沙 睿，潘 锋，郑 东

（1.中国核能行业协会，北京100048；2大亚湾核电运营管理有限责任公司,广东 深圳 518124）

1 概述

核电是高效、清洁、安全和经济的能源[1-2]。目前，我国共有60台核电机组，其中47台运行机组，分布在17座核电厂中。为进一步完善我国核与辐射安全法规体系，提高我国核安全监管水平，国家核安全局组织修订的核安全导则 《核设施实物保护》（HAD 501/02-2018）[3]对核设施实物保护提出明确要求。由国家发展改革委、国家能源局、生态环境部、国防科工局共同发布的《关于进一步加强核电运行安全管理的指导意见》（发改能源〔2018〕765号）等法规文件，强调要进一步提高核电厂低空空域安全保障能力。明确提出核电厂要积极开展防范低空空域飞行物入侵工作，建立有效防范低空空域飞行物入侵的感知、识别、处置、通报管理体系与技术手段，加强对核电厂低空空域的安全保卫能力，建立涵盖核电厂水下、水面、地面、低空的立体全面安全保卫体系，保障核电安全。可见加强核电厂低空空域防范，是确保核安全的重要措施之一。

2 系统概述

2010年，国家启动低空空域管理改革[4]，试点区域低空空域开放后，对核电厂低空空域安防带来了新的威胁和挑战。为应对现实的威胁，经过系统分析，多方调研，根据某核电厂所处地理环境特点和实物保护工作需求，经过近两年的科研攻关，研制，设计了适用于沿海核电厂低空空域安防系统的整体系统功能、关键技术、设备研制、工程建设规范等一系列技术指标，并成功建设、运行了核电厂低空空域安防系统，效果显著，相关成果获得省部级科学技术奖励。

该核电厂低空空域安防系统主要是由监视、指挥控制、处置等子系统组成，是一个多系统多设备协同工作的综合防御系统。其中监视子系统包括雷达、电磁侦测、光电探测[5-7]、入侵取证等设备；指挥控制子系统包括信息综合处理、通信网络等设备；处置子系统包括强光、电子对抗、高能物质引导处置接口等设备。

系统主要用途是及时搜索发现、跟踪、识别、取证进入核电厂飞行限制区及周边低空空域的无人机、直升机、滑翔机等各类低空飞行物；对其进行威胁评估，并提供飞行物入侵告警；采取电子对抗手段将飞行物控制在限制区域外；采用声光警告设备驱离非法进入的飞行物；为拦截打击恐怖袭击飞行物提供目标指示和引导信息。系统可有效应对空中潜在安全隐患及恐怖威胁，为核电设施的安全提供信息保障及全面防护。

3 系统基本功能

系统具有以下基本功能：

1）发现和跟踪功能：系统采用雷达探测、电磁侦测、光电辅助探测等手段，及时发现覆盖区域内的低空飞行物，并对其实施连续跟踪。

2）识别功能：系统根据飞行物运动特性结合红外、可见光成像等方法，对空中目标进行分类识别。

3）入侵取证功能：系统具有对非法进入核电基地控制区范围的低空飞行物进行实时记录图像和视频功能，同屏显示并记录时间、日期和飞行物位置四维信息（空间+时间）。

4）威胁评估功能：系统根据飞行物属性、分类特征、运动参数和与被保护目标的距离等数据进行威胁等级评定。

5）信息处理与分发功能：系统可对不同来源的有关数据进行融合处理，并视情将处理后的信息分发给相关单位、部门和人员。

6）电子对抗处置功能：系统对非法进入的无人驾驶飞行物采取通信链路、GPS等干扰手段，将其阻挡在核电基地控制区外。

7）驱离处置功能：系统对非法进入的直升机、滑翔机等有人驾驶飞行物采用强光警告等方式进行驱离。

8）目标指示和引导功能：系统可为拦截系统提供飞行物目标位置信息以及引导信息。

4 系统组成

核电厂低空空域安防系统，主要由雷达、电磁侦测、光电探测、指挥控制中心、电子对抗、强光警告等设备（系统）以及通信网络等设备（系统）组成，如图1所示。

图1 系统基本组成图

雷达采用三坐标相控阵低空雷达[8]，主要负责核电厂及周边低空飞行物目标的全方位搜索探测，具有24h连续工作能力，在无人值守状态下，全自动录取飞行物目标的方位、距离和速度等信息。

电磁侦测设备负责对周边电磁空间异常信号监测报警。系统事先对管控区域进行电磁频谱全频段、全方位扫描，建立本地无线信号数据库。平时可对无线电信号进行实时监测和分析，辅助雷达发现外来异常，如无人机等信号。

光电探测设备结合了可见光探测、红外被动探测的功能，在雷达信息的指引下对飞行物目标进行跟踪，并对目标进行成像识别。光电探测设备也可对近距离低空飞行物目标进行自主搜索探测，辅助雷达实施低空监视。

综合指挥控制中心主要由通用计算机设备及软件组成，主要担负探测情报处理、情报综合显示、目标识别、辅助决策、指挥控制、取证及数据记录等任务。综合指挥控制中心收集来自雷达、光电探测和电磁侦测信息、ADS-B信息以及民航空管等外部情报源送来的情报，对其进行信息融合和情报综合，形成统一的核电厂及周边低空空域空情态势图，实现探测情报处理功能；情报综合显示可以多种方式显示空情态势、地理信息、设备工作状态等信息；目标识别综合利用雷达和光电进行分类识别；雷达利用窄带信号进行识别，窄带目标回波中包含有许多细节信息，例如RCS序列起伏特性、RCS序列变化特性、目标多普勒谱特征、脉内调制特征等，根据不同目标之间的回波特性或差异，结合目标回波的多个特征，结合目标的运动特征进行目标的分类判别；光电利用目标与背景温差形成的红外图像进行识别，利用目标形状信息、目标纹理信息、目标亮度信息、目标运动信息等，融合雷达的目标距离信息和目标速度信息等进一步提高识别概率；辅助决策依据空中态势和目标识别结果对飞行物进行威胁评估，根据威胁等级给出相应处理措施的建议。

电子对抗设备主要根据指控中心的指令，在雷达、电磁侦测设备的指引下对无人驾驶飞行物目标施行定向通信链路、GPS、GNSS、北斗、图像传输等干扰，将其阻挡在核电基地控制区外或使其迫降。多台电子对抗设备布置在不同位置，当多目标来袭时，可极大提高系统在复杂环境下对抗能力。

强光警告设备可根据指控中心的指令，在雷达信息的指引下对有人驾驶飞行物目标施行定向强光警告，定向强光设备还可在夜间为可见光成像设备实施补光。

系统提供接口，必要时可将非法进入飞行物信息通报给公安、武警、空管等部门，帮助其了解具体情况，并将相关取证、应急处置措施等信息向上级有关部门报备。

5 系统关键技术研究

1）雷达分系统是整个体系的核心，低空监测雷达采用全相参、全固态、相控阵多功能雷达，主要负责核电厂及周边低空飞行物目标的全方位搜索探测，具有24h连续工作能力，在无人值守状态下，全自动录取飞行物目标的方位、距离和速度等信息。该型雷达采用国际先进的方位、俯仰电扫相控阵体制，目标探测反应速度快。无伺服转动结构，可靠性高，隐蔽性强。可探测各种类型低慢小目标[9]，为指控中心提供准确有效的空中预警信息。

雷达分系统主要由雷达天线阵面、天线罩、TR射频收发组件、波控电路、信号产生和数字接收机、综合信号处理模块、显控终端等部分组成，组成框图如图2所示。

图2 雷达分系统组成框图

电磁侦测设备是负责对周边电磁空间异常信号监测报警。系统事先对管控区域进行电磁频谱全频段、全方位扫描，建立本地无线信号数据库。平时可对无线电信号进行实时监测和分析，辅助雷达发现外来异常如无人机等信号。系统总体组成如图3所示。

接收机将收到的多路输出进行幅相补偿，计算数据相关矩阵，进行特征分解，用波束处理算法从输出波束中发现微弱信号，估计信号个数。首先通过方位进行信号预分选，选定某一方向信号，用零陷与最大信噪比结合方法将有用信号逐一分离，对单个信号使用单信号处理方法进行信号分选识别和参数估计；然后对超出方位分辨率的同一波束中的多个信号从时域、频域进行信号分选识别和参数估计。系统工作流程如图4所示。

图3 系统组成框图

图4 系统工作流程

光电探测分系统采用红外被动探测和可见光摄像目标探测相结合的设备，主要在雷达信息的指引下对飞行物目标进行搜索跟踪，并对目标进行成像识别、录像取证。光电探测设备也可对近距离低空飞行物目标进行搜索探测，辅助雷达实施低空监视。

光电探测分系统主要由高清摄像机、中波红外探测器、陀螺稳定平台、视频跟踪器、任务计算机及软件、搜索和控制模块、接口模块、显控终端、操纵杆、控制盒等部分组成，组成框图如图5所示。

图5 光电分系统组成框图

6 系统初步应用效果

经过一年多的建设与调试及试运行，低空空域安全防护系统已在某核电厂成功投入运行，提升了核电厂的整体安全防范水平。系统投运后，在核电厂合法使用无人机（如电视台航拍等）必须进行登记申报并通过系统解除限制，否则无法正常起飞和飞行。系统投运至今，尚未发生未经允许的“低慢小”飞行器进入核电厂造成滋扰的事件。曾经有小型飞机在距核电厂10km左右空域飞行，系统能自动跟踪并记录轨迹和录像。

7 改进与展望

下一阶段，主要对系统的光电设备进行升级改造，实现非制冷红外成像设备[10]进行无人机跟踪与扫描，以提高系统的整体响应速度和观测精度，并将对系统综合低空飞行器数据库信息进行扩充与应用大数据分析技术提高对入侵目标的快速准确识别率。后期也希望能移植到其他核电厂应用。除核电厂外，该系统也可以推广到其他非核电重点目标、重点区域，如化工企业及危化品保卫区域，用于提升低空空域安全防护水平。本系统是在国家低空空域准备开放的背景下研制实现的，对制定重点目标、重点区域低空空域防范标准，提升重点目标、重点区域空域安全防范水平将起到极大推动作用，同时也为国家低空空域安全管控和保障提供十分有益的借鉴。