【瞭望者】基于雙雷達(dá)微動特征融合的無人機(jī)分類識別

隨著近年來無人機(jī)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，各種各樣的遙控飛機(jī)、直升機(jī)、多旋翼飛行器越來越容易獲得。然而，無人機(jī)的日益增多引發(fā)了一些安全擔(dān)憂，如對空中交通管理的潛在威脅，以及濫用于犯罪行為甚至恐怖襲擊等，其潛在的危險日益引起各國政府的關(guān)注，并推動了反無人機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)的迅速開發(fā)。

由于雷達(dá)具有全天候全天時工作的能力，基于雷達(dá)微多普勒效應(yīng)的無人機(jī)檢測與識別是一個重要的研究方向。所謂“微多普勒效應(yīng)”，指的是雷達(dá)目標(biāo)在進(jìn)行平動的同時，其整體或部件伴隨有振動、旋轉(zhuǎn)、搖擺或其他形式的微運(yùn)動，使得雷達(dá)回波在平動多普勒頻率之外還包含附加的時變頻率調(diào)制的物理現(xiàn)象。

微多普勒特征是目標(biāo)內(nèi)部部件精細(xì)運(yùn)動在雷達(dá)回波中的反映，通過提取無人機(jī)的微多普勒信號特征可以實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的分類識別。為了進(jìn)一步提高無人機(jī)的識別魯棒性，可以采用多角度或者多站點(diǎn)的雷達(dá)傳感器對無人機(jī)進(jìn)行觀測，從而進(jìn)行多雷達(dá)傳感器的融合特征與識別。

為提高無人機(jī)識別的準(zhǔn)確率，清華大學(xué)李剛教授和北京環(huán)境特性研究所殷紅成研究員的團(tuán)隊研究了基于多角度雷達(dá)傳感器觀測和微動特征的無人機(jī)分類方法?；趯?shí)測數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法對三種典型無人機(jī)（四翼機(jī)，直升機(jī)，六翼機(jī)）的分類效果良好，多角度雷達(dá)傳感器觀測融合得到的分類精度優(yōu)于單角度雷達(dá)傳感器。

首先利用多部雷達(dá)同時從不同角度觀測目標(biāo)；然后對采集的雷達(dá)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行短時傅里葉變換（STFT），得到時頻譜圖；接著利用主成分分析（PCA）從時頻譜圖中提取特征，將兩個不同角度雷達(dá)傳感器得到的特征融合在一起；最后利用支持向量機(jī)（SVM）進(jìn)行訓(xùn)練與分類識別?；趯?shí)際雷達(dá)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：兩個雷達(dá)傳感器觀測融合得到的分類精度優(yōu)于單個雷達(dá)傳感器的分類精度，最終識別準(zhǔn)確率較僅利用X波段雷達(dá)傳感器方法提升了5%以上。

隨著無人機(jī)技術(shù)和性能的進(jìn)一步提升，集群智能蜂群化將是未來無人機(jī)的一個發(fā)展方向。利用傳感器對同時對集群多類無人機(jī)進(jìn)行檢測分類識別，而這將會比“獨(dú)狼”更難對付。通過結(jié)合雷達(dá)、光學(xué)和電子監(jiān)視傳感器進(jìn)行融合檢測識別以及反制無人機(jī)，盡管在目前有足夠成熟的技術(shù)，但是如何將這些技術(shù)無縫整合并且創(chuàng)新性地應(yīng)用到無人機(jī)防御領(lǐng)域，值得深入思考與研究。