非合作无人机探测系统的主要技术

1）主动雷达

雷达作为目标探测和监视的主要手段，在空中和海面目标监视以及预警探测等国防和公共安全领域应用广泛。虽然传统雷达对于“低慢小”目标存在探测效能不足的问题，但雷达仍是对空目标探测的重要手段。目前，针对复杂低空轻小型无人机雷达探测技术，已出现了多款产品，并广泛用于重要敏感地区、边境区域的低空空域安全监视，一种典型的无人机雷达探测系统，如图2所示。此类雷达采用固态多普勒信号处理技术，能够探测到复杂低空强杂波环境中的“低、慢、小”目标，利用单部X 波段、S 波段、Ku 波段和多部不同波段的雷达进行组网探测，实现对大范围低空空域的全天候监视。

图2　一种典型的无人机主动雷达探测系统

低空监视雷达的主要特点包括：

（1）机动性能强，可以用多种方式快速部署；

（2）抗干扰性能强，采用包括宽带、捷变频和低副瓣等多种技术来提高抗干扰能力；

（3）具有组网能力，低空雷达通常有较强的通信传输能力，可将获取的目标数据及时传输给友邻雷达及指挥控制系统；

（4）反地杂波性能强，一般都采用先进的动目标检测技术，低空监视雷达发现无人机目标后，通常结合红外、可见光等光电探测技术进行确认。

2）无源雷达

无源探测跟踪技术通常指基于广播电视等多照射源的被动雷达技术，简称MIPAR（multiple illuminators based passive radar），本质上属于双站雷达技术。主要面向低空非合作目标，可有效探测低空的民航飞机、通航飞机、无人机和鸟类等诸多目标。其突出优势在于无辐射、无须申请频率，设备小巧、成本可控，是一种频谱节约、环境友好、部署灵活和易于组网的新手段，系统原理图如图3所示。

3）光电

光电探测技术主要有可见光成像技术和红外光成像技术。其中可见光成像技术是通过光学系统、光电转换系统以及电路系统将被摄对象的光信号转换为电信号，然后利用图像识别算法完成对目标的探测和识别。红外成像技术则包括被动式和主动式，被动式红外成像技术利用了任何物质在绝对零度以上都有红外线辐射的特点，而主动式成像则是根据不同物体对红外辐射的反射率不同来成像。一种典型的红外与可见光探测系统如图4 所示。

图3　基于多照射源的被动雷达技术方案示意图(www.xing528.com)

图4　一种典型的红外与可见光探测系统

光电探测虽在目标识别方面存在优势，但易受环境光线干扰，厚云层或多云时目标红外特性不明显，逆光时目标与背景对比度低，目标特性受大气衰减、湍流影响大，且“低慢小”目标光电信号较弱、信噪比低，加之在机场环境下，大小目标遮蔽效应，飞机发动机强烈的红外辐射现象都使光电探测、识别、跟踪的难度进一步增大。

4）声学

声学探测技术的无人机探测是基于声学阵列处理技术和声场重构技术，为用户提供包括无人机信号特征分析、噪声测量、无人机噪声源识别与定位在内的一体化无人机探测解决方案。一般的声学探测系统由声学传感器基础阵列组成，可对阵列采集到的目标辐射声音信息进行信号频谱的动态显示，根据频谱特征，与无人机噪声特征库进行比对识别；通过无线数据通信网将探测信息传输到中央信息处理站进行处理，利用声聚焦技术，在系统视角范围内对无人机噪声源所在的空间位置进行实时定位。

此外，还可将无人机噪声源实时定位结果与同步采集到的视频图像进行合成，形成可连续播放的声像合成视频，实时显示无人机噪声源在空间环境中所对应的位置，完成目标分类识别、点迹/航迹形成、态势预测，最终形成监视预警情报，为用户提供相关区域的声预警情报信息。图5 为一种典型的声学无人机探测系统。从目前的应用效果来看，声学探测技术易受噪声、杂波的影响，对于大型无人机效果较好，但随着中小型无人机声音越来越小，加之在民航机场环境中噪声干扰强，飞机引擎声及螺旋桨转动声等都会干扰无人机的准确探测。

图5　一种典型的声学无人机探测系统

5）无线电侦测

无线电侦测技术通过实时测量无人机发射的控制和图传信号方向，从而侦测入侵的未知无人机。当无人机进入该区域时，侦测设备发出警报并警告操作人员。该设备不限制侦测范围，可自动步进扫描预定义列表中的频段，通常其侦测范围等同于无人机与其操控者之间的可用距离，一般取决于无人机/操控器的发射功率，无线电分析软件可对无线信号进行分析、判断、对比。无线电侦测设备由3D 测向天线、实时频谱仪和侦测专用软件组成。该设备可多点部署，满足对防控区域的测向定位需求。图6 是一种典型的无线电侦测天线和频谱分析终端。基于控制和图传信号的无线电侦测技术是一种有效的无人机探测手段，但单站测量通常只有目标的方位信息，测量精度低，且对于巡航式电磁“静默”的无人机，上述监测手段可能失效。

图6　一种典型的基于无线电侦测技术的无人机探测系统

6）复合探测

采用单一的传感器进行非合作无人机目标探测具有一定的技术局限性，通常难以满足实用要求。因此，将两种甚至多种探测手段相结合的多源复合探测技术成为主流。光电技术探测距离略小，但获取的目标信息相对丰富，能够实现目标识别，通常可作为雷达、无线电侦测等其他技术手段的补充，在其他发现目标位置后进行确认，实现不同技术的优势互补。图7 所示为一种典型的将雷达与光电技术相结合的复合探测系统。

图7　一种典型的无人机雷达与光电复合探测系统