DETAILED INTRODUCTION
詳細介(jie)紹 —
隨著近年來(lai)無人(ren)機(ji)產業快速(su)發展,各種(zhong)各樣的遙控飛機(ji)、直升機(ji)、多旋翼(yi)飛行器越來(lai)越容易獲得。然而(er),無人(ren)機(ji)的日(ri)益(yi)增多引發了一些安全擔憂,如對空中交(jiao)通管理(li)的潛在威脅,以及濫用(yong)于犯罪行為甚至恐怖襲擊等,其潛在的危險日(ri)益(yi)引起各國政府的關注,并(bing)推(tui)動了反無人(ren)機(ji)技術(shu)和系(xi)統的迅速(su)開發。
由于雷(lei)達具有全天候(hou)全天時工(gong)作(zuo)的(de)(de)能力,基于雷(lei)達微多普(pu)(pu)勒(le)(le)效應(ying)的(de)(de)無人機(ji)檢測(ce)與識別是(shi)一個重要(yao)的(de)(de)研究方向。所謂“微多普(pu)(pu)勒(le)(le)效應(ying)”,指(zhi)的(de)(de)是(shi)雷(lei)達目標在進(jin)行(xing)平動的(de)(de)同時,其整(zheng)體(ti)或(huo)部件(jian)伴隨有振動、旋(xuan)轉、搖(yao)擺或(huo)其他(ta)形(xing)式的(de)(de)微運動,使得雷(lei)達回波在平動多普(pu)(pu)勒(le)(le)頻率(lv)之外還(huan)包含附加的(de)(de)時變頻率(lv)調制(zhi)的(de)(de)物理現象。
微(wei)多普勒(le)特(te)征是目(mu)標內部(bu)(bu)部(bu)(bu)件精細(xi)運動(dong)在(zai)雷達(da)回波中的反映,通過提(ti)取(qu)無(wu)(wu)人(ren)機(ji)(ji)的微(wei)多普勒(le)信號(hao)特(te)征可(ke)以(yi)實現對無(wu)(wu)人(ren)機(ji)(ji)的分(fen)類識別。為(wei)了進一(yi)步提(ti)高無(wu)(wu)人(ren)機(ji)(ji)的識別魯(lu)棒性,可(ke)以(yi)采用多角度或者多站點的雷達(da)傳感器對無(wu)(wu)人(ren)機(ji)(ji)進行觀(guan)測,從而進行多雷達(da)傳感器的融(rong)合特(te)征與識別。
為提(ti)高無(wu)人機識別的(de)(de)(de)準確率(lv),清(qing)華大學李剛教授和北(bei)京(jing)環(huan)境特性研(yan)究所殷紅成研(yan)究員的(de)(de)(de)團隊研(yan)究了基于多角度(du)雷達傳(chuan)感器觀(guan)(guan)測(ce)和微動(dong)特征的(de)(de)(de)無(wu)人機分類(lei)方法。基于實測(ce)數(shu)據的(de)(de)(de)實驗結果表明,該方法對三(san)種典型無(wu)人機(四翼機,直升機,六翼機)的(de)(de)(de)分類(lei)效果良好,多角度(du)雷達傳(chuan)感器觀(guan)(guan)測(ce)融合得到(dao)的(de)(de)(de)分類(lei)精度(du)優(you)于單角度(du)雷達傳(chuan)感器。
首先利用多部雷(lei)達(da)(da)同時(shi)從(cong)不同角度(du)觀測目標;然后對采集的(de)(de)雷(lei)達(da)(da)數據(ju)分(fen)(fen)別(bie)(bie)進行(xing)短時(shi)傅里葉變換(STFT),得到(dao)時(shi)頻(pin)譜(pu)圖;接著(zhu)利用主成分(fen)(fen)分(fen)(fen)析(PCA)從(cong)時(shi)頻(pin)譜(pu)圖中提(ti)取特征,將兩(liang)個(ge)不同角度(du)雷(lei)達(da)(da)傳感(gan)器得到(dao)的(de)(de)特征融合在一起(qi);最后利用支持向量(liang)機(SVM)進行(xing)訓練與分(fen)(fen)類(lei)(lei)(lei)識(shi)別(bie)(bie)。基于實(shi)際雷(lei)達(da)(da)數據(ju)的(de)(de)實(shi)驗結果表(biao)明:兩(liang)個(ge)雷(lei)達(da)(da)傳感(gan)器觀測融合得到(dao)的(de)(de)分(fen)(fen)類(lei)(lei)(lei)精度(du)優于單(dan)個(ge)雷(lei)達(da)(da)傳感(gan)器的(de)(de)分(fen)(fen)類(lei)(lei)(lei)精度(du),最終(zhong)識(shi)別(bie)(bie)準(zhun)確率較僅(jin)利用X波段雷(lei)達(da)(da)傳感(gan)器方法(fa)提(ti)升了5%以(yi)上。
隨著無人機(ji)技術(shu)和性(xing)(xing)能(neng)的(de)進一步提升(sheng),集群智能(neng)蜂群化將(jiang)是未來無人機(ji)的(de)一個(ge)發(fa)展方向。利用傳感(gan)器(qi)對同時對集群多類(lei)無人機(ji)進行檢測分類(lei)識別,而這將(jiang)會比“獨狼”更(geng)難(nan)對付(fu)。通(tong)過結合雷達、光學和電子監視傳感(gan)器(qi)進行融合檢測識別以(yi)及(ji)反制無人機(ji),盡管在(zai)目前有足夠(gou)成熟的(de)技術(shu),但是如何將(jiang)這些技術(shu)無縫整合并且創新性(xing)(xing)地(di)應用到無人機(ji)防(fang)御領域(yu),值得(de)深入思考與研究(jiu)。
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