趙衛(wèi)棟，汪庭霽

（1.國家無線電監(jiān)測中心陜西監(jiān)測站，陜西 西安 710200；2.國家無線電監(jiān)測中心北京監(jiān)測站，北京 102609）

1 無人機(jī)概述

無人駕駛航空器，是一種由遙控站管理的航空器，稱為遙控駕駛航空器，也簡稱為無人機(jī)。無人機(jī)具有體積小、成本低、操縱簡單、起降靈活等優(yōu)勢。隨著民用無人機(jī)技術(shù)的愈發(fā)成熟和消費(fèi)級無人機(jī)的蓬勃發(fā)展，無人機(jī)在航拍、農(nóng)林、環(huán)保、交通、通信、氣象等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用[1]。然而，無人機(jī)的大量使用也引起一系列的安全隱患，無人機(jī)“黑飛”事件屢禁不止[2]，特別是無人機(jī)干擾機(jī)場航班正常運(yùn)營的事件屢屢發(fā)生。這不僅嚴(yán)重?cái)_亂空中交通秩序危及航空安全，也給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)帶來安全隱患。

2 無人機(jī)系統(tǒng)基本情況

無人機(jī)系統(tǒng)主要由無人機(jī)和遙控器組成，無人機(jī)上主要搭載有圖傳/數(shù)傳電臺、飛控平臺和導(dǎo)航信號接收模塊等。目前，主流無人機(jī)生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的圖傳/數(shù)傳電臺使用的頻段為2.4GHz或5.8GHz的ISM頻段，導(dǎo)航信號主要包括GPS、北斗和GLONASS導(dǎo)航等。

無人機(jī)和遙控器之間通過無線鏈路進(jìn)行通信，操控手通過無線鏈路信號（包括飛控信號、圖傳/數(shù)傳信號、導(dǎo)航信號等）來實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的操控。無人機(jī)操控者主要通過無人機(jī)的圖傳信號來觀察無人機(jī)的飛行環(huán)境以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的安全飛行。另外，無人機(jī)飛行過程中通過導(dǎo)航信號來確定自己的出發(fā)位置、飛行位置等。

3 無人機(jī)偵測主流手段

3.1 無線電偵測

無線電偵測主要通過探測無人機(jī)的上/下行鏈路，并通過與無人機(jī)信號頻譜數(shù)據(jù)庫比對，確定接收信號是否屬于無人機(jī)的上/下行鏈路信號，來確定無人機(jī)的機(jī)型。無線電偵測作用距離較遠(yuǎn)，響應(yīng)時(shí)間短，不會對其他用戶或設(shè)備造成干擾，可以識別無人機(jī)型號。但如果無人機(jī)采用預(yù)設(shè)航線飛行，飛行途中處于無線電“靜默”狀態(tài)，將無法使用該方法識別無人機(jī)。

3.2 雷達(dá)偵測

雷達(dá)偵測分為主動和被動雷達(dá)偵測。主動雷達(dá)是靠自身輻射電磁波，接收目標(biāo)反射回來的波來進(jìn)行探測，獲取目標(biāo)的方位距離[3]。被動雷達(dá)則是靠著第三方輻射源發(fā)射電磁波，接收目標(biāo)反射的回波信號來獲取目標(biāo)信息。雷達(dá)偵測均使用主動雷達(dá)，利用多普勒原理來實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的發(fā)射和定位。雷達(dá)偵測方法有效距離較遠(yuǎn)，不受無人機(jī)型號影響。但無人機(jī)的雷達(dá)散射面積越來越小，多普勒效應(yīng)不明顯，降低了被雷達(dá)偵測的有效距離和發(fā)現(xiàn)概率。

3.3 聲波偵測

無人機(jī)飛行時(shí)，電機(jī)工作和旋翼震動都會產(chǎn)生噪聲[4]，主要分布在0.3kHz-20kHz頻段內(nèi)。聲波偵測通過識別該噪聲來發(fā)現(xiàn)無人機(jī)，適用于多種類型的無人機(jī)，可對聲波特性進(jìn)行分析歸類，完成對目標(biāo)的識別。不發(fā)射任何電磁波，不易被敵方電子對抗設(shè)備偵測和干擾。但是聲波偵測的可靠距離較近，在嘈雜喧囂環(huán)境下，聲波偵測效果更差。

3.4 光電偵測

光電偵測系統(tǒng)主要通過可見光、紅外和激光等成像技術(shù)，采用可見光攝像機(jī)和紅外熱成像儀傳感器來偵測無人機(jī)[5]，具備全天時(shí)工作能力，晝夜識別確認(rèn)目標(biāo)。光電偵測可發(fā)現(xiàn)多種型號的無人機(jī)，但是，無人機(jī)紅外輻射特征低，如果減少激光反射或外形隱身，使得光電偵測變得很困難。因此，該方式獨(dú)自使用偵測無人機(jī)的難度較高，常作為無線電和雷達(dá)偵測手段的補(bǔ)充方式。

4 新型偵測技術(shù)——外輻射源雷達(dá)偵測系統(tǒng)

外輻射源雷達(dá)是一種新型低空目標(biāo)探測技術(shù)，其本身并不發(fā)射信號，而是通過接收目標(biāo)反射的非合作照射源（廣播、電視、通信基站等）回波信號進(jìn)行探測，能以無線電靜默的方式對多種類型和多批次的低空目標(biāo)進(jìn)行探測，特別適合于對電磁輻射有限制同時(shí)又對探測性能要求較高的應(yīng)用場合。外輻射源雷達(dá)彌補(bǔ)了現(xiàn)有被動探測技術(shù)（無線電偵測、光電探測）在探測目標(biāo)類型和多目標(biāo)探測方面的能力局限，又比常規(guī)主動雷達(dá)具有更高的安全性和隱蔽性。以外輻射源雷達(dá)為主要預(yù)警手段，集成光電探測和無線電偵測設(shè)備，可以構(gòu)成功能完備、協(xié)同工作的全被動低空目標(biāo)探測系統(tǒng)。

4.1 技術(shù)特征

與常規(guī)主動雷達(dá)相比，該新型無源探測系統(tǒng)具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

（1）節(jié)約頻譜。利用已有的非合作輻射源信號對目標(biāo)進(jìn)行探測，具有節(jié)約頻譜（無需申請頻率）的優(yōu)點(diǎn)。

（2）安全環(huán)保。具有良好的電磁兼容性（不產(chǎn)生電磁輻射），對周邊環(huán)境和人員健康不造成影響，可部署在民航機(jī)場、軍事基地、要害部門、敏感設(shè)施以及人口密集的大型活動場所。

（3）易于組網(wǎng)。無需申請頻率、良好的電磁兼容性、較低的部署難度使得該設(shè)備易于組網(wǎng)，組網(wǎng)后可顯著提高雷達(dá)覆蓋范圍、目標(biāo)探測精度和跟蹤連續(xù)性。

（4）安全隱蔽。該設(shè)備本身并不發(fā)射信號，不容易被偵察系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和定位，具有較強(qiáng)的安全性和隱蔽性，易于構(gòu)建平戰(zhàn)結(jié)合、軍民兩用的低空預(yù)警（含空管）探測體系。

4.2 工作原理

外輻射源雷達(dá)由天線、多通道接收機(jī)和信號處理機(jī)三部分組成：參考天線接收直達(dá)波信號，監(jiān)測天線陣接收目標(biāo)回波信號；多通道接收機(jī)對所有天線接收的信號進(jìn)行放大、變頻并進(jìn)行A/D采樣；信號處理機(jī)對接收機(jī)輸出信號進(jìn)行處理，經(jīng)過參考信號提純、雜波抑制干擾、匹配濾波、目標(biāo)檢測、參數(shù)估計(jì)與跟蹤處理等步驟輸出目標(biāo)信息。

圖1 外輻射源雷達(dá)工作模式

外輻射源雷達(dá)目標(biāo)定位原理如圖2所示。通過對參考天線信號與監(jiān)測天線信號的匹配濾波可得到目標(biāo)回波和直達(dá)波的時(shí)間差，即目標(biāo)雙基地距離和r1+r2與基線距離L之差。因照射源（發(fā)射站）和雷達(dá)站（接收站）位置已知，基線距離L已知，因此可進(jìn)一步得到雙基地距離和r1+r2，這表明目標(biāo)是在以照射源和雷達(dá)站為焦點(diǎn)的已知橢圓上（橢圓上任一點(diǎn)到兩焦點(diǎn)距離和不變，恒等于r1+r2）。監(jiān)測天線陣可測量目標(biāo)方向，以雷達(dá)接收站為起點(diǎn)沿著目標(biāo)方向的射線與橢圓的交點(diǎn)即為目標(biāo)位置。

圖2 外輻射源雷達(dá)目標(biāo)定位原理

5 結(jié)束語

目前，無人機(jī)偵測手段仍面臨眾多難點(diǎn)。傳統(tǒng)的單一偵測手段無法高效準(zhǔn)確地偵測到目標(biāo)，采用多種方式協(xié)同偵測的手段將是無人機(jī)偵測的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)階段的偵測手段存在識別機(jī)型不全面、高度定位能力不足、智能化、自動化和多系統(tǒng)之間聯(lián)動能力不夠等問題。因此，建議深入開展無人機(jī)偵測手段的綜合研究，融合各類無人機(jī)偵測手段，不斷提高技術(shù)裝備水平，開展有針對性的無人機(jī)攻防能力相關(guān)實(shí)驗(yàn)，才能大大提高對無人機(jī)的偵測能力，有效地應(yīng)對日益嚴(yán)峻的無人機(jī)管控問題。