跨界 · 融合 · 服務(wù) · 創(chuàng)新
無人機(jī)系統(tǒng)，通常被稱為無人機(jī)，在世界各地得到廣泛應(yīng)用。無人機(jī)的積極應(yīng)用有可能拯救生命，提高安全性和效率，并促進(jìn)更有效的科學(xué)和工程研究。然而，由于越來越依賴計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)，面臨著無人機(jī)威脅，這將公共安全、國(guó)家安全和個(gè)人隱私置于危險(xiǎn)之中。為了促進(jìn)無人機(jī)操作的安全、可靠和隱私，迫切需要用于檢測(cè)、跟蹤、識(shí)別和緩解無人機(jī)的創(chuàng)新技術(shù)。反無人機(jī)系統(tǒng)是指能夠合法、安全地禁用、干擾或控制無人機(jī)或無人機(jī)系統(tǒng)的系統(tǒng)或設(shè)備。在過去幾年中，在探測(cè)和緩解無人機(jī)方面做出了重大研究努力：探測(cè)技術(shù)基于聲學(xué)、視覺、被動(dòng)射頻、雷達(dá)和數(shù)據(jù)融合;緩解技術(shù)包括物理捕獲或干擾。
一、無人機(jī)的威脅
基于無人機(jī)的威脅分為三類：公共安全、國(guó)家安全和個(gè)人隱私，如表一所示。基于無人機(jī)的公共安全威脅是由于在其他飛機(jī)附近，尤其是機(jī)場(chǎng)附近運(yùn)行無人機(jī)造成的;人群、公共活動(dòng)或擠滿人群的體育場(chǎng);基于無人機(jī)的國(guó)家安全威脅是由于無人機(jī)在指定的國(guó)家安全敏感設(shè)施上運(yùn)行，例如軍事基地、國(guó)家地標(biāo)和某些關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施;基于無人機(jī)的隱私威脅是由于當(dāng)指向私人住宅內(nèi)時(shí)，操作無人機(jī)搭載攝像機(jī)處于打開狀態(tài)。
二、無人機(jī)檢測(cè)技術(shù)
自2014年以來，已經(jīng)提出了五種無人機(jī)檢測(cè)技術(shù)，包括聲學(xué)、視覺、無源射頻、雷達(dá)和數(shù)據(jù)融合。
1.基于聲學(xué)的無人機(jī)檢測(cè)
基于聲學(xué)的無人機(jī)檢測(cè)利用聲學(xué)傳感器捕捉無人機(jī)的聲音，通過音頻識(shí)別和跟蹤無人機(jī)。部署在受限區(qū)域周圍的聲學(xué)傳感器陣列定期記錄音頻信號(hào)，并將音頻信號(hào)傳送到地面站。地面站提取音頻信號(hào)的特征，以確定無人機(jī)是否正在接近。
傳統(tǒng)上，在接收到無人機(jī)的音頻信號(hào)后，將對(duì)功率譜或頻譜進(jìn)行分析以識(shí)別無人機(jī)。采用線性預(yù)測(cè)編碼來區(qū)分無人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音，但性能取決于天氣條件。設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)時(shí)無人機(jī)聲音檢測(cè)和分析系統(tǒng)，可以從傳感器獲取實(shí)時(shí)聲音數(shù)據(jù)并識(shí)別無人機(jī)。應(yīng)用歐氏距離和尺度不變特征變換(SIFT)來區(qū)分無人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)聲音和背景聲音，并證明了它們的有效性，盡管噪聲的功率譜大于無人機(jī)聲音的功率譜。然而，在實(shí)踐中，它們的處理效率很低。
由于重量輕、成本低、易于組裝，聲學(xué)傳感器可用于構(gòu)建聲學(xué)采集陣列，并部署在目標(biāo)區(qū)域，以定位和跟蹤無人機(jī)的軌跡。提出了一種在無人機(jī)上部署聲傳感器陣列的方法。聲學(xué)傳感器陣列由24個(gè)定制麥克風(fēng)組成，這些麥克風(fēng)可以協(xié)同定位和跟蹤無人機(jī)。他們用到達(dá)時(shí)間延遲(TDOA)校準(zhǔn)每個(gè)傳感器，并用波束形成預(yù)測(cè)無人機(jī)的飛行路徑。他們可以很好地跟蹤飛行軌跡，但這種方法在大范圍空間中無法很好地工作，傳感器的精度嚴(yán)重依賴于校準(zhǔn)。兩個(gè)陣列由4個(gè)麥克風(fēng)傳感器組成，以提高無人機(jī)的定位能力。由于多徑效應(yīng)，他們提供了高斯先驗(yàn)概率密度函數(shù)來改進(jìn)時(shí)差估計(jì)。
它們的陣列可以有效地部署在特定區(qū)域，并在跟蹤無人機(jī)方面取得了良好的性能。然而，他們的系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)并不穩(wěn)定。先進(jìn)的聲學(xué)攝像頭被用來檢測(cè)和跟蹤無人機(jī)。具體來說，他們使用2到4個(gè)聲學(xué)攝像頭來捕捉聲音的強(qiáng)度分布，并融合強(qiáng)度分布來計(jì)算無人機(jī)在室內(nèi)和室外的位置。使用音頻輔助攝像機(jī)陣列檢測(cè)無人機(jī)，無人機(jī)同時(shí)捕獲視頻和音頻信號(hào)，并使用方向梯度直方圖(HOG)特征和Mel頻率倒譜系數(shù)(MFCC)特征對(duì)對(duì)象進(jìn)行分類。
與上述傳統(tǒng)方法不同，利用機(jī)器學(xué)習(xí)從音頻數(shù)據(jù)中對(duì)無人機(jī)進(jìn)行分類已經(jīng)做了大量的研究工作。采用支持向量機(jī)(SVM)對(duì)無人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的中期信號(hào)進(jìn)行分析，構(gòu)建無人機(jī)的信號(hào)指紋。他們的結(jié)果表明，在某些情況下，分類器能夠準(zhǔn)確區(qū)分無人機(jī)。提出了一種將無人機(jī)檢測(cè)問題轉(zhuǎn)化為二值分類問題的方法，并利用高斯混合模型(GMM)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)和遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN)對(duì)無人機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。他們的研究結(jié)果表明，這種方法可以在240ms內(nèi)處理短輸入信號(hào)。
目前基于聲學(xué)的無人機(jī)檢測(cè)技術(shù)能夠準(zhǔn)確地識(shí)別和定位無人機(jī)，以滿足無人機(jī)檢測(cè)的精度要求。然而，聲學(xué)方法的性質(zhì)限制了無人機(jī)的大規(guī)模部署和檢測(cè)。機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)為將聲學(xué)傳感集成到基于聲學(xué)的無人機(jī)檢測(cè)中提供了巨大的機(jī)會(huì)，以提高無人機(jī)檢測(cè)性能。
2.基于射頻的無源探測(cè)
無人機(jī)通常至少有一條射頻(RF)通信數(shù)據(jù)鏈路與其遙控器相連，以接收控制命令或傳送航空?qǐng)D像。在這種情況下，這種傳輸?shù)墓庾V模式被用作無人機(jī)檢測(cè)和定位的重要證據(jù)。圖1顯示了不同的無源射頻技術(shù)。在大多數(shù)情況下，軟件無線電(SDR)接收機(jī)用于攔截射頻信道。
圖1
為了利用無人機(jī)的頻譜模式，提出了一種無人機(jī)射頻信號(hào)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)檢測(cè)算法，該算法采用了三種信號(hào)特征：改進(jìn)的斜率、改進(jìn)的偏度和改進(jìn)的峰度。結(jié)果表明，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法在改進(jìn)信號(hào)頻譜的斜率、偏度和峰度方面優(yōu)于其他識(shí)別技術(shù)。
數(shù)據(jù)流量模式也是指定無人機(jī)的一個(gè)重要特性。提出了一種無人機(jī)檢測(cè)和識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用商用現(xiàn)貨硬件被動(dòng)監(jiān)聽無人機(jī)及其控制器之間的無線信號(hào)，以獲得數(shù)據(jù)包傳輸特性。主要提取了無人機(jī)的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度分布，并用三種無人機(jī)對(duì)原型系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)估。他實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了使用數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度在20秒內(nèi)識(shí)別不同無人機(jī)的可行性。越來越多的商用無人機(jī)使用WiFi作為控制和第一人稱視圖(FPV)視頻流協(xié)議，這是一種基于WiFi指紋的無人機(jī)檢測(cè)方法。該方法通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)流量來識(shí)別附近區(qū)域是否存在未經(jīng)授權(quán)的無人機(jī)。
基于數(shù)據(jù)流量的方法或純頻譜模式方法高度依賴于遙測(cè)協(xié)議或無人機(jī)的射頻前端。這些方法可能無法識(shí)別使用未知遙測(cè)協(xié)議運(yùn)行的無人機(jī)。因此，一些研究側(cè)重于利用飛行無人機(jī)的無線電信號(hào)的動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)模式來確定其存在。
定位也是無源射頻無人機(jī)檢測(cè)的重要組成部分。將無人機(jī)檢測(cè)的完整檢測(cè)過程分為射頻頻譜感知和波達(dá)方向(DoA)估計(jì)。這里介紹一個(gè)有用的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)使用基于商用現(xiàn)貨現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的SDR系統(tǒng)來檢測(cè)和定位小型無人機(jī)。結(jié)果表明，使用基于FPGA的商用SDR系統(tǒng)開發(fā)能夠檢測(cè)誤差為50-75m的小型無人機(jī)的無人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)是可能的。優(yōu)化時(shí)鐘同步的SDR系統(tǒng)將從根本上減少距離測(cè)量誤差。在無人機(jī)被動(dòng)射頻檢測(cè)中，如何在普適硬件上實(shí)現(xiàn)具有可接受精度的魯棒定位算法仍然是一個(gè)有待解決的問題。如何在地面站或其他無人機(jī)平臺(tái)上部署此類基于射頻的無源系統(tǒng)是無人機(jī)檢測(cè)中的另一個(gè)公開問題。
3.基于視覺的無人機(jī)檢測(cè)
基于視覺的無人機(jī)檢測(cè)技術(shù)主要集中在圖像處理上。視頻和攝像機(jī)被用來捕捉侵入的無人機(jī)的圖像。地面站通過視頻和圖片計(jì)算出無人機(jī)的外觀。傳統(tǒng)的方法主要依靠圖像分割的方法。圖像中無人機(jī)和環(huán)境的差異用于確定限制區(qū)域是否有無人機(jī)。
相比之下，最先進(jìn)的圖像分割方法利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接識(shí)別無人機(jī)的外觀。一種方法利用熱攝像頭檢測(cè)無人機(jī)，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別無人機(jī)。一種輕量級(jí)的快速算法，可以在嵌入式系統(tǒng)(Nvidia Jetson TX1)上運(yùn)行，并識(shí)別運(yùn)動(dòng)中的無人機(jī)。
設(shè)計(jì)一種基于視覺的無人機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于兩個(gè)視覺處理平臺(tái)：基于FPGA的平臺(tái)，可以在10瓦以下工作(即節(jié)能)，基于圖形處理單元(GPU)的平臺(tái)，可以處理更多的幀。然而，對(duì)于FPGA來說，不可能實(shí)時(shí)更改算法。通過比較不同卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在檢測(cè)無人機(jī)方面的性能，結(jié)果表明，具有更快R-CNN的視覺幾何組(VGG 16)網(wǎng)絡(luò)取得了優(yōu)異的性能。因此提出了一種將不同的圖片組合起來生成合成圖像的方法，以擴(kuò)展圖像數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而提高無人機(jī)檢測(cè)的性能。
鳥類是降低圖像中無人機(jī)識(shí)別能力的一個(gè)重要因素。為了使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來增強(qiáng)無人機(jī)的識(shí)別，人們進(jìn)行了大量的研究工作。調(diào)查得出結(jié)論，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在識(shí)別無人機(jī)和鳥類方面很有前景。它比較了使用視頻和圖片數(shù)據(jù)集識(shí)別鳥類和無人機(jī)的基于政策的方法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法。結(jié)果表明，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法在準(zhǔn)確性和效率方面可以超過基于策略的方法100倍。因此提出了一種無人機(jī)檢測(cè)框架，該框架基于視頻流，并使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將目標(biāo)分類為不同類型。這項(xiàng)工作主要集中在區(qū)分不同場(chǎng)景中的鳥類和無人機(jī)。
與此同時(shí)，一些人嘗試使用紅外攝像機(jī)來識(shí)別無人機(jī)。紅外傳感器用于檢測(cè)熱量中無人機(jī)的微小變化，以識(shí)別無人機(jī)。這種方法的缺點(diǎn)是電池產(chǎn)生的熱量對(duì)結(jié)果檢測(cè)有顯著影響。與其他對(duì)圖像幀進(jìn)行分類的研究不同，動(dòng)態(tài)視覺傳感器用于捕獲螺旋槳的旋轉(zhuǎn)頻率，以有效區(qū)分無人機(jī)和鳥類。
無人機(jī)的移動(dòng)性對(duì)基于視覺的方法提出了挑戰(zhàn)，即圖像應(yīng)該在無人機(jī)的不同移動(dòng)性水平上被捕獲和識(shí)別。仿生機(jī)器人的檢測(cè)精度有限，存在誤識(shí)別無人機(jī)和鳥類的風(fēng)險(xiǎn)。提高識(shí)別精度可以大大提高無人機(jī)的檢測(cè)和防御效率。
4.基于雷達(dá)的無人機(jī)探測(cè)
與其他傳感器相比，雷達(dá)在探測(cè)空中目標(biāo)方面具有日夜操作能力、天氣獨(dú)立性以及同時(shí)測(cè)量距離和速度的能力。然而，常規(guī)雷達(dá)系統(tǒng)主要用于打擊雷達(dá)截面積(RCS)大于1平方米的中大型空中目標(biāo)，這使得小型低速無人機(jī)不可行。由于速度較慢，很難檢測(cè)到無人機(jī)。因此，需要努力開發(fā)新的雷達(dá)模型或提高常規(guī)系統(tǒng)的探測(cè)分辨率。在本節(jié)中，我們將討論三類基于雷達(dá)的無人機(jī)檢測(cè)技術(shù)：主動(dòng)檢測(cè)、被動(dòng)檢測(cè)和后驗(yàn)信號(hào)處理。
4.1主動(dòng)檢測(cè)通常，有兩種方法可以提高用于無人機(jī)監(jiān)視的常規(guī)雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)的分辨率：利用高頻載波和使用多輸入多輸出(MIMO)波束形成無線電前端。
為了利用更短的波長(zhǎng)，X波段和W波段調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)被設(shè)計(jì)用于無人機(jī)探測(cè)。他們的解決方案使用雙基地天線，最終將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)用于后處理的正交流。
噪聲雷達(dá)被認(rèn)為是檢測(cè)慢速無人機(jī)的一種有效方法，其優(yōu)點(diǎn)是可以通過使用簡(jiǎn)單的天線組件和較低的載波頻率來檢測(cè)無人機(jī)。使用隨機(jī)序列雷達(dá)進(jìn)行無人機(jī)檢測(cè)的可行性在X波段得到了證明，其結(jié)果表明，這種雷達(dá)可以成為未來高成本高效的無人機(jī)檢測(cè)解決方案。
計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步使另一種雷達(dá)成為可能，即基于SDR的多模雷達(dá)。這種雷達(dá)體積小，可配置性強(qiáng)。然而，SDR的運(yùn)行性能在很大程度上依賴于后端處理器。兩種不同的FMCW雷達(dá)實(shí)現(xiàn)和一種連續(xù)波噪聲雷達(dá)實(shí)現(xiàn)，以測(cè)試其用于無人機(jī)檢測(cè)的可行性。研究結(jié)果表明，模擬實(shí)現(xiàn)具有更高的更新率和信噪比(SNR)。
主動(dòng)雷達(dá)的明顯缺點(diǎn)是，它們需要特殊設(shè)計(jì)的發(fā)射機(jī)，這些發(fā)射機(jī)可能不容易部署，并且容易受到反輻射攻擊。
4.2被動(dòng)探測(cè)無源雷達(dá)不需要特殊設(shè)計(jì)的發(fā)射機(jī)。在本小節(jié)中，我們將無源雷達(dá)分為兩類：?jiǎn)握緹o源雷達(dá)和分布式合成無源雷達(dá)。
4.2.1單站無源雷達(dá)這種被動(dòng)雷達(dá)只利用一個(gè)照明源?？梢苑治鼋邮招盘?hào)的變化，以確定無人機(jī)的外觀。一種基于WiFi的無源雷達(dá)，用于小型飛機(jī)的檢測(cè)和二維定位。顯然，這是主動(dòng)雷達(dá)最直接的適應(yīng)。
4.2.2分布式合成無源雷達(dá)利用現(xiàn)有的電信基礎(chǔ)設(shè)施作為照明源，增強(qiáng)無人機(jī)的探測(cè)能力。主要有兩種方法：基于蜂窩系統(tǒng)的解決方案和基于數(shù)字視頻廣播(DVB)系統(tǒng)的解決方案。
4.2.2.1基于蜂窩系統(tǒng)的無源雷達(dá)一種增強(qiáng)探測(cè)系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)可以通過使用反射式全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)信號(hào)來定位和跟蹤無人機(jī)。一種從無人機(jī)接收3G蜂窩反射信號(hào)用于跟蹤無人機(jī)的方法。利用3G蜂窩信號(hào)的多普勒特征來監(jiān)控目標(biāo)區(qū)域，并跟蹤無人機(jī)的軌跡。
4.2.2.2基于數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)的無源雷達(dá)無處不在的數(shù)字電視信號(hào)被視為無源無人機(jī)探測(cè)雷達(dá)的有效照明源。與主動(dòng)雷達(dá)方法類似可以使用微多普勒效應(yīng)。無人機(jī)分類測(cè)試是通過螺旋槳驅(qū)動(dòng)的微多普勒信號(hào)和機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)表明，塑料螺旋槳的微多普勒信號(hào)遠(yuǎn)不如碳纖維螺旋槳可見。
無源雷達(dá)的一個(gè)明顯缺點(diǎn)是需要大量的后處理工作或多個(gè)接收機(jī)才能達(dá)到可接受的檢測(cè)精度。
4.3后向信號(hào)處理在無人機(jī)檢測(cè)中，需要努力從射頻前端的噪聲輸出中獲得目標(biāo)的微弱稀疏反射信號(hào)。該領(lǐng)域的研究可分為兩類：傳統(tǒng)的基于信號(hào)特征的檢測(cè)和基于學(xué)習(xí)的模式識(shí)別。
4.3.1基于信號(hào)特征的檢測(cè)無人機(jī)螺旋槳的微多普勒效應(yīng)被證明是無人機(jī)探測(cè)的一個(gè)有用特征。實(shí)驗(yàn)證明，這種特征可以用來區(qū)分無人機(jī)和其他飛行物體?；蛘?，一種基于hough變換的方法來提高檢測(cè)和跟蹤性能。該方法利用線性分布的微多普勒特征，能夠同時(shí)檢測(cè)和識(shí)別無人機(jī)。又或者，由飛行無人機(jī)引起的微多普勒效應(yīng)也可用于檢測(cè)多個(gè)無人機(jī)，其中時(shí)間-頻率頻譜圖被轉(zhuǎn)換為節(jié)奏速度圖(CVD)。然后從CVD中提取步頻頻譜(CFS)，作為每個(gè)班級(jí)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。K-means分類器用于基于CFS識(shí)別多個(gè)微UAS的組件。真實(shí)雷達(dá)數(shù)據(jù)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些方法能夠處理多個(gè)無人機(jī)，并具有令人滿意的分類精度。
4.3.2基于學(xué)習(xí)的模式識(shí)別基于學(xué)習(xí)的模式識(shí)別方法能夠?qū)Ω鞣N類型的對(duì)象進(jìn)行分類。這項(xiàng)研究展示了一個(gè)無人機(jī)航跡與非無人機(jī)航跡的分類實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)基于鳥、飛機(jī)和模擬無人機(jī)航跡的混合，主要基于航跡的統(tǒng)計(jì)特征，并產(chǎn)生了較高的準(zhǔn)確率。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)來自動(dòng)化傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)的特征工程過程。無人機(jī)檢測(cè)由CNN進(jìn)行，CNN以高分類精度學(xué)習(xí)多普勒頻譜圖2D分布中的特征。深度信念網(wǎng)絡(luò)(DBN)被用于描述生成的譜相關(guān)函數(shù)(SCF)模式所體現(xiàn)的特征，以自動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別不同類型的無人機(jī)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠有效地對(duì)微小無人機(jī)進(jìn)行檢測(cè)和分類。基于學(xué)習(xí)的模式識(shí)別方法的好處是，此類系統(tǒng)可編程且可訓(xùn)練以適應(yīng)各種場(chǎng)景。
基于雷達(dá)的無人機(jī)檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)比目前其他傳感器更好的檢測(cè)性能。天線和信號(hào)處理器一直被認(rèn)為是昂貴的實(shí)現(xiàn)選擇。雖然基于雷達(dá)的方法可以實(shí)現(xiàn)更好的無人機(jī)檢測(cè)性能(長(zhǎng)距離和短距離)，但它們?cè)诓渴?、校?zhǔn)和維護(hù)方面的成本很高?；诶走_(dá)的方法的操作要求技術(shù)人員具備雷達(dá)操作的相關(guān)背景，這對(duì)大規(guī)模的普遍性構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。人們希望雷達(dá)元件重量輕、節(jié)能、價(jià)格合理、易于組裝，并且易于部署和維護(hù)。基于機(jī)器學(xué)習(xí)的后驗(yàn)信號(hào)處理算法在提高無人機(jī)檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性方面顯示出巨大的潛力。便攜式信號(hào)處理算法降低開銷的改進(jìn)能力可以擴(kuò)展基于雷達(dá)的無人機(jī)檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)。
5.基于數(shù)據(jù)融合的無人機(jī)檢測(cè)
數(shù)據(jù)融合是整合多個(gè)數(shù)據(jù)源以產(chǎn)生比任何單個(gè)數(shù)據(jù)源提供的信息更一致、更準(zhǔn)確、更有用的信息的過程，它有可能生成比原始輸入信息更豐富、更綜合的融合數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)融合方法可以利用每種方法的優(yōu)勢(shì)，獲得比單一方法更穩(wěn)健、準(zhǔn)確和高效的組合結(jié)果。對(duì)于無人機(jī)檢測(cè)，數(shù)據(jù)融合可以用來提高無人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的性能，以克服單一方法在某些特定場(chǎng)景中存在的缺點(diǎn)。
三、緩解措施
探測(cè)和緩解技術(shù)還不成熟。對(duì)無人機(jī)緩解的研究非常有限。國(guó)外開發(fā)了無人機(jī)防御系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。在該體系結(jié)構(gòu)中，他們規(guī)定了有效交戰(zhàn)范圍，包括初始目標(biāo)范圍、探測(cè)范圍和對(duì)響應(yīng)起主導(dǎo)作用的中和范圍。他們的報(bào)告顯示，當(dāng)射程超過4000英尺時(shí)，基于硬件的反應(yīng)和中和可以有效地進(jìn)行。
根據(jù)架構(gòu)，這些方法可分為三大類，第一個(gè)是物理捕獲，重點(diǎn)是用物理方法捕獲無人機(jī)。第二種方法是利用噪聲發(fā)生器干擾系統(tǒng)或傳感器，從而使無人機(jī)控制器無法操作無人機(jī)。第三種是利用系統(tǒng)或傳感器的漏洞獲得控制優(yōu)先級(jí)。
1.物理捕獲
1.1漁網(wǎng)捕獲
網(wǎng)絡(luò)捕獲是一種消除無人機(jī)的物理方法。防御者使用槍支或某些特定武器來觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)以捕獲無人機(jī)。1.2定向電磁脈沖電磁脈沖主要用于打擊車內(nèi)的非法電子設(shè)施，這些設(shè)施可能會(huì)重新啟動(dòng)或禁用控制系統(tǒng)的操作。
2.干擾
干擾是壓制進(jìn)入限制區(qū)的無人機(jī)最常用的方法。防御者利用噪聲信號(hào)干擾無人機(jī)傳感器或系統(tǒng)的工作，以進(jìn)行中和。一種利用無人機(jī)團(tuán)隊(duì)形成防空雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)的方法，該網(wǎng)絡(luò)可以干擾目標(biāo)的傳感器。該方法可以檢測(cè)并否定未經(jīng)驗(yàn)證的無人機(jī)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，它們可以跟蹤和干擾DJI制作的模型，以離開限制區(qū)域，并證明在一個(gè)團(tuán)隊(duì)中，N個(gè)無人機(jī)最多可以否定N×(N)?1) 目標(biāo)。利用直接航跡欺騙和融合，入侵導(dǎo)航系統(tǒng)和軌跡控制系統(tǒng)的控制優(yōu)先級(jí)?；贕PS欺騙干擾理論，利用軌道欺騙引導(dǎo)未經(jīng)驗(yàn)證的無人機(jī)從限制區(qū)飛出。結(jié)果表明，直接航跡和融合航跡都能使無人機(jī)偏離限制區(qū)域。一種使用SDR實(shí)現(xiàn)協(xié)議感知無人機(jī)干擾系統(tǒng)的方法。使用SDR實(shí)現(xiàn)遙控器的信號(hào)，并通過分析識(shí)別通信協(xié)議。SDR生成命令，控制UAS飛離限制區(qū)。比較三種不同的方法(音調(diào)、掃描和協(xié)議感知)，以評(píng)估其方法的性能，這表明協(xié)議感知比音調(diào)和掃描干擾更有效。?音調(diào)：?jiǎn)蝹€(gè)通道中心的窄帶信號(hào)。?掃頻：線性掃過整個(gè)2.4 GHz ISM頻段。?協(xié)議感知：模仿雙葉先進(jìn)擴(kuò)頻技術(shù)(FASST)和先進(jìn)連續(xù)信道轉(zhuǎn)移技術(shù)(ACCST)的信號(hào)。干擾方法可以提供友好的零傷害方案，以壓制進(jìn)入限制區(qū)域的無人機(jī)。干擾方法可以在不同層面(從硬件到軟件)對(duì)無人機(jī)提供中和效果。這種干擾可以大規(guī)模部署并長(zhǎng)期有效。然而，當(dāng)前的干擾無法產(chǎn)生防守者可以控制的方向性效果。干擾的效果是全方位的，可能會(huì)影響限制區(qū)域內(nèi)的設(shè)備，并消耗能量。當(dāng)無人機(jī)收到足夠的干擾信號(hào)時(shí)，干擾需要很長(zhǎng)時(shí)間才能生效。在未來，干擾應(yīng)該是可控的、定向的和快速反應(yīng)的。
3.脆弱性
利用無人機(jī)漏洞的方法主要有三種。大多數(shù)漏洞利用工作集中在使用傳感器和通信協(xié)議的GPS控制上。防御者利用欺騙手段對(duì)GPS進(jìn)行定位，并使用傳感器進(jìn)行控制，利用傳感器和通信協(xié)議進(jìn)行修改和入侵控制。
3.1基于KF的傳感器融合最大錯(cuò)誤數(shù)據(jù)注入：修改GPS和氣壓計(jì)測(cè)量的計(jì)算功能。
3.2基于精確傳感器噪聲模型的高度估計(jì)3.2.1阻止GPS：禁用GPS讀數(shù)。3.2.2修改氣壓計(jì)讀數(shù)：操縱氣壓計(jì)并注入壞數(shù)據(jù)。
3.3一階低通濾波器注入氣壓計(jì)讀數(shù)并影響估計(jì)精度。
對(duì)于探測(cè)技術(shù)的部署，部署在很大程度上決定了每種方法的能力。根據(jù)傳感器的性質(zhì)，在地面站、無人機(jī)或載人飛機(jī)上的部署是不同的。聲傳感器對(duì)聲音敏感，需要環(huán)境噪聲保持穩(wěn)定和安靜。這意味著聲學(xué)傳感器不適用于移動(dòng)平臺(tái)?；跓o源射頻的檢測(cè)對(duì)天線之間的距離有特定的要求，這對(duì)于獲得精確的無源射頻信號(hào)檢測(cè)結(jié)果至關(guān)重要。無源射頻探測(cè)需要平臺(tái)具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，僅適用于地面站和載人飛機(jī)。現(xiàn)有的無人機(jī)無法提供合適的計(jì)算和電源。
基于視覺的探測(cè)可以部署在地面站、無人機(jī)和載人飛機(jī)上。視覺檢測(cè)的關(guān)鍵傳感器主要是攝像機(jī)。同時(shí)，一些重量輕、能耗低的攝像頭適合部署基于視覺的檢測(cè)。目前基于雷達(dá)的檢測(cè)存在重量大的缺點(diǎn)，這對(duì)移動(dòng)無人機(jī)平臺(tái)是一個(gè)挑戰(zhàn)。無人機(jī)的有效載荷和電源有限，不能滿足雷達(dá)的要求。部署基于雷達(dá)的無人機(jī)探測(cè)的大多數(shù)情況是地面站和載人飛機(jī)。最奇特的方法是基于數(shù)據(jù)融合的檢測(cè)，它只受計(jì)算能力的限制。同時(shí)，基于數(shù)據(jù)融合的檢測(cè)方法主要在地面站和載人飛機(jī)上實(shí)施。除此之外，不同平臺(tái)的組合在提高大型房產(chǎn)的檢測(cè)能力方面也有很大的潛力。在地面站、無人機(jī)和載人飛機(jī)上的不同部署可以實(shí)現(xiàn)對(duì)惡意無人機(jī)的可擴(kuò)展檢測(cè)。
四、無人機(jī)探測(cè)和緩解面臨的挑戰(zhàn)
雷達(dá)探測(cè)和數(shù)據(jù)融合方法被認(rèn)為是未來無人機(jī)檢測(cè)的最有前途的趨勢(shì)，另一方面，物理捕獲被認(rèn)為是消除不受歡迎的無人機(jī)最實(shí)用、最可靠的方法。黑客和欺騙已經(jīng)成為一種很有前途的否定解決方案，具有低占用空間和低附帶損害。然而，要開發(fā)成熟的、可擴(kuò)展的、模塊化的、價(jià)格合理的無人機(jī)檢測(cè)和否定方法，還有很多挑戰(zhàn)需要解決。
1.無人機(jī)檢測(cè)技術(shù)比較
2.無人機(jī)緩解技術(shù)的比較
五、未來趨勢(shì)
1.技術(shù)進(jìn)步
如上所述，簡(jiǎn)單的檢測(cè)方法無法獲得成功檢測(cè)惡意無人機(jī)的可靠率。一方面，每種簡(jiǎn)單的方法都有其缺點(diǎn)，因此簡(jiǎn)單的檢測(cè)傳感器無法在多變的環(huán)境中滿足所有的檢測(cè)要求;另一方面，采用不同材料和配置設(shè)計(jì)的無人機(jī)也給簡(jiǎn)單的探測(cè)傳感器帶來了巨大的挑戰(zhàn)。未來的無人機(jī)檢測(cè)方法將更加成熟、實(shí)用和高效。檢測(cè)方案需要多個(gè)傳感器組合，并與地面數(shù)據(jù)和空中數(shù)據(jù)協(xié)同融合。
探測(cè)和采集空間類型的多樣性和數(shù)據(jù)量可能是一個(gè)有待改進(jìn)的趨勢(shì)。與檢測(cè)方案類似，簡(jiǎn)單的否定方法也不能滿足否定要求，尤其是對(duì)抗措施不能損害飛行員的財(cái)產(chǎn)。未來的否定計(jì)劃應(yīng)側(cè)重于引導(dǎo)入侵的無人機(jī)飛離敏感區(qū)域，并且不損害飛行員的財(cái)產(chǎn)。當(dāng)然，不同的對(duì)策在協(xié)同實(shí)施時(shí)有望獲得更好的性能。這意味著，如何構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一、系統(tǒng)的無人機(jī)安全防御框架也是以下階段的一個(gè)挑戰(zhàn)。此外，無人機(jī)安全防御系統(tǒng)包括檢測(cè)和否定兩部分，因此如何在一個(gè)協(xié)作統(tǒng)一的框架內(nèi)平衡這兩部分也是一個(gè)研究熱點(diǎn)
2.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
大多數(shù)安全問題都是由于人們誤操作造成的。詳細(xì)的操作和管理政策有助于人們避免錯(cuò)誤，減輕維護(hù)者的負(fù)擔(dān)。這些政策不僅是對(duì)試點(diǎn)的指導(dǎo)，也是對(duì)行業(yè)的規(guī)范。
2.1行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)需要市場(chǎng)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)限制市場(chǎng)上的無人機(jī)在物理層面上可控和識(shí)別。一旦無人機(jī)在限制區(qū)域內(nèi)發(fā)出指令，防御者就可以通過物理層訪問系統(tǒng)，遠(yuǎn)程驅(qū)趕或阻止無人機(jī)。
2.2飛行員的基本培訓(xùn)需要包括安全操作和安全知識(shí)。無人機(jī)操作培訓(xùn)和認(rèn)證規(guī)范可以幫助飛行員避免基本錯(cuò)誤。
除娛樂用途外，無人機(jī)系統(tǒng)在世界各地用于支持消防和搜索救援行動(dòng)，監(jiān)測(cè)和評(píng)估關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，通過將緊急醫(yī)療物資運(yùn)送到偏遠(yuǎn)地區(qū)提供救災(zāi)，并幫助我們努力確保邊境安全。然而，無人機(jī)也可用于恐怖分子、犯罪組織和有特定目標(biāo)的單獨(dú)行為者的惡意計(jì)劃。為了促進(jìn)無人機(jī)操作的安全性、保密性和隱私性，迫切需要檢測(cè)和緩解無人機(jī)的創(chuàng)新技術(shù)。
來源于無人機(jī)反制
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