)空安全。

無(wú)人機(jī)地理圍欄的工作原理

地理圍欄的工作原理主要是在無(wú)人機(jī)的控制系統(tǒng)中植入特殊控制芯片。在獲得權(quán)威來(lái)源發(fā)布的地理圍欄數(shù)據(jù)后，將空域劃分為可用空域和禁飛空域，由四維的水平邊界、垂直高度以及限制時(shí)間組成。在水平方向上，可以構(gòu)建由若干頂點(diǎn)構(gòu)成的多邊形，垂直方向上則以海拔高度為參考，以地面高度為基準(zhǔn)，時(shí)間參考系采用協(xié)調(diào)時(shí)間時(shí)UTC。總體可以概括為地理圍欄是為限制無(wú)人機(jī)飛行空域、判斷無(wú)人機(jī)是否有越界風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)而采取控制措施的空域保護(hù)機(jī)制。首先在無(wú)人機(jī)規(guī)劃航線階段，限制任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)在禁飛空域內(nèi)進(jìn)行航點(diǎn)設(shè)置，通過(guò)對(duì)航線的推算和無(wú)人機(jī)速度的控制，確保無(wú)人機(jī)不會(huì)出現(xiàn)剎車不及時(shí)誤入禁飛區(qū)的情況；其次在飛行過(guò)程中，當(dāng)無(wú)人機(jī)臨近禁飛區(qū)一定距離時(shí)，觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，提醒飛行員前方即將進(jìn)入禁止飛行范圍，并執(zhí)行懸停和返航操作；若無(wú)人機(jī)繼續(xù)靠近禁飛區(qū)邊界，則觸發(fā)地理圍欄防御機(jī)制，限制無(wú)人機(jī)飛行方向，原地懸?；蛘咦詣?dòng)返航。對(duì)于出口無(wú)人機(jī)，當(dāng)其企圖越過(guò)我國(guó)邊界時(shí)，可以采取返航操作或啟動(dòng)自毀程序。為實(shí)現(xiàn)上述功能，無(wú)人機(jī)地理圍欄主要依靠以下三類關(guān)鍵技術(shù)。

穩(wěn)定可靠的高精度導(dǎo)航系統(tǒng)

地理圍欄的實(shí)現(xiàn)首先依賴于高精度的定位技術(shù)。目前，無(wú)人機(jī)常用的定位技術(shù)為全球組合導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS），常用的包括全球定位系統(tǒng)（GPS）、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BD）等，同時(shí)為進(jìn)一步加強(qiáng)導(dǎo)航精度，通常采用慣導(dǎo)/BD、慣導(dǎo)/GPS等組合。這些技術(shù)能夠?yàn)闊o(wú)人機(jī)提供穩(wěn)定可靠、實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的位置信息，確保地理圍欄系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確判斷無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)。

實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的信號(hào)探測(cè)識(shí)別系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)通常通過(guò)無(wú)線電信號(hào)與地面進(jìn)行遙控和通信，且使用的頻率一般是固定不變的，因此可以通過(guò)在地理圍欄邊界范圍內(nèi)架設(shè)地面監(jiān)測(cè)站，對(duì)監(jiān)測(cè)到無(wú)人機(jī)信號(hào)的類型、來(lái)源以及特征等信息進(jìn)行識(shí)別和處理，為后續(xù)的控制決策提供依據(jù)。

智能優(yōu)化決策控制算法

為實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)航線規(guī)劃、實(shí)時(shí)位置、飛行狀態(tài)以及地理圍欄邊界等要素進(jìn)行判斷分析和綜合決策，地理圍欄系統(tǒng)需采用智能優(yōu)化決策控制算法，準(zhǔn)確判斷無(wú)人機(jī)是否接近或進(jìn)入了禁飛區(qū)。一旦判斷無(wú)人機(jī)處于危險(xiǎn)狀態(tài)，則立即采取發(fā)出警告、使無(wú)人機(jī)懸停、自動(dòng)返航或者啟動(dòng)自毀程序等控制措施以防止其進(jìn)一步侵入。

無(wú)人機(jī)地理圍欄技術(shù)挑戰(zhàn)與未來(lái)展望

盡管地理圍欄技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，并在國(guó)內(nèi)外成功應(yīng)用，但其仍面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)和問(wèn)題。例如，即使加裝了地理圍欄系統(tǒng)，仍有不少黑客利用技術(shù)手段進(jìn)行攻擊破解，在近期國(guó)內(nèi)多起“黑飛”事件中，飛手都是通過(guò)“翻墻”獲得國(guó)外破解軟件來(lái)解除地理圍欄限制；在地理圍欄發(fā)揮作用的過(guò)程中，主要依靠的是無(wú)人機(jī)高精度定位技術(shù)，如果將定位裝置屏蔽、或者通過(guò)程序改寫定位，則可以通過(guò)人工操控破解禁飛區(qū)限制；在定位精度不夠高以及信號(hào)易受干擾的的情況下，增大了無(wú)人機(jī)“無(wú)意”進(jìn)入禁飛區(qū)的可能性等，這些都是地理圍欄技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中需要思考和解決的問(wèn)題。另外如何進(jìn)一步科學(xué)細(xì)化地理圍欄邊界提升系統(tǒng)準(zhǔn)確性，如何優(yōu)化決策控制算法提高系統(tǒng)智能化水平，如何簡(jiǎn)化使用流程并加強(qiáng)系統(tǒng)安全性來(lái)推動(dòng)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用等，都需要我們?cè)谖磥?lái)的研究和實(shí)踐中不斷探索和解決。展望未來(lái)，目前我國(guó)無(wú)人機(jī)事業(yè)正處于快速發(fā)展階段，無(wú)論是國(guó)內(nèi)的民用無(wú)人機(jī)，還是出口的各型無(wú)人機(jī)，都在使用中展現(xiàn)出卓越的性能和極致的性價(jià)比，受到了國(guó)內(nèi)外用戶一致好評(píng)。但在發(fā)展過(guò)程中，無(wú)人機(jī)的安全飛行和有效管理成為不可避免的話題，地理圍欄技術(shù)也將因此迎來(lái)更加廣闊的應(yīng)用前景。一方面，隨著導(dǎo)航定位技術(shù)、信號(hào)探測(cè)技術(shù)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，地理圍欄系統(tǒng)將為用戶提供更加方便快捷和安全穩(wěn)定的操作環(huán)境；另一方面，隨著法規(guī)政策不斷完善和加密手段不斷增強(qiáng)，地理圍欄系統(tǒng)將進(jìn)一步保證國(guó)內(nèi)禁飛區(qū)的穩(wěn)定可靠和出口無(wú)人機(jī)的安全可控。因此，加強(qiáng)地理圍欄技術(shù)研究勢(shì)必會(huì)在伴隨無(wú)人機(jī)事業(yè)的發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮更加重要的作用，為無(wú)人機(jī)事業(yè)的發(fā)展提供更加有力的保障。