本发明的一种时空注意力机制的无人机弱小目标探测方法，其包括：步骤S1：基于空间注意力的级联传递和多尺度融合目标特征提取；步骤S2：基于时间注意力的图像特征序列输入；结合目标在持续探测过程中的空间位置和姿态特征的时间连续性，使用一段连续的特征序列作为输入，并将其输入到一个由时序网络搭建的时间注意力结构对目标信息进行增强；步骤S3：基于时空注意力的决策输出；根据时空注意力结构提取的图像特征，输出目标位置和类别置信度。本发明具有高效率、低成本、数据精确、操作灵活等优点。