隨著近年來(lái)無(wú)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(lái)越容易獲得。然而,無(wú)人機(jī)的日益增多引發(fā)了一些安全擔(dān)憂,如對(duì)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(xiǎn)日益引起各國(guó)政府的關(guān)注,并推動(dòng)了反無(wú)人機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)的迅速開(kāi)發(fā)。
由于雷達(dá)具有全天候全天時(shí)工作的能力,基于雷達(dá)微多普勒效應(yīng)的無(wú)人機(jī)檢測(cè)與識(shí)別是一個(gè)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(dòng)的同時(shí),其整體或部件伴隨有振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、搖擺或其他形式的微運(yùn)動(dòng),使得雷達(dá)回波在平動(dòng)多普勒頻率之外還包含附加的時(shí)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(dòng)在雷達(dá)回波中的反映,通過(guò)提取無(wú)人機(jī)的微多普勒信號(hào)特征可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的分類識(shí)別。為了進(jìn)一步提高無(wú)人機(jī)的識(shí)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(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行觀測(cè),從而進(jìn)行多雷達(dá)傳感器的融合特征與識(shí)別。
為提高無(wú)人機(jī)識(shí)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(duì)研究了基于多角度雷達(dá)傳感器觀測(cè)和微動(dòng)特征的無(wú)人機(jī)分類方法?;趯?shí)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法對(duì)三種典型無(wú)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(cè)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(shí)從不同角度觀測(cè)目標(biāo);然后對(duì)采集的雷達(dá)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換(STFT),得到時(shí)頻譜圖;接著利用主成分分析(PCA)從時(shí)頻譜圖中提取特征,將兩個(gè)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(shí)別。基于實(shí)際雷達(dá)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:兩個(gè)雷達(dá)傳感器觀測(cè)融合得到的分類精度優(yōu)于單個(gè)雷達(dá)傳感器的分類精度,最終識(shí)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(wú)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(lái)無(wú)人機(jī)的一個(gè)發(fā)展方向。利用傳感器對(duì)同時(shí)對(duì)集群多類無(wú)人機(jī)進(jìn)行檢測(cè)分類識(shí)別,而這將會(huì)比“獨(dú)狼”更難對(duì)付。通過(guò)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(cè)識(shí)別以及反制無(wú)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(wú)縫整合并且創(chuàng)新性地應(yīng)用到無(wú)人機(jī)防御領(lǐng)域,值得深入思考與研究。
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無(wú)人機(jī)
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