警用装备分类与现状（上）

文/何昌见 钟鑫（公安部第一研究所）

警用装备分类与现状（上）

文/何昌见 钟鑫（公安部第一研究所）

图1 警用四旋翼无人机

警用装备门类众多，根据专业技术领域分类可以分为以电子信息技术为核心的信息化警用装备、以高分子材料学为核心技术的警员个体防护装备、以机电一体化为核心技术的警用武器等。根据其用途和使用场合大体可以分为：机动与侦察类警用装备、非致命武器类、安检与救援类、防护类等几大门类。技术发展趋势正从传统的非致命武器、防护器具、破拆器具，向电子化、信息化的方向发展。随着MEMS、AR、VR技术的发展，警员单体装备又衍生出了MEMS传感器的惯导技术、警员姿态传感器定位解算技术、警员虚拟视觉技术、警员跌落预警技术等。下面就警用装备的场合和用途，分五大类对不同门类的警用装备进行介绍。由于每种门类的产品众多，每个门类挑选一种典型产品进行介绍，用于分析该类型产品的使用特点和技术发展现况。

一、机动与侦察类警用装备

我国警用航空是以直升机为主要装备、在空中执行警务任务的新技术装备警种，与其他警种相比，有机动速度快、灵活性强、监控范围大、适用领域广、威慑力强的突出优点。我国警用航空的实战应用始于20世纪90年代初期。目前，北京、上海、重庆、山西、广东、陕西、南京等地公安机关都建立了警用航空力量，购置各型直升机近30架。目前我国的警用飞机存在购置和使用费用昂贵、专业人员缺乏等困境，而无人机由于具有使用和采购费用低、使用方法灵活等特点，完全可以替代警用有人机完成除人员运输外的其他任务。我国对有人飞机的航空管制非常严格，并且有人飞机高昂的租赁费用以及安全隐患是一般机构所无法承受的。小型无人机已经广泛应用于应急处突、高空投掷、空中侦察、消防救援等任务中。在任务的执行中，夺取制空权有着举足轻重的作用，公安干警可以利用空中优势支援地面行动，阻止犯罪活动。但是，无人机也存在着续航时间、非视距控制、飞行高度、抗风能力、负载能力等诸多技术问题。传统的航模式的固定翼式无人机往往不能奏效，针对犯罪现场的复杂情况，近年来一些技术先进的国家研制了能自动悬停、垂直起降的多旋翼式无人机。因此多旋翼式无人机异军突起，特别是具有挂载仓的无人机可以通过搭载摄像设备、拍照设备、非致命武器等成为公安打击犯罪的利器。多旋翼警用无人机以其成本低、挂载能力强的特点，越来越得到人们的关注。考察一种无人机的性能优劣，可以从无人机所承受的特殊力矩、航迹规划能力、稳定与自动控制能力三方面着手。多旋翼式无人机在机动性上存在优势，由于没有采用三通道自动驾驶，所以结构简单，成本低，在实际应用中要注意对阵风的抗干扰能力，同时，对于精确导航和定位的能力也有待提高。其大容量的挂载仓，可以使其改装成多种警用空中装备。为了使飞控平台的控制效果更好，可以试图让无人机在多种不同的飞行模式下飞行。

系统的可靠性对于无人机至关重要，系统的可靠性一方面可以靠选用更可靠的器件、提高集成装配水平来实现，另一方面可以同时重复加固设计来实现。图像传感器具有感知复杂环境的能力，这些优点是GPS所不具备的，基于视觉的导航将是GPS导航的一个重要补充。视觉导航通过提取地面线状、点状标志性目标，给出飞机的位置、速度、航向及障碍物信息。在实际应用中，还需要解决图像振动、图像处理、实时性及其与组合导航系统有效融合的问题。

目前，多旋翼式直升机仍属国际先进技术，只有美国、英国、日本、加拿大、瑞典等少数几个国家掌握，由于多旋翼式直升机在反恐领域的应用价值，这些技术是长期对我国封锁和保密的，因此我们急需研制拥有自主知识产权的微小型无人直升机。这迫切需要我们公安科研人员自主创新，打破发达国家的技术封锁。

二、非致命武器类警用装备

非致命武器的种类繁多，现就比较典型的警用定向强声装置进行举例说明。警用定向强声装置是一种能够在具有执法记录功能的操作仪的控制下，向目标方向发射强烈震撼的警告声和高强分贝的语音声束的装置。该装置是一种大功率声波定向远程传输设备，能够将高能量声波集中起来发射到指定的方向，如果发出的声压级足够高，它就成为一种新型的声学非致命性武器，所发出的强大声能会对目标造成身体伤害和使其产生极大的心理恐惧，从而实现对特定区域内的远距离广播、警告、威慑及驱散。警用定向强声装备的威力发挥是靠发射特定频率的各种声波，一般为噪声。除常见的长短扫频等噪声外，还包括对远距离言语交流的干扰压制。干扰压制的核心技术是基于目标语音的音段反转掩蔽声、语谱噪声和调制语谱噪声等信号来对目标区域进行言语信息交流的干扰压制方法，从目标语音的幅度谱出发，结合能量掩蔽的理论，使得听音人难于区分目标语音的信号，达到干扰目标对象交流的目的。基于语音的掩蔽信号方法是通过对音段反转言语和目标语音的相似性导致的信息掩蔽效应进行研究，深入分析影响言语可懂度的因素，将干扰信号所需的能量在原有白噪声基础上降低8至10dB，大幅度提高了警用定向强声装置用于言语交流干扰压制的作用距离。

目前对该类装备尚无一套科学完整的检测方法，各厂家产品中的声学指标等无法得到准确认证，其效能及对人的影响无法进行定性定量的评价。这对定向强声这种具有非致命性打击能力的警用装备来说，在技术体系中是一个缺陷。因此需要国内的科研机构在研制过程中不断地探索总结出一套针对警用定向强声装置声学指标的科学测量方法。结合生物机理试验，对所研制装备的性能指标和使用的安全性进行有效的评价。这也为公安系统引进同类产品时进行科学评价打下了基础。警用定向强声装置可广泛地应用于恶劣环境下对目标人群的通信、指挥、搜救和疏散；警告与驱散暴乱、示威人群，必要时对其进行声波降服、海上船舶反恐护航与人员搜救任务、机场驱鸟等领域，为公安、武警、机场等提供了一种非致命性特殊用途的装置。

三、安检排爆类警用装备

根据公安部统计，上世纪80年代我国平均每年发生爆炸案件2000多起，爆炸事故2000多起。90年代以来，平均每年发生爆炸案件3000多起。1998年3226起，1999年发生3646起，2000年4074起，每年都以12%的速度递增。从统计数据可以看出，爆炸物的无毁伤探测是安检排爆的主要任务，非线性结点探测器就是其中一种比较有代表性的装备。非线性结点探测器(又名谐波雷达）是应用半导体PN结非线性散射原理，通过探测目标结点散射的谐波，探测和定位电子违禁物的仪器，主要应用在安检排爆、排查密拍密录设备等领域。非线性结点探测器最早出现在上世纪六七十年代。起初美国军方使用非线性结点探测器来探测金属目标，比如埋于地下的地雷。英国、俄罗斯等国也在这方面开展了深入的研究工作，而我国从80年代开始对这方面开展研究工作。在我国公安科研机构研发出第一款自主知识产权的900MHz非线性结点探测器前，公安行业主要依赖国外产品，整个行业也没有形成行业标准和使用规范，图2是几款国外产品，图3是我国公安系统自主开发的非线性结点探测器。

图2 国外研制的非线性结点探测器

图3 我国自主研制的非线性结点探测器

爆炸恐怖活动已经成为当今世界恐怖活动最主要的表现形式。由于爆炸物安放的位置普遍比较隐蔽，为弥补普通安全检查的漏洞，需要发展相应的探测手段，非线性节点探测器作为电子引爆装置的探测工具，在安检排爆领域取得越来越广泛的应用。然而，公安一线民警在使用非线性节点探测器对爆炸物电子引爆装置进行探测时，时常存在误报和误触发的现象。这主要是由于当金属目标接受入射基波能量时，在其非线性结两端建立起端电压，从而形成谐波诱导电流，这个电流通过目标自身的表面向外辐射，最后产生谐波散射场，当加在金属结目标两端的电压变化时，金属结目标再辐射的二次和三次谐波的强弱都会发生变化，并且当外加电压大于某一个值（该值与氧化层的厚度有关）时，二次谐波（组合波）的强度会大于三次谐波（组合波）的强度，进而造成判断目标是金属结目标还是半导体目标时发生错误，影响了安检排爆人员的作业效率。当目标上的信号功率过强时甚至可能触发电子爆炸装置，会威胁使用者的生命。如何将非线性节点探测器的发射功率按照使用者的意图进行步进调节、将发射功率控制在有效的范围内、如何提高探测器的接收灵敏度、提高识别能力、如何提高探测器的谐波抑制比，是非线性节点探测器研发中几个关键的技术问题。

为了确保爆炸物检查工作能在安全的条件下进行，非线性探测技术的准确率和安全性就尤为重要，利用数字信号处理技术提高非线性探测器性能的方法有很多，具体每种方法的有效性，除了取决于算法本身以外和硬件实现方法也有很大关系，天线收发开关的选择、接收机保护器的选择、射频衰减器的选择、腔体滤波器的调试等技术都会直接影响到非线性节点探测的探测率和虚警率。在提高系统自身谐波抑制能力方面，功率回退法和前馈法是有效的设计方法，这些技术在非线性节点探测中的应用在国内外还处于研究阶段，随着这些技术的突破，非线性节点探测器在电子引爆装置探测领域必然有更大的应用前景。