我國無人機探測技術與發展淺析

摘 要 近年來，我國民用無人機快速發展對航空安全、公共安全帶來挑戰，加強對無人機的管控成為行業共識。無人機探測是無人機管控的重要手段，探測技術是反制的前提與關鍵環節。本文描述了典型無人機探測技術及其優缺點，結合我國行業發展情況，提煉了行業發展特點，最后對本文進行總結。

關鍵詞 無人機探測;公共安全;有源探測;無線電監測;光電探測

引言

隨著經濟的發展和科技的進步，民用無人機成為近年來發展最迅猛的新興產業之一，我國民用無人機數量呈現爆發性增長趨勢[1]。同時，人工智能也廣泛地應用于各行各業，如無線通信[2-3]、無人機飛行以及作業，基于人工智能的無人機行業爆發出強勁的活力[4]。然而，無人機的快速發展也帶來了一定的負面影響[5]，如民用無人機干擾民用機場飛行活動，導致航班等待、繞行、返航、備降、延誤、取消，乃至危險接近和機場關閉等事件頻發。特別是2017年4至6月，成都雙流機場、重慶江北機場遭受到嚴重的無人機黑飛侵擾事件，造成嚴重的安全隱患和惡劣影響。

為應對無人機飛速發展帶來的負面影響，進一步規范無人機產業的有序健康發展，保證飛行安全和公共安全，對無人機加強飛行監管成為行業熱點和社會共識，對無人機進行主動探測反制成為重要的飛行監管段[5-6]。其中，無人機探測是反制的前提與關鍵環節[5]。探測環節的缺失或薄弱，將無法實現對無人機的精確定位以及精準處置。在探測環節缺失或薄弱的情況下，要實現對無人機的監管只能依靠設立禁飛區、建立實名登記機制等管理辦法進行預防。然而，上述管理辦法主要對合作類無人機有效，對于非合作類無人機則沒有效果，同時禁飛區的大量設置是以犧牲無人機市場的快速發展以及一定的經濟成本為代價。因此，有效的無人機探測技術是防范無人機違規飛行以及保證公共安全以及人民生命財產安全的重要舉措。

近年來，國內外大量的科研院所和相關廠商開發了眾多無人機探測技術和設備，無人機探測市場和行業也蓬勃發展，了解無人機探測技術及其行業最新發展情況將有助于我國政府監管部門以及機場、核電站等重要場所提升對無人機探測技術現狀的準確認識，將有利于政策制定和開展有效的無人機安防工作，極具社會及經濟價值。

1無人機探測技術分類與分析

近年來，為對無人機實現精準定位，有效的探測跟蹤技術成為了無人機管控的研究熱點與難點。從民用角度，目前無人機探測跟蹤技術主要有有源探測、激光探測、金屬探測、光電探測、無線電監測和聲學探測，其中經過實戰，比較有效的是有源探測、無線電監測、光電探測三個主要類型，根據對近年來國內主流無人機探測設備的統計，發現其中有源雷達方法、無線電頻率監測方法與光電探測方法大約各占1?3，是當前行業主流技術，本章將對這三種主流技術進行描述并對其特點進行總結。

1.1 有源探測

有源探測主要以低空雷達為主，通過發射和接收調頻連續波或脈沖調制信號對小型無人機進行偵察，作用距離一般大于1.5km，通常有效距離可達3km-5km。低空雷達一般以固定站、車載機動站為主，其面臨的問題如下：

在對低空、小微目標探測時，現役的低空探測雷達（主要用于探測低空的直升機、巡航導彈和戰斗機等快速目標）無法實現對其有效探測和跟蹤[7]。

面臨地雜波、海面雜波和多徑傳播干擾時，對小微目標探測較為困難。

低空雷達一般都配置動目標處理功能，但對于慢速以及懸停的無人機則效果較差，常常會漏檢。

為實現對低空小微目標的高精度探測，并成功引導其他設備對其跟蹤，雷達系統需要具備以下能力。即，抑制強地雜波干擾和檢測弱小目標的能力;具備俯仰測角能力;良好的環境適應能力;體積小、重量輕。因此雷達探測系統在方位波束駐留時間受限的情況下，一般采用如下設計：

俯仰上采用寬波束發射和接收DBF技術，實現三坐標功能，增加了單個波束駐留時間，提高速度分辨率，并且具有波束指向靈活和抗干擾能力強的優勢。

采用高頻段，可以減少天線的尺寸和體積;采用天線、射頻、處理結構一體化設計，降低系統體積和重量[8]。

以低空雷達為代表的有源探測技術成熟度較高，其優點是不受無人機使用頻率影響，只與無人機大小有關。其缺點是受地雜波影響較大，虛警率高，且對于靜態目標無效，無法實現機型識別和鳥類辨別，主要用于較大防護范圍的要地區域防護。

1.2 無線電監測

無線電監測通過實時偵收無人機遙控以及其自身發出的無線電信號，獲取無人機型號、方位等信息，有效作用距離一般在1.5-3.5km。

我國無線電監測網絡基本形成了由固定站、移動監測車、搬移站和便攜設備組成的監測網絡。目前，日常的無線電管理的現場查處主要以無線電監測測向移動車為主，利用移動車在城市內的高機動性及快速作戰能力，通過對發現的可疑的干擾信號進行測向，排除可能產生干擾的雜波信號，利用多點測向交匯定位的方法確定目標信號的大概位置。

無線電監測一般主要對433MHz、868MHz、915MHz、1.3GHz、2.4GHz、5.8GHz等無人機常用無線電頻段進行監測，主要解決其信號識別和定位問題，無人機無線電信號具有較強的特征，識別相對容易，但定位問題則需要較高的技術，一般部署至少4臺可移動監測站組網并采用到達時間差法（TDOA， Time of Difference of Arrival）進行解算。

總體來看，無線電監測技術熟度較高，在無人機探測中優勢很明顯，可以不受無人機尺寸、材質、建筑物遮擋限制，可以用于長期無人值守的無人機防御任務;可定位無人機飛手。其不足處也較為明顯，即，無人機只依靠GPS自主飛行時無法探測;對于跳頻、擴頻、跳時無人機無法有效跟蹤;在城市復雜電磁環境下，容易受到干擾;探測精度較低。

1.3 光電探測

光電探測主要通過可見光和紅外波段成像設備進行偵查，主要用于輔助雷達探測，用于目標的進一步識別，作用距離可達2km以上。

光電探測技術以紅外成像為主體，輔以紅外圖像目標檢測處理技術，實現對視場內低、慢、小運動目標搜索，檢測，以及與其他傳感器的信息融合和告警，該技術需要解決光信號微弱和背景圖像復雜問題，核心技術是圖像處理，包括連續幀以及鄰域特征處理、紅外輻射數學建模以及圖像處理中人工智能、深度學習算法等。無人機在運行中會向外輻射可見光，同時因為發動機、電池等器件在工作中會成為一個發熱源，發熱量較大，也會發出紅外光，不過由于這些部位有外殼覆蓋，紅外光較弱，需要用特殊的算法提高其識別率。

光電探測技術具備精度高，效果直觀，拍照取證的優勢。不足之處主要是探測范圍有限;應對多架無人機目標時能力有限;易受天氣干擾（霧霾、雨雪、沙塵天氣會影響目標的描準和跟蹤）[8-9]。

2無人機探測技術發展分析

無人機探測技術近年來成為行業研究的熱點，涌現了大量的探測技術，涉及聲光電等專業領域，各個技術各有優缺點，適用于不同的場景，有效性各異，從近年來發展情況來看，其技術發展趨勢是：

技術體制方面，融合探測[5]是當前行業共識和主要發展方向，融合探測就是融合不同原理的探測方法，主要包括紅外+可見光、圖像+聲波、圖像+雷達等，基于時空配準、特征融合等技術，集各單一技術優點為綜合技術優勢，最大程度提高探測能力和效果。

運行機制方面，輕量化、移動式是主流，隨著技術的發展，特別是高性能專用芯片的大量應用以及硬件的小型化趨勢，無人機探測設備越來越小型化、輕量化，功能和性能也更強。同時基于移動載體，比如汽車、無人機、艦船等移動平臺集成無人機探測設備已經成為新的趨勢，相對于固定式部署的局限，移動式探測更加方便靈活，對環境和任務的適應性更強，可以獲得高質量的無人機目標信息。

新技術應用方面，無人機探測技術與人工智能、大數據、云計算、邊緣計算、物聯網等新技術的結合和協同更加緊密，無人機探測本身是一種特殊的對空感知物聯網手段，涉及時空信息和數據的感知、處理和應用，包括探測、識別、跟蹤等業務，基于大數據+人工智能等新技術，可為傳統處理方法和機制賦能，大幅提高其運行效率和質量，已在行業得到大量應用，這種趨勢未來將進一步得到強化。

標準規范方面，技術標準化、規范化是趨勢。無人機治理與管控是近年來出現的新課題，對于無人機運行管理的認識也是一個逐步成熟的過程，現有的無人機探測技術及其使用較為混亂，缺乏行業標準規范，后續將逐步建立無人機管控技術的標準規范，以促進整個行業的良性發展。

3總結與建議

為應對無人機數量快速增長對于民航安全、公共安全的巨大的挑戰，政府以及行業都在尋求對無人機飛行的有效監管。無人機探測是對非合作無人機進行飛行監管的關鍵環節。近年來，比較成熟可靠的無人機探測技術包括有源探測、無線電監測、光電探測技術。實踐表明，單一的探測手段往往不能解決復雜的無人機探測難題，通常需要采用多種探測手段相配合，探測設備的輕量化、移動化趨勢明顯，大數據、人工智能等新技術已廣泛應用于各行各業，將人工智能技術引入到無人機探測中也是必然趨勢。同時，我國無人機探測技術發展還未成熟，無人機行業涉及企業眾多，但缺乏行業標準和規范，亟須規范和引導。

結合我國目前無人機探測技術的發展現狀，一方面，建議將多種探測技術相融合，并在無人機探測中引入先進的人工智能、大數據等技術，實現復雜環境中的無人機精確探測;另一方面，建議制定相應的行業技術規范實現無人機行業的健康有序發展。

參考文獻

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作者簡介

張翔（1977-），男，四川成都人;畢業院校：電子科技大學;專業：生物醫學工程，學歷：研究生，現就職單位：中電科特種飛機系統工程有限公司，研究方向：空中交通管理、通航信息化、無人機監管。