近年來，隨著人工智能、電子信息技術水平的不斷提高，無人機種類越來越豐富、數(shù)量越來越多，無人機的自主能力已有很大提升，已顯現(xiàn)出不可替代的優(yōu)勢：垂直起降、靈活度高、隱蔽性好，而且經(jīng)濟性良好，重要的是能夠適應較強的低空惡劣環(huán)境，可降低人員傷亡的風險。許多國家正大力發(fā)展無人機技術，在民商和軍事領域有廣泛的應用范圍。但無人機的使用也構(gòu)成了許多安全威脅，如用于非法監(jiān)視偵察、敵對勢力突襲打擊。特別地，直升機飛行空域與這些小型無人機高度重疊，在執(zhí)行飛行任務中，會存在無人機的非法飛行侵入導致的安全隱患。為了消除安全隱患，直升機需裝備反無人機系統(tǒng)，在必要時采取有效反制無人機的措施。

無人機探測設備的基本情況介紹

反無人機系統(tǒng)一般包括無人機探測設備和反制設備，探測設備是反制設備工作前提和基礎。探測設備的探測、跟蹤與識別能力直接影響反制設備對抗無人機的效果。根據(jù)采取的不同探測技術體制，探測設備可包括微波雷達、激光雷達、通信偵察設備、光學成像設備、聲音檢測設備等。

微波雷達主要是通過電磁波探測無人機，依據(jù)無人機特有的電磁散射特性、多普勒運動特性等，解算出無人機的飛行速度、位置（經(jīng)緯高）等信息。微波雷達的探測技術成熟且具備全天候工作的能力，是當前最廣泛應用的探測方法。

激光雷達主要是通過調(diào)制激光波或激光脈沖探測無人機，解算出目標距離、位置等信息，激光雷達具備很高的測角精度、測距精度。但激光波束一般很窄，目標回波的穩(wěn)定性影響探測和識別目標的精度，故對良好氣象條件的工作要求相對較高。

通信偵察設備一般為無線電偵察設備，通過偵收無人機在飛行過程中的通信信號，并提取出信號的頻譜特性，與已有的無人機通信信號數(shù)據(jù)庫進行比對，從而識別出無人機。同時，利用測向原理定位無人機。

光學成像設備常用的有可見光和紅外波段的攝像機，其典型優(yōu)點是探測精度高?？梢姽馓綔y一般通過對視頻圖像進行特征提取，將無人機目標進行類比檢測和位置跟蹤。紅外探測是對無人機目標的紅外輻射進行檢測和成像，并提取圖像的紅外特征進行比對分析和識別。

聲音檢測設備屬于無源被動檢測設備，主要是利用無人機在飛行狀態(tài)下其內(nèi)部構(gòu)件運動所產(chǎn)生的聲紋特征（無人機音頻信號在低、中、高頻均有分布且成分相對固定，在飛行時會產(chǎn)生多普勒效應）進行分析和識別，實現(xiàn)無人機的檢測和型號識別。聲音檢測設備對信噪比要求高，小型無人機的聲音特性及強度較小，需要聲音檢測設備調(diào)高靈敏度。

上述無人機探測設備所采取的探測技術各有優(yōu)勢，分別適用于不同場景，均是當前研究重點。不過，直升機擁有特殊的振動特性和旋翼噪聲，給激光雷達、聲音檢測設備的設計工作帶來更難的關鍵技術問題，而且直升機在低空飛行時，受復雜背景環(huán)境的影響更大，因此，這兩種設備在直升機平臺的應用存在一定限制。

直升機可應用探測設備的優(yōu)劣勢分析

無人機雷達探測是主要手段，它具備遠距離、高精度和惡劣天氣下的探測能力，且能同時對多個無人機目標進行探測、跟蹤，給出直升機所在空域的無人機威脅態(tài)勢。當前已知的低慢小無人機目標探測雷達類型有調(diào)頻連續(xù)波雷達、同步相參雷達和脈沖多普勒雷達，根據(jù)工作體制和算法處理方法不同，不同類型雷達對小型無人機探測各有優(yōu)勢。小型無人機的雷達截面積（RCS）一般處于0.01m2（對S波段）量級，導致無人機的反射信號弱，且雷達回波信號經(jīng)過傳播路徑的衰減和背景雜波影響，使得雷達要具備較高的接收靈敏度、較大的功率孔徑積。雷達作為主動探測設備，對直升機所需功耗較高，在戰(zhàn)場上有電磁暴露風險。

通信偵察設備采取的技術方法成熟，設備實現(xiàn)難度低，但無源測向精度相對雷達有源探測要低的多，同時對無人機目標識別能力是建立在目標數(shù)據(jù)庫的基礎之上，而數(shù)據(jù)庫需要大量訓練樣本來學習和豐富。當無人機做不規(guī)則運動時，該設備的測向定位精度不高，而當無人機采取無線電靜默飛行模式時，該設備無法感知無人機的存在。在實際使用過程中，共用通信頻段的無線電信號復雜，受干擾嚴重，容易導致虛警。

光學成像設備分辨率和測角精度高，通過目標光學特征識別出具體無人機類型，這有利于引導直升機載反制設備對無人機針對性開展反制。該設備屬于工作在光學頻段，不受外界無線電或雷達的電磁信號干擾，但受不良氣象條件影響，且視距探測須不能有障礙物的遮擋。在惡劣天線或復雜背景中使用時，對廣域內(nèi)的小目標進行搜索探測和識別的難度較大。另外，光學圖像只有二維角度信息，無法直接給出無人機的空間絕對位置和飛行速度等信息，在引導反制設備工作時，要具備較高的目標穩(wěn)定跟蹤的角度精度。

綜上，在直升機與無人機距離相同的條件下，微波雷達、通信偵察設備和光學成像設備在直升機的工作特點和資源需求初步定性對比見表1。

主被動復合協(xié)同探測技術

為了在復雜背景環(huán)境下可快速探測小型無人機，并精確給出無人機的運動特征和光學特征，準確識別出無人機類型，本文提出在直升機可采用主被動復合協(xié)同探測技術，該技術的基本工作流程框圖如圖1所示。

在對無人機進行無源探測、識別與定位的過程中，通信偵察設備通過偵收到的無人機通信信號，解析出無人機的測向角度，進而引導微波雷達向無人機所在的區(qū)域開展快速搜索。由于搜索空域較小，雷達可以快速給出精確的無人機速度和距離信息，進而引導光學探測設備開展精確成像，提取無人機的光學特征。

在此過程中，持續(xù)對偵收的通信信號數(shù)據(jù)與無人機樣本庫進行比對、光學圖像與無人機特征庫進行對比，綜合判斷給出無人機的類型。同時，微波雷達精確跟蹤無人機，并實時上報無人機的運動信息并外推無人機運動軌跡，可以保證目標不丟失。綜合利用三種探測設備的目標信息，以高效引導無人機反制設備工作從而解除無人機的安全威脅。

在直升機上，通信偵察設備一直開機工作，實時偵收外部無線電信號；微波雷達處于熱待機狀態(tài)，在接收到通信偵察設備的引導信息后，可快速向引導區(qū)域定向輻射電磁波，完成搜索和跟蹤。光學探測設備一直處于搜索工作狀態(tài)。

為提高探測和識別無人機的準確度和效率，主被動復合探測系統(tǒng)將三種探測設備的工作數(shù)據(jù)進行融合和關聯(lián)。不過，在某些場景中，三種設備極可能無法建立“引導”工作流程，所以三種設備要具備根據(jù)飛行員的需求獨立啟動工作或兩兩設備間協(xié)同的能力，以引導直升機的反制設備初始工作。

主被動復合協(xié)同探測的技術問題

提升各個探測設備的探測能力

小型無人機屬于弱小目標，受復雜低空環(huán)境的雜波噪聲的影響，無人機的目標特征很難被捕獲，無人機探測設備需進一步提升探測能力和復雜環(huán)境適應性。

受背景雜波干擾，從小型無人機反射的雷達回波信號非常弱，即信噪比很低。提高信噪比是提升無人機探測能力的有效辦法，硬件措施包括提高雷達的有效輻射功率（增大天線增益或天線輻射功率）、降低雷達接收機的噪聲系數(shù)；軟件措施主要是研究先進的雷達信號處理算法，包括優(yōu)化信號處理算法的性能、改進算法探測邏輯、發(fā)展自適應不同雜波模型的算法。引入人工智能技術，在雜波模型構(gòu)建和小型無人機雷達散射特性方面構(gòu)建相應的訓練樣本庫，并能夠?qū)W習和適應新環(huán)境，有助于提升探測精度。

通信偵察設備對通信信號的檢索和處理重要參數(shù)也是信噪比。調(diào)整接收機靈敏度，保證弱小信號的接收，但靈敏度提高后，雜波對接收機的影響很大，嚴重時會導致虛警或信道飽和。因此，需深入開展動態(tài)調(diào)整接收機靈敏度和抑制虛警的研究，以應對不同雜波背景環(huán)境下，通信偵察設備均能夠擁有良好的信噪比，有效提升偵察效率。同時，隨著大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展，可通過人工智能的手段挖掘和關聯(lián)無人機的通信信息，進一步擴充小型無人機的通信數(shù)據(jù)鏈的樣本庫，提升識別正確率。

因小型無人機屬于靈活性很高的飛行器，運動目標成像模糊問題是光學探測設備需解決的重要問題之一。采用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡和不動點迭代法進行超分辨率重建的方法，解決模糊狀態(tài)中的目標識別難題。而對于小目標成像問題，國內(nèi)外學者已有很多研究。例如Redmon J等人在2016年提出了YOLO目標檢測算法，該算法通過一個端到端訓練的網(wǎng)絡，實現(xiàn)從原始輸入圖像到預測出物體位置和物體類別并輸出的過程，通過多尺度訓練和數(shù)據(jù)增強的技術手段，基于YOLO算法實現(xiàn)了低空背景環(huán)境下的無人機探測。

提升數(shù)據(jù)融合和目標識別能力

從探測數(shù)據(jù)結(jié)果看，雷達可以實時給出目標的速度和距離信息，通信偵察設備通過數(shù)據(jù)庫比對給出無人機的工作參數(shù)甚至無人機的型號，光學探測設備給出了目標的光學特征，將這些數(shù)據(jù)有機地結(jié)合關聯(lián)，是需要深入研究的技術難題。不同維度的信息越精確，可以有效支撐目標識別。針對直升機典型應用場景，通過大量樣本訓練學習，不斷提升單一設備工作能力和優(yōu)化多個設備數(shù)據(jù)融合算法。

結(jié)語

小型無人機給直升機低空飛行帶來很大的安全隱患，是直升機飛行中必須面臨的現(xiàn)實問題，裝備反無人機系統(tǒng)是解決該問題的有效措施。而無人機探測技術正是該系統(tǒng)的關鍵研究內(nèi)容。本文通過介紹典型無人機探測設備的工作特點，分析了探測設備在直升機的應用可行性，并首次提出了主被動復合協(xié)同探測技術，該技術可以有效探測小型無人機。同時，分析了提升協(xié)同探測能力所面臨的難題和解決方案，可以作為研究參考。不過，具體性能和直升機裝機需求的基本設計、設備樣機試制和飛行考核的方法，是探測設備實現(xiàn)真正工程應用的另外一項關鍵工作，這也是作者未來的研究重點。