CN106128169B - 一种用于禁飞区无人机管控的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种用于禁飞区无人机管控的系统和方法。本发明的无人机管控系统包括用于发射让无人机降落或静止的禁飞信号的无人机禁飞信号发射装置，对禁飞信号强度进行检测和反馈的无人机禁飞信号强度感知装置，以及实现飞向禁飞区域的无人机的检测和发现的无人机检测发现装置。本系统可灵活安放，实现任何区域无人机的禁飞目的，完善了现有无人机禁飞技术和控制措施。

Description

一种用于禁飞区无人机管控的系统和方法

技术领域

本发明属于无人机技术领域，特别涉及无人机航行管控/禁飞等方法和相关装置。

背景技术

近年来无人机的迅速发展，给人们的生活带来了方便，也造成了困扰。无人机给人们带来了航拍角度看世界的乐趣，给无人空中运输带来了很大可能。但是，无人机任意飞行既给其他航空安全带来了危险，无人机飞越国家机密机构上空以及无人机私闯私人住所等产生了一系列违法行为。我国无人机市场活跃，从曾经航模的飞机、直升机已经发展为比较常见的四轴乃至多轴飞行器，例如比较著名的AR Drone，苹果设备上能用的四轴飞行器，乃至现在大街小巷经常看到的DJI大疆。严格地讲，真正的无人机是指无人驾驶无人遥控就能够自行操作飞行。那么，像以前所见的那些遥控飞机、遥控直升机，都不是无人机。真正的无人机是有自身的微控制单元，并且能够借助GNSS进行定位导航实现无人操作的飞行。虽然现在航空管制部门要求无人机生产厂家进行重要区域的禁飞程序设置，但是，面对日益增多的无人机窥探私人住宅的事情会逐渐增多，一般小区域的无人机禁飞问题成为需要克服的难题。

虽然无人机相关研究很多，但是我国无人机禁飞相关技术的科技工作者和企业取得的成果很少，例如深圳市十方联智科技有限公司发明了一种无人机禁飞区域的设置方法，西北工业大学发明了一种禁飞区限制下的多无人机协同区域搜索方法。通过分析发现，目前研究无人机禁飞的装置和方法很少，大多还处于理论方法阶段。本发明为解决无人机在普通小区域的禁飞问题，公开了一种用于禁飞区无人机管控的装置和方法。

发明内容

随无人机的快速发展，无人机空中管制和禁飞成为了人们关注无人机的热点之一。虽然政府已要求开发商对无人机进行了禁飞区域设置，实现了国家重要区域禁飞的目的，但是任意位置的无人机灵活禁飞技术还没有实现，本发明的目的在于提供一种可以灵活安放，可实现任何区域无人机飞行管制和禁飞的系统和方法，解决目前无人机在任何地方或地点禁飞的难题。

本发明所采用的技术方案是围绕基于GPS定位导航的无人机的禁飞目的，对无人机导航定位系统信号进行覆盖，实现无人机在所覆盖信号的诱导指引下实现无人机的飞行路线偏离。本发明的技术方案如下：

一种禁飞区无人机管控系统，包括无人机禁飞信号发射装置、无人机禁飞信号强度感知装置、无人机检测发现装置三部分，其中，无人机禁飞信号强度感知装置与无人机禁飞信号发射装置之间通过无线通信联系，无人机检测发现装置与无人机禁飞信号发射装置之间通过有线通信方式联系；无人机禁飞信号发射装置设置在禁飞区域的中心位置，发射让无人机降落或静止的禁飞信号；一个或多个无人机禁飞信号强度感知装置设置在禁飞区域边角处，对无人机禁飞信号发射装置所发射的信号强度进行检测和反馈；一个或多个无人机检测发现装置布设在禁飞区域边界内侧5m到10m处，布设高度高于外侧围墙，实现飞向禁飞区域的无人机的检测和发现。

无人机禁飞信号发射装置的主要作用是发射无人机禁飞信号让无人机降落或静止，通常被放置于需要禁飞区域的中心位置，例如禁飞区域的几何中心位置处，最高房屋外顶部2m左右，使禁飞信号覆盖整个禁飞区域。

无人机禁飞信号强度感知装置用于感知无人机禁飞信号发射装置所发射的信号强度，避免信号过弱而达不到无人机禁飞目的，或过强造成对其他导航设备的干扰。无人机禁飞信号强度感知装置通常为多个，分布在禁飞区域的边界角上，使用对角放置，以便于对无人机禁飞信号发射装置所发射的信号进行准确的检测和反馈。

无人机检测发现装置布设在禁飞区域的边界内侧5m到10m，布设高度高于外侧围墙，例如禁飞区域边界处房屋的顶部，主要实现飞向禁飞区域的无人机的检测和发现。

进一步，所述无人机禁飞信号发射装置包括无线射频发射单元、GPS感知单元、电源单元、显示单元、工作参数设置单元和通信单元等部分。其中：无线射频发射单元根据工作参数设置单元发送的指令进行无线信号发射，GPS感知单元将禁飞区所能接受到的GPS信号参数情况传递给工作参数设置单元，电源单元为其他各个模块单元提供电能，显示单元和工作参数单元相连接并显示无人机禁飞信号发射的有关工作情况。

所述无线射频发射单元采用定位信号同频干扰技术和定位信号欺骗技术两种技术，并根据实际环境进行切换选择。

所述GPS感知单元可感知GPS定位无线频率、带宽等参数信息。

所述显示单元显示无人机禁飞信号发射装置的工作状态、发射频率、工作时间间隔以及工作参数设置单元的参数显示。

所述工作参数设置单元可根据实际环境需要人工设置工作模式、发射频率和禁飞信号强度大小等参数。

进一步，所述无人机禁飞信号强度感知装置包括无线信号接收单元、信号强度计算单元、电源单元和通信单元。其中，无线信号接收单元用于接收无人机禁飞信号发射装置发出的信号，并将接收到的信号传递给信号强度计算单元，信号计算单元将所计算的结果数据再传递到通信单元，通信单元再以无线方式反馈给无人机禁飞信号发射装置。无人机禁飞信号发射装置根据反馈的信号强度值进行发射功率调整。电源单元为无线信号接收单元、信号强度计算单元、通信单元等提供电能。

进一步，所述无人机检测发现装置包括雷达测距识别单元、位置计算单元、电源单元和通信单元等。其中，雷达测距识别单元用于发现和检测无人机，确定无人机的距离、雷达方向角和雷达仰角。位置计算单元根据雷达测距识别单元传递过来的距离、雷达方向角、雷达仰角以及雷达位置等信息可以计算出无人机的位置。位置计算单元将所计算的无人机位置信息传输到通信单元，接着通信单元通过有线方式将无人机位置信息传输到无人机禁飞信号发射装置，以便无人机禁飞信号发射装置进行功率增大或减小。电源单元为雷达测距识别单元、位置计算单元和通信单元等提供电能。

本发明的禁飞区无人机管控的系统和方法设置在禁飞区实现无人机禁飞，其方法包括以下步骤：

1)开启无人机检测发现装置进行无人机发现预警工作，如果未发现无人机进入预警区域或禁飞区时，则保持无人机检测发现装置运行；如果发现无人机处于预警区域或禁飞区时，进入步骤2)；

2)无人机禁飞信号发射装置以最小工作功率开启一段时间，这时如果未发现无人机进入预警区域或禁飞区，关闭无人机禁飞信号发射装置并保持无人机检测发现装置运行；如果无人机还在预警区域或禁飞区，则进入步骤3)；

3)增大无人机禁飞信号发射装置工作功率，开启无人机禁飞信号强度感知装置，判断无人机禁飞信号发射装置所发射的信号功率是否合理，如果不合理，则无人机禁飞信号发射装置以最大工作功率运行3分钟，然后进入步骤4)；如果合理，直接进入步骤4)；

4)由无人机检测发现装置判断无人机是否在禁飞区域，如果在，则增加无人机禁飞信号发射装置信号发射功率，重复步骤3)；如果不在，则关闭无人机禁飞信号强度感知装置和无人机禁飞信号发射装置。

随着无人机的快速发展，国家对无人机的管理也重视起来，并要求无人机制造商对无人机进行硬件升级，设置了规定的禁飞区坐标，例如大都市、机场等。当无人机处于这些禁飞区时，GPS信号良好时无人机将无法启动，或GPS信号差时启动飞行一段时间后当GPS定位信号稳定时，无人机将自动缓慢降落。当无人机从非禁飞区飞入禁飞区时，当检测到GPS定位信号确定无人机在禁飞区时，将按照失控模式进行自动返航或降落处理。因此，在无人机硬件设置的禁飞坐标区域，无人机将不能进行正常导航飞行。本发明基于国家对无人机这样的管理要求，在无人机禁飞信号发射装置中采用了两种禁飞信号：一种禁飞信号是利用射频干扰技术将无人机的导航定位接收信号干扰淹没掉，来实现无人机无法获取定位信息，而造成无人机不能正确飞到指定区域；另一种禁飞信号是采用GPS欺骗技术，通过无人机禁飞信号发射装置发送伪装的GPS定位信息给请求定位的无人机，发送的定位信息中包含无人机硬件固化的禁飞坐标区域信息，以此来实现无人机的禁飞。通过GPS欺骗技术，也可实现无人机的诱导飞行等目的。

在上述步骤1)中无人机的发现预警，以及步骤2)和4)中无人机的位置判断是通过无人机检测发现装置中的雷达测距单元和位置计算单元进行的，确定无人机距离，并将该位置信息通过有线通信方式发送给无人机禁飞信号发射装置，无人机禁飞信号发射装置根据无人机的位置进行信号强度调整。

随无人机的快速发展，无人机空中管制和禁飞成为了人们关注无人机的热点之一。虽然政府已要求开发商对无人机进行了禁飞区域设置，实现了国家重要区域禁飞的目的，但是任意位置的无人机灵活禁飞技术还没有实现，本发明公开了一种可以灵活安放，可实现任何区域无人机禁飞的装置和方法。本发明由无人机禁飞信号发射装置、无人机禁飞信号强度感知装置和无人机检测发现装置三部分构成。本发明的效益是完善了现有无人机禁飞技术和控制措施。通过本无人机禁飞装置和方法可实现无人机在任意需禁飞区域的禁飞目的，极大改善了无人机制造商硬件固化设置禁飞坐标实现禁飞的不足。

本发明的完善了现有无人机禁飞技术和控制措施，通过无人机禁飞管控系统和实施方法解决了无人机在任意需禁飞区域的禁飞目的，从无人机的发现预警到无人机的定位，再到无人机的禁飞信号发射具有完善的禁飞控制措施，填补了无人机制造商硬件固化设置禁飞坐标实现禁飞的不足。

附图说明

图1.本发明无人机禁飞信号发射装置结构示意图；

图2.本发明无人机禁飞信号强度感知装置结构示意图；

图3.本发明无人机检测发现装置结构示意图；

图4.本发明用于禁飞区无人机管控系统中三种装置之间的通信方式示意图；

图5.本发明实施例中无人机管控系统的三种装置在禁飞区域的布置图；

图6.本发明实施例中无人机管控系统的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明进行详细说明。

所述禁飞区无人机管控系统由三部分装置构成：无人机禁飞信号发射装置、无人机禁飞信号强度感知装置、无人机检测发现装置，其中：

无人机禁飞信号发射装置结构如图1所示，由无线射频发射单元、GPS感知单元、电源单元、显示单元、工作参数设置单元和通信单元等部分组成。无线射频发射单元根据工作参数设置单元发送指令进行无线信号发射，GPS感知单元将禁飞区所能接受到的GPS信号参数情况传递给工作参数设置单元，电源单元为其他各个模块单元提供电能，显示单元和工作参数单元相连接并显示无人机禁飞信号发射的有关工作情况。

所述无线射频发射单元采用定位信号同频干扰技术和定位信号欺骗技术两种技术，并根据实际环境进行切换选择。

所述GPS感知单元可感知GPS定位无线频率、带宽等参数信息。

所述显示单元显示无人机禁飞信号发射装置的工作状态、发射频率、工作时间间隔以及工作参数设置单元的参数显示。

所述工作参数设置单元是可根据实际环境需要人工可设置工作模式、发射频率和禁飞信号强度大小等参数。

无人机禁飞信号强度感知装置结构如图2所示，包括无线信号接收单元、信号强度计算单元、电源单元和通信单元。无线信号接收单元用于接收无人机禁飞信号发射装置发出的信号，并将接收到的信号传递给信号强度计算单元，信号计算单元将所计算的结果数据再传递到通信单元，通信单元再以无线方式反馈给无人机禁飞信号发射装置。无人机禁飞信号发射装置根据反馈的信号强度值进行发射功率调整。电源单元为无线信号接收单元、信号强度计算单元、通信单元等提供电能。

无人机检测发现装置结构如图3所示，包括雷达测距识别单元、位置计算单元、电源单元和通信单元等。雷达测距识别单元用于发现检测无人机确定无人机的距离，方向角和雷达仰角。位置计算单元根据雷达测距识别单元传递过来的距离、雷达方向角、雷达仰角以及雷达位置等信息可以计算出无人机的位置。位置计算单元将所计算的无人机位置信息传输到通信单元，接着通信单元通过有线方式将位置信息传输到无人机禁飞信号发射装置，以便无人机禁飞信号发射装置进行功率增大或减小。电源单元为雷达测距识别单元、位置计算单元和通信单元等提供电能。

无人机禁飞信号强度感知装置与无人机禁飞信号发射装置之间使用无线通信方式，无人机检测发现装置与无人机禁飞信号发射装置有线通信方式，如图4所示。

无人机禁飞装置的布置如图5所示，假设禁飞区域为图中的长方形的区域，为确保禁飞信号良好的覆盖，首先将无人机禁飞信号发射装置布置在长方形禁飞区域的几何中心位置，同时保证无人机禁飞信号发射装置处于禁飞区域最高房屋外顶部2m左右。其次，将无人机禁飞信号强度感知装置安放在长方形禁飞区域的边界角上，使用对角放置，以便于对无人机禁飞信号发射装置所发射的信号进行准确的检测和反馈。无人机检测发现装置部署在房屋的顶部，在数量上根据禁飞区域的具体形状大小进行确定。

参见图6，无人机禁飞系统的工作过程：(1)在无人机禁飞系统各部分布置好并检查连接准确后，打开各部分电源开关，无人机禁飞系统各部分进入初始化状态；(2)无人机检测发现装置进行无人机发现预警工作；(3)当无人机检测发现装置发现无人机进入预警区域后，无人机禁飞信号发射装置以最小工作功率开启；(4)无人机检测发现装置判断无人机是否远离禁飞区域和预警区域，如果没有远离，将增大无人机禁飞信号发射装置工作功率；(5)开启无人机禁飞信号强度感知装置，判断无人机禁飞信号发射装置所发射的信号功率是否合理；(6)当无人机禁飞信号强度感知装置判断禁飞信号强度合理时，无人机检测发现装置再判断无人机是否远离禁飞区域和预警区域；(7)如果无人机已经远离禁飞区域，无人机禁飞信号强度感知装置关闭；(8)无人机禁飞信号发射装置关闭；(9)结束本轮工作，进入下一轮工作。

随着无人机的快速的发展国家对无人机的管理也重视起来，并要求无人机制造商对无人机进行硬件升级，设置了规定的禁飞区坐标，例如大都市、机场等。当无人机处于这些禁飞区时，GPS信号良好时无人机将无法启动，或GPS信号差时启动飞行一段时间后当GPS定位信号稳定时，无人机将自动缓慢降落。当无人机从非禁飞区飞入禁飞区时，当检测到GPS定位信号确定无人机在禁飞区时，将按照失控模式进行自动返航或降落处理。因此，在无人机硬件设置的禁飞坐标区域，无人机将不能进行正常导航飞行。本发明在无人机禁飞信号发射装置中，采用了两种禁飞信号：一种禁飞信号是利用射频干扰技术将无人机的导航定位接收信号干扰淹没掉，来实现无人机无法获取定位信息，而造成无人机不能正确飞到指定区域；另一种禁飞信号是采用GPS欺骗技术通过无人机禁飞信号发射装置发送伪装的GPS定位信息给请求定位的无人机，发送的定位信息中包含无人机硬件固化的禁飞坐标区域信息，以此来实现无人机的禁飞。通过GPS欺骗技术，也可实现无人机的诱导飞行等目的。

本发明中，无人机的发现预警通过无人机检测发现装置中的雷达测距单元和位置计算单元确定无人机距离，并将该位置信息通过有线通信方式发送给无人机禁飞信号发射装置。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实在对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种在禁飞区实现无人机禁飞的方法，首先在禁飞区布设禁飞区无人机管控系统，所述系统包括无人机禁飞信号发射装置、无人机禁飞信号强度感知装置和无人机检测发现装置，其中，无人机禁飞信号强度感知装置与无人机禁飞信号发射装置之间通过无线通信联系，无人机检测发现装置与无人机禁飞信号发射装置之间通过有线通信联系；无人机禁飞信号发射装置设置在禁飞区域的中心位置，发射让无人机降落或静止的禁飞信号；一个或多个无人机禁飞信号强度感知装置设置在禁飞区域边角处，对无人机禁飞信号发射装置所发射的信号强度进行检测和反馈；一个或多个无人机检测发现装置布设在禁飞区域边界内侧5～10m处，布设高度高于外侧围墙，实现飞向禁飞区域的无人机的检测和发现；然后进行下述步骤：

1)开启无人机检测发现装置进行无人机发现预警工作，如果未发现无人机进入预警区域或禁飞区时，则保持无人机检测发现装置运行；如果发现无人机处于预警区域或禁飞区时，进入步骤2)；

2)无人机禁飞信号发射装置以最小工作功率开启一段时间，这时如果未发现无人机进入预警区域或禁飞区，关闭无人机禁飞信号发射装置并保持无人机检测发现装置运行；如果无人机还在预警区域或禁飞区，则进入步骤3)；

3)增大无人机禁飞信号发射装置工作功率，开启无人机禁飞信号强度感知装置，判断无人机禁飞信号发射装置所发射的信号功率是否合理，如果不合理，则无人机禁飞信号发射装置以最大工作功率运行3分钟，然后进入步骤4)；如果合理，直接进入步骤4)；

4)由无人机检测发现装置判断无人机是否在禁飞区域，如果在，则增加无人机禁飞信号发射装置信号发射功率，重复步骤3)；如果不在，则关闭无人机禁飞信号强度感知装置和无人机禁飞信号发射装置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，无人机禁飞信号发射装置采用定位信号同频干扰技术和定位信号欺骗技术两种技术发射信号，并根据实际环境进行切换选择。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人机禁飞信号发射装置包括无线射频发射单元、GPS感知单元、电源单元、显示单元、工作参数设置单元和通信单元，其中：无线射频发射单元根据工作参数设置单元发送的指令进行无线信号发射；GPS感知单元将禁飞区所能接受到的GPS信号参数情况传递给工作参数设置单元；电源单元为其他各个单元提供电能；显示单元和工作参数单元相连接，并显示无人机禁飞信号发射的有关工作情况。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人机禁飞信号强度感知装置包括无线信号接收单元、信号强度计算单元、电源单元和通信单元，其中：无线信号接收单元用于接收无人机禁飞信号发射装置发出的信号，并将接收到的信号传递给信号强度计算单元；信号计算单元将所计算的结果数据传递到通信单元，通信单元再以无线方式反馈给无人机禁飞信号发射装置；电源单元为无线信号接收单元、信号强度计算单元和通信单元提供电能。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人机检测发现装置包括雷达测距识别单元、位置计算单元、电源单元和通信单元，其中：雷达测距识别单元用于发现和检测无人机，确定无人机的距离、雷达方向角和雷达仰角；位置计算单元根据雷达测距识别单元传递过来的信息计算出无人机的位置，并将无人机位置信息传输到通信单元；通信单元通过有线方式将无人机位置信息传输到无人机禁飞信号发射装置；电源单元为雷达测距识别单元、位置计算单元和通信单元提供电能。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1)中无人机的发现预警，以及步骤2)和4)中无人机的位置判断是通过无人机检测发现装置中的雷达测距单元和位置计算单元进行的，并将所得的无人机位置信息通过有线通信方式发送给无人机禁飞信号发射装置，无人机禁飞信号发射装置根据无人机的位置进行信号强度调整。