当前,多旋翼无人机在公共安全、医疗救援、气象监视、影视拍摄、航空遥感以及赛事直播等领域都扮演着重要的角色。然而与此同时,多旋翼无人机的大量应用却引起了一定的安全隐患,不仅对低空航道和个人隐私造成严重威胁,甚至还有可能会被犯罪分子操纵对重要公共设施进行破坏。因此,多旋翼无人机探测技术研究具有重要的理论意义和实用价值。由于具有全天候全天时的侦测能力,雷达是多旋翼无人机探测的重要手段。其中,外辐射源雷达由于其自身并不发射电磁波,仅利用空间中已有的电磁信号进行目标探测,更加适合于城市环境下针对多旋翼无人机这种“低、小、慢”目标的探测需求。外辐射源雷达历经八十余年的技术积淀,目前已经发展至第二代相参检测的数字外辐射源雷达,并且正在朝着第三代知识辅助的数字外辐射源雷达逐步演进。在城市环境下的诸多外辐射源信号中,归因于4G基站的大规模布局建设,OFDM多载波调制的宽频带信号结构特点,以及面向未来5G移动通信的良好兼容性,LTE信号被认为是当前民用外辐射源中的优选信号。因此,本文致力于开展LTE外辐射源信号探测多旋翼无人机的技术研究,主要包括以下四个方面:一、研究了LTE外辐射源信号照射下的多旋翼无人机雷达目标特性及其回波信号模型。(1)利用CST电磁仿真软件计算得到大疆创新“精灵3”四旋翼无人机去除和保留旋翼两种情况下的静态双基地RCS特性,得出结论:(a)与具体的方位角与俯仰角有关,多旋翼无人机的双基地RCS数值基本处于-60～-15dBsm之间,且呈现出比较明显的对称性;(b)旋翼部分对于多旋翼无人机雷达散射特性的贡献微弱,可以忽略不计。(2)探究了多旋翼无人机在变化风速作用下飞行速度扰动的动态运动特性,得出结论:快速变化的阵风是造成多普勒频率时变扰动的主要影响因素,而风切变和紊流均为次要影响因素。(3)基于指数衰减震荡模型建立了多旋翼无人机在变化阵风作用下的多普勒频率时变模型,进而建立多旋翼无人机回波信号模型。二、研究了利用LTE外辐射源信号进行多旋翼无人机探测的可行性及其改善方法。(1)分析了LTE外辐射源信号的探测范围,得出结论:在10ms相干积累时间的条件下,大约能够探测半径800米内的多旋翼无人机。(2)分析了LTE外辐射源信号的分辨能力,得出结论:LTE信号的距离和速度分辨能力都是当前民用外辐射源信号中最优的,可以作为做外辐射源信号来探测多旋翼无人机。(3)推导并且比较了以OFDM和FBMC为代表的多载波调制信号的模糊函数形式,并且针对OFDM模糊函数多普勒域的旁瓣衰减现象,提出一种基于FBMC原型滤波器加窗的改善方案。仿真结果表明,所提方案能够在较小展宽多普勒主瓣的前提下,有效消除旁瓣衰减。三、研究了不同信噪比条件下LTE参考信号的重构方法。(1)在高信噪比条件下,按照“先盲信道估计、再解调、进而重构”的思路,将Lloyd-Max算法首次应用于OFDM参考信号重构中,提出一种基于子载波相关性多级Lloyd-Max(SCML-LM)算法的OFDM重构算法。仿真结果表明:(a)SC-ML-LM算法的盲信道估计误差取决于子载波间隔的选取,其中当子载波间隔为0时,最小均方误差性能趋近于盲信道估计的最小二乘下界。(b)SC-ML-LM算法的误比特率性能与子载波间隔的选取关系不大,其中当子载波间隔都小于5时,信噪比为30dB条件下的误比特率大致接近于0.002,表明OFDM参考信号重构精度良好。因此,SC-ML-LM算法是外辐射源雷达系统中OFDM参考信号重构的适用方案。(2)在低信噪比条件下,由于此时盲信道估计性能的不可靠性,无法恢复出准确的数据信息。转而面向导频信号,提出一种导频信号辅助的LTE参考信号重构算法,以一定信噪比损失为代价重构出仅含有导频信号的LTE参考信号。仿真结果表明:当信噪比小于约-11dB时,导频辅助的LTE参考信号重构算法的检测性能要优于传统的含噪参考信号方案。因此,所提算法能够在低信噪比条件下完成LTE参考信号重构。四、研究了多径杂波抑制和多旋翼无人机回波信号检测方法。(1)分析了载波域扩展相消算法(ECA-C)算法在参考信号存在重构误差情况下的杂波抑制性能,得出结论:参考信号重构误差不会影响目标回波,仅会导致残留杂波;以“信道估计”的全新视角重新审视了经典的ECA-C算法,提出一种基于OFDM子载波相关性的低复杂度ECA-C(SC-ECA-C)算法,仿真结果表明:当子载波间隔为1时,SC-ECA-C算法能够在不损失杂波抑制性能的前提下有效降低ECA-C算法的计算复杂度。(2)基于“参数估计与目标检测一体化”的思想,根据多旋翼无人机在变化阵风作用下的速度扰动特性,分别建立多旋翼无人机在有风和无风两种情况下多普勒频率的状态转移模型,然后提出一种基于交互多模卡尔曼滤波的多普勒频率估计算法,仿真结果表明:在0dB的信噪比条件下,所提算法能够在进行多普勒频率估计的同时,实现多旋翼无人机回波信号检测。