无人机侦测新技术手段研究

赵卫栋，汪庭霁

（1.国家无线电监测中心陕西监测站，陕西 西安 710200；2.国家无线电监测中心北京监测站，北京 102609）

1 无人机概述

无人驾驶航空器，是一种由遥控站管理的航空器，称为遥控驾驶航空器，也简称为无人机。无人机具有体积小、成本低、操纵简单、起降灵活等优势。随着民用无人机技术的愈发成熟和消费级无人机的蓬勃发展，无人机在航拍、农林、环保、交通、通信、气象等领域得到了越来越广泛的应用[1]。然而，无人机的大量使用也引起一系列的安全隐患，无人机“黑飞”事件屡禁不止[2]，特别是无人机干扰机场航班正常运营的事件屡屡发生。这不仅严重扰乱空中交通秩序危及航空安全，也给人民群众生命财产带来安全隐患。

2 无人机系统基本情况

无人机系统主要由无人机和遥控器组成，无人机上主要搭载有图传/数传电台、飞控平台和导航信号接收模块等。目前，主流无人机生产厂商生产的图传/数传电台使用的频段为2.4GHz或5.8GHz的ISM频段，导航信号主要包括GPS、北斗和GLONASS导航等。

无人机和遥控器之间通过无线链路进行通信，操控手通过无线链路信号（包括飞控信号、图传/数传信号、导航信号等）来实现对无人机的操控。无人机操控者主要通过无人机的图传信号来观察无人机的飞行环境以实现远距离的安全飞行。另外，无人机飞行过程中通过导航信号来确定自己的出发位置、飞行位置等。

3 无人机侦测主流手段

3.1 无线电侦测

无线电侦测主要通过探测无人机的上/下行链路，并通过与无人机信号频谱数据库比对，确定接收信号是否属于无人机的上/下行链路信号，来确定无人机的机型。无线电侦测作用距离较远，响应时间短，不会对其他用户或设备造成干扰，可以识别无人机型号。但如果无人机采用预设航线飞行，飞行途中处于无线电“静默”状态，将无法使用该方法识别无人机。

3.2 雷达侦测

雷达侦测分为主动和被动雷达侦测。主动雷达是靠自身辐射电磁波，接收目标反射回来的波来进行探测，获取目标的方位距离[3]。被动雷达则是靠着第三方辐射源发射电磁波，接收目标反射的回波信号来获取目标信息。雷达侦测均使用主动雷达，利用多普勒原理来实现对无人机的发射和定位。雷达侦测方法有效距离较远，不受无人机型号影响。但无人机的雷达散射面积越来越小，多普勒效应不明显，降低了被雷达侦测的有效距离和发现概率。

3.3 声波侦测

无人机飞行时，电机工作和旋翼震动都会产生噪声[4]，主要分布在0.3kHz-20kHz频段内。声波侦测通过识别该噪声来发现无人机，适用于多种类型的无人机，可对声波特性进行分析归类，完成对目标的识别。不发射任何电磁波，不易被敌方电子对抗设备侦测和干扰。但是声波侦测的可靠距离较近，在嘈杂喧嚣环境下，声波侦测效果更差。

3.4 光电侦测

光电侦测系统主要通过可见光、红外和激光等成像技术，采用可见光摄像机和红外热成像仪传感器来侦测无人机[5]，具备全天时工作能力，昼夜识别确认目标。光电侦测可发现多种型号的无人机，但是，无人机红外辐射特征低，如果减少激光反射或外形隐身，使得光电侦测变得很困难。因此，该方式独自使用侦测无人机的难度较高，常作为无线电和雷达侦测手段的补充方式。

4 新型侦测技术——外辐射源雷达侦测系统

外辐射源雷达是一种新型低空目标探测技术，其本身并不发射信号，而是通过接收目标反射的非合作照射源（广播、电视、通信基站等）回波信号进行探测，能以无线电静默的方式对多种类型和多批次的低空目标进行探测，特别适合于对电磁辐射有限制同时又对探测性能要求较高的应用场合。外辐射源雷达弥补了现有被动探测技术（无线电侦测、光电探测）在探测目标类型和多目标探测方面的能力局限，又比常规主动雷达具有更高的安全性和隐蔽性。以外辐射源雷达为主要预警手段，集成光电探测和无线电侦测设备，可以构成功能完备、协同工作的全被动低空目标探测系统。

4.1 技术特征

与常规主动雷达相比，该新型无源探测系统具有如下技术特点：

（1）节约频谱。利用已有的非合作辐射源信号对目标进行探测，具有节约频谱（无需申请频率）的优点。

（2）安全环保。具有良好的电磁兼容性（不产生电磁辐射），对周边环境和人员健康不造成影响，可部署在民航机场、军事基地、要害部门、敏感设施以及人口密集的大型活动场所。

（3）易于组网。无需申请频率、良好的电磁兼容性、较低的部署难度使得该设备易于组网，组网后可显著提高雷达覆盖范围、目标探测精度和跟踪连续性。

（4）安全隐蔽。该设备本身并不发射信号，不容易被侦察系统发现和定位，具有较强的安全性和隐蔽性，易于构建平战结合、军民两用的低空预警（含空管）探测体系。

4.2 工作原理

外辐射源雷达由天线、多通道接收机和信号处理机三部分组成：参考天线接收直达波信号，监测天线阵接收目标回波信号；多通道接收机对所有天线接收的信号进行放大、变频并进行A/D采样；信号处理机对接收机输出信号进行处理，经过参考信号提纯、杂波抑制干扰、匹配滤波、目标检测、参数估计与跟踪处理等步骤输出目标信息。

图1 外辐射源雷达工作模式

外辐射源雷达目标定位原理如图2所示。通过对参考天线信号与监测天线信号的匹配滤波可得到目标回波和直达波的时间差，即目标双基地距离和r1+r2与基线距离L之差。因照射源（发射站）和雷达站（接收站）位置已知，基线距离L已知，因此可进一步得到双基地距离和r1+r2，这表明目标是在以照射源和雷达站为焦点的已知椭圆上（椭圆上任一点到两焦点距离和不变，恒等于r1+r2）。监测天线阵可测量目标方向，以雷达接收站为起点沿着目标方向的射线与椭圆的交点即为目标位置。

图2 外辐射源雷达目标定位原理

5 结束语

目前，无人机侦测手段仍面临众多难点。传统的单一侦测手段无法高效准确地侦测到目标，采用多种方式协同侦测的手段将是无人机侦测的发展趋势。现阶段的侦测手段存在识别机型不全面、高度定位能力不足、智能化、自动化和多系统之间联动能力不够等问题。因此，建议深入开展无人机侦测手段的综合研究，融合各类无人机侦测手段，不断提高技术装备水平，开展有针对性的无人机攻防能力相关实验，才能大大提高对无人机的侦测能力，有效地应对日益严峻的无人机管控问题。