无人机反制能力对狱内防范的重要性报告

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摘要：伴随无人机行业的飞速发展，无人机在性能不断提升和民用市场飞速发展的加持下，其反制难度也在不断加大。近年以来，无人机黑飞现象频发，对监狱设施安全、监狱信息安全、监狱人员安全造成了一定的威胁。针对此类现象，通过对市场中无人机的调查，收集有关无人机的参数及目前的主流反制手段，了解各行业相关无人机系统标准体系建设，探究监狱部门在防范无人机时的重点难点。通过对当前无人机及其反制方式的具体分析，论证无人机反制能力在狱内防范的重要性与必要性，并对监狱未来的狱内无人机反制系统应当具备的能力和对未来监狱空防系统的发展提出设想。

关键词：无人机反制 监狱 空防

引言：

无人机作为一种新兴的飞行器，随着时代进步，无人机逐渐向着智能化，专业化，长续航化的方向发展，在无人机性能提升、价格下降、消费级数量增多的同时，相当一部分无人机驾驶员对于无人机的安全规范意识却并未得到应有的提升，无人机扰乱公共治安、威胁监狱安全的现象也在不断增多，监狱作为一个高危险、高保密性、高严肃性的特殊区域，监狱的安全问题是监狱工作中不容忽视的要点，而目前大部分监狱普遍缺乏低空防御能力。

从全球层面上看，监狱已出现利用无人机投毒、投递手机、偷窥等恶性事件发生，美国联邦监狱管理局表示，去年，（美）联邦监狱中发生了高达57起的无人机入侵事件。它们试图运送23瓶注射药物、数十支注射器、20部手机、多包烟草以及其他违禁品。未来的无人机设备甚至可能具有强有效的负载能力，从而协助囚犯越狱。因此，监测无人机行业发展趋势，观察狱中涉及无人机的事件并提升监狱内对无人机的反制能力，以便在国内类似情况发生时，监狱可以针对不同的无人机入侵事件作出适当反应并及时采取反制措施进行制止。

一、无人机及其反制行业的发展现状

（一）无人机的发展现状

无人驾驶航空器（UnmannedAerialVehicle，UAV）简称无人机，是指由控制站管理（包括远程操纵或自主飞行）的航空器，也称远程驾驶航空器。由于其灵活性高，成本相对低，安全性高等优势，现已成为政府、商业和消费者使用的重要工具。当前，无人机技术正在朝着智能化、多样化的方向高速发展，无人机产业目前已经是航空航天产业里最具活力的新兴市场，在军民融合的大背景下，无人机的技术不断被释放下沉到民用市场中，在军民融合的大背景下，无人机制造业成了各国经济增长的亮点之一。

随着无人机技术的逐步成熟，民用无人机在日常生活中已经得到了广泛应用。数据显示2015年中国民用无人机市场销售规模达到24亿元。无人机的市场需求稳步提升，在2018年突破100亿元大关，市场规模达到134亿元。

工信部发布的《工业和信息化部关于促进和规范民用无人机制造业发展的指导意见》中指出：我国民用无人机产业高速发展，注册用户数量高速增长，市场规模不断扩大。到2020年，我国无人机市场的整体产值达到600亿元。

然而，由于无人机存在使用门槛较低、易于购得、缺乏有效监管等问题，造成了无人机的黑飞现象十分严重，目前在市面上，大部分的无人机主要以整机销售主，消费者购买后仅需进行简单的教程学习和身份认证，便可操控无人机。在操纵所需技术要求相对较低的情况下，在产品出厂时厂商应当在软件层面设置的“禁飞区域划分”就显得尤为必要。监狱作为一定的保密区域，其位置信息不会在地图中公开，故应须禁飞的相关区域其保密性又导致了禁飞区无法精确划分。因此划分禁飞区的需求和监狱区域的保密性之间便存在着矛盾关系。

在无人机的有关地方法规和政策出台时，法规的制定主要依靠大型无人机制造企业与民航业共同制定标准，无人机法规的参与制定主体少，也从侧面造成了无人机的法规制定缺乏一定的针对性。

近年来中国民用航空局对无人机的分级分类措施在逐渐加强，根据无人机的空机重量和起飞重量，将无人机划分为九类。

无人机以其速度慢、飞行高度低、和体型小的特点，被称之为“低慢小”飞行器。目前对此类无人机的界定通常为速度在200km/h以下、飞行高度在1000m以下、雷达发射截面积小于2m2的飞行器，其品种繁多，类型各异。但目前大都可以按照一个基本的分类标准进行划分，在无人机的分类标准及有关规定中，Ⅰ类无人机的在起飞时受到的限制较小，不需要进行报备登记。而恰恰是此类无人机，在面对相关反制时，其探察难度是最大的。在面对此类高速小型无人机时，进行精准的探测及有效的反制尚属世界难题。

（二）无人机行业发展趋势

1.智能化：在经济的发展过程中，劳动力成本上升是推动无人机智能化发展的重要推手，在民航局不断规范无人机飞手培训条件，联合大企业开展无人机培训并颁发无人机相关操作资格证的背景下，无人机的操作资格审查变严，培养无人机飞手的成本在不断提升。企业转而把发力点从研究无人机参数的提升转移到提高无人机的智能化水平中来，通过提高无人机的智能化水平可以降低无人机驾驶员的数量需求，从而降低雇佣大量无人机驾驶员的费用，这是增加企业利润的有效方式。此外，人工智能技术的高速发展，亦为无人机的智能化奠定了技术与理论基础。

2.产业化：伴随着消费者需求更加多样化，民用无人机市场不断发展，单个企业满足消费者多变的需求愈发困难。且单个企业的研发能力十分有限，完全由自己进行整机生产在未来很难实现。这就需要无人机行业积极寻求产业间合作，逐步实现全产业链的资源整合，优势互补，将不同企业的硬件优势相结合，在研发性能更为优异的无人机时，做到控制成本，压低价格，尽可能的迎合民用无人机市场的需求。

3.品牌化：在无人机市场的竞争中，无人机企业逐渐开始注重自己的品牌建设。民用无人机行业目前正处于发展期，借由无人机技术的逐渐成熟，在无人机的品牌化建设的过程中，企业也会逐步提升产品售后服务质量，甚至在无人机的立法和重要活动中频繁与政府进行紧密合作，提升自己的知名度和信誉，使得消费者更易接触到自己的产品。

（三）无人机反制行业的现状及难点

无人机反制行业伴随无人机的发展而产生，其核心分为无人机探测和无人机反制两大模块。

1.无人机探测

（1）雷达探测：雷达探测行业发展时间较长，具备相当成熟的开发经验，具有探测距离远，设备种类多，目标定位准，反应速度快等优势，缺点是在面对体积较小的目标时，存在一定程度的漏报，误报。

（2）无线电频谱探测：无线电频谱探测基于无人机在操控过程中对无人机图传系统和飞控系统发出的无线电信号进行探测，以达到探测无人机的目的，不会受到无人机体积，材质，速度的限制。其以收集环境中的无线电信号为信息源，不会造成电磁污染，制造成本低，缺点是空间定位准确度有限，需要多方向，多设备结合进行大致的距离定位，且在面对较为复杂的电磁环境（如城市，发电厂）时，被动式的探测很容易受到干扰。

（3）光电探测：光电探测主要依靠红外成像，光学成像，热成像等来对无人机进行探测。这一方式面对近距离无人机时，对目标的定位极为精准，缺点是探测设备和后期维护成本较高，在面对恶劣天气条件时，扫描和跟踪设备难以稳定工作。

（4）声波探测：声波探测技术通过对各类型无人机在飞行状态中的电机和在工作中的旋翼产生的声波进行收集建立成库，在日常工作中实时监测周围环境的声波频率，与数据库中的样本相对比，以达到识别声波源是否为无人机，进而达到对无人机探测的目的，这种探测方式距离有限，维护成本较高。

2.无人机反制

（1）无线电干扰：在无线电干扰中，分为对定位信号的干扰和对控制信号的干扰，在定位信号中，民用无人机主要依靠GPS、北斗、GLONASS、伽利略的单一定位模块，少数无人机会采用双模定位，二者均采用扩频通信和无人机进行信号传输，信号相对微弱。

（2）激光射线击落：该系统通过精密激光将无人机的关键部件进行烧毁，使无人机失去飞行能力从而实现反制目的，该系统的特点是使用成本低，全系统仅需电力作为能源，并可在短时间内进行多次精准打击。

（3）综合型技术：该技术集合无人机的侦察与打击为一体，通过雷达探测系统对无人机进行搜索，在搜索到无人机后，依靠动态定位和视频跟踪系统对无人机进行跟踪，随后定向射频系统发射电磁波干扰无人机的信号接收，从而达到反制无人机的目的。

二、现行无人机的主流控制模式

飞行控制系统简称飞控，作为无人机的核心控制系统，其性能的优劣直接关系着无人机执行任务的能力。与普通的飞行器控制系统相比，其根据实时数据采集的信息与给定值比较产生的误差的比例、积分和微分进行控制的控制系统，简称PID控制系统，PID控制系统具有体积小、消耗低等优势，在没有飞行员参与的情况下进行飞行可以对飞行的姿态、速度进行调整。其以反馈控制为主体，所以，无人飞机对飞行控制的方法、通信设备的要求较高。

（一）无人机的控制原理

无人机控制方式，主要分为遥控、程序控制和自主控制

1.遥控控制：飞控通过接收机接收遥控器发送的遥控信号（地面站控制时：地面站通过云航灯或电台发送给飞控的自主飞行指令），经过飞控程序处理后，通过电调来控制各个电机的转速，从而达到控制飞行器动作的目的。

2.程序控制：程序控制一般是通过特定的软件，制定好无人机的预定航路，启动无人机后，无人机便可自行执行预设任务。在遇到障碍和意外时，主要依靠无人机自身的传感器感知，通过预设的避障方式防止意外的发生。

3.自主控制：自主控制一般指具有一定决策能力的无人系统，该系统在特定前提下，可以自行开启，执行，并结束。在此系统下，无人机系统在工作中由无人机自身携带的传感器和飞控系统输入数据，在系统内通过特定算法进行实时的跟踪和修正。

（二）无人机的主流控制方式

在无人机的主流控制方式中，最常用的控制方法就是闭环控制。由于引入了执行器的反馈，因此控制系统就可以根据当前执行结果自动调节控制输入，以此达到良好的控制效果。通常反馈控制系统是由一系列复杂的模块单元组成。其中包括：输入、输出、控制器、执行器和测量单元。

三、监狱的空防现状

（一）监狱的现行防范方式

在探究新的安全防护措施的重要性前，要评估监狱原有的防范设备和措施对新的威胁是否具备良好的防范能力，以及如何尽可能地将新老防范方式有机结合，做到两者兼顾。

为了确保安全，监狱在设计时就为罪犯设立了多重隔离手段。高度戒备监狱要求罪犯随时处于六层隔离之中。对于罪犯的隔离，目前采取实体墙隔离与有隔离网隔离相结合的方式，但是实体墙完全屏蔽了肉眼监视，隔离网也会对肉眼监视造成干扰。

监狱对自己的核心内容、重要环节、可能的“缺陷”会予以隐秘，尽可能地做到了化被动为主动。监狱的大门构造、监狱周界防范的部位和方式、监狱的指挥中枢、监区的分监控，岗楼武警和监狱民警的值班情况、押解罪犯外出的时间和路线等都会严格保密。通过利用物理上阻隔和信息上的不对称相结合的方式，构成了监狱的现行防范方式。

（二）监狱空防现状

监狱对无人机的陆空结合、立体防御是司法行政系统需要统筹的重要任务。在无人机的高速发展背景下，监狱对无人机的防范大都以采购无人机反制枪为主要手段，通过肉眼发现无人机后，利用无人机枪进行及时的驱离是目前的主要工作方式，但是此方式仍然存在相当不足，对高空飞行的侦察类无人机来说，其在高空工作时所产生的声音极其微弱，监狱守备人员就很难做到及时发现，在面对高速飞行的无人机时，无人机反制枪的启动较慢，整体较为沉重，且保管场所大都在室内，难以做到及时的对高速无人机进行反制。因此，根据监管场所的特点，综合国内外监管场所共性与特性，建立适合中国监狱系统使用的无人机监测防御系统，是最大限度保证中国监狱安全的重要举措。

（三）现有狱内防卫设备的反制能力

目前，在智慧监狱的建设过程中，对于无人机的反制，监狱大都以采购单兵手持式无人机反制枪为主要无人机反制工具，该工具主要通过干扰阻断无线电信号为主要手段，但是由于前期缺乏足够的重视，反制力量建设较为薄弱。最普遍的反制策略还是以传统的电磁干扰为主。依靠大功率设备干扰、热武器打击作为反制手段，在面对无人机时，难以取得良好的效果。

四、无人机对监狱空防造成的挑战

（一）无人机对监区探查的防御难点

在探测识别方面，某些高端无人机已经具备了反探测能力，传统的探测反制设备甚至察觉不到目标无人机的存在。在拦截打击方面，无人机移动速度快，可拦截时间短，很难做到精准打击。从专业能力来看，除机场、重点单位、重要设施固定配备反制设备外，其他单位、场所很少有反制装备配备。即使是具备探测反制装备的单位，受过专业训练的人员也相对缺乏，在应对无人机犯罪及部署低空安保时往往存在较大困难。

（二）无人机携带危险物品靠近监区时的处置措施

在面对高速运动的无人机时，反制设备很难做到快速发现，及时启动，从发现到实现反制的过程中存在一定的滞后性，目前监狱在面对无人机携带危险品靠近监区时，针对无人机的大部分反制设备在目前大都只考虑了对无人机做到有效的范围打击，而对打击后引发的次生伤害缺乏必要考虑。如大功率的信号干扰反制设备为保证在有效的工作范围、工作距离内完成任务，往往使用较高信号发射功率，在大功率信号的干扰下，虽然成功干扰了无人机，但是在使无人机失去控制的同时，也会造成无人机失控。这在人群较为密集的监狱，可能会对人员和财产造成损害，引发不必要的恐慌和骚乱，而在人口密集地区的监狱发生此类事件，难免会产生声音和火光，容易引起周围地区的恐慌，易导致社会舆论及谣言传播问题，不利于地区的社会稳定。

目前，针对无人机干扰成功后的后续处理，难以做到有效防护，因为后续处理不仅涉及到无人机自身，还涉及到其所携带的危险品。针对不同种类的危险品，在处置手段上的区别较大，难度较高，且易对监狱的人员和公共财产造成二次伤害，因此在不明无人机接近监区的情况时，及时的发现和有效的驱离应是监狱针对无人机反制工作的重点。

五、监狱无人机反制的设想与展望

（一）狱内无人机反制系统应当具备的能力

在未来智慧监狱的建设过程中，无人机反制能力的建设是狱内空防建设的重要环节，对于监狱的无人机反制工作，及时发现试图接近监狱的无人机是不可或缺的环节，此环节的准确率和时效性，直接影响着了监狱无人机反制系统的整体效能。而对试图靠近的无人机进行及时有效的干扰，使其无法正常工作，直接影响着无人机反制结果的成功与否。因此，监狱无人机反制系统应当做到以下两个方面

1.对无人机的有效发现

对无人机的有效发现是无人机后续反制程序启动的重要前提，在对无人机的反制过程中，对无人机的发现主要以高塔武警守备人员进行有限的肉眼观察为主。因此，设计出一套能够对无人机进行及时发现、有效识别的系统，可以有效提高发现无人机的效率并有效缩短从发现到反制中间的间隔时间。在无人机的识别方面，应当依靠监狱的摄像头的多数量和多角度优势，利用高清摄像头对空中的无人机目标进行识别与跟踪，通过采集摄像头多角度多方位的画面，依靠算法实时分析监控传来的画面，从而对无人机进行有效的识别和预警。鉴于无人机的速度可能存在过快的情况，系统还应当需考虑到高速运动下无人机的画面捕捉问题，对此可以采取提高视频帧率的方法或在固定位置设置高速摄影机。在发现高空中有飞行物靠近时，及时开启高速摄影机进行画面传输，做到及时发现，及时分析，及时反馈，最终使反制系统及时响应，做到对无人机的有效防卫。

2.对无人机的有效干扰

对无人机的有效干扰是决定无人机反制成功与否的至关重要的一环，目前，国外无人机反制技术大致有无线电干扰、热武器击落、激光射线击落、综合型技术等几大类。在面对监狱这类位置较为固定的场所，主流的无人机反制手段发展主要集中在对无人机接收到的各类无线电信号进行干扰，此方式对无人机的破坏较小，且技术整体较为成熟，成本较低，应为着重考虑和建设的方向。在无线电信号干扰方面，又分为针对全频段的压制干扰和特定频段的干扰两大类，前者倾向于使无人机失控降落或执行预设返回程序，后者倾向于通过强化干扰信号发射强度，使无人机接收到经过特殊处理后的信号，从而执行干扰者的预设行为。在监狱对无人机的反制工作中，应当将二者相结合，针对不同类型和数量的无人机，应当选择不同的干扰方式。通过多种干扰方式相结合，使无人机无法靠近监狱上空，以达到预期的反制目的。

（二）对未来监狱空防系统的发展设想

在智慧监狱的建设中，无人机反制能力是狱内空域安全的重要环节。在未来智慧监狱的空防系统的发展过程中，监狱应当具备侦察，识别，反制一体化的无人机反制系统，并且培养出一批能够熟练操作该系统的干警，在面对无人机侵扰时能够及时发现，及时制止。

在建设物理反制手段的同时，监狱自身应当从内部加强对无人机的防范意识，培养干警的无人机反制意识，使干警能够熟练操作无人机反制设备，提高警惕。监狱还应当积极参与无人机的相关管控法制建设，不断与科研机构和安防企业积极交流，加强合作，直面狱内无人机防控难题，共同建立适合监狱系统的无人机反制体系，最大限度地保障监狱安全。

参考文献：

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基金项目：中央司法警官学院2020年度大学生科研创新能力培养专项项目 项目编号XYX202030