CN106291592B - 一种小型无人机的对抗系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小型无人机的对抗系统，包括低空小目标监视雷达、光电跟踪仪、高能微波定向干扰机和显控台与控制器；所述低空小目标监视雷达用于对防护空域内小型无人机的搜索并发现目标；所述光电跟踪仪用于在低空小目标监视雷达的引导下实现对威胁目标的识别、跟踪监视及瞄准锁定；所述高能微波定向干扰机用于对光电跟踪仪跟踪锁定的威胁目标进行压制干扰，破坏威胁目标的测控与导航系统；所述显控台与控制器用于实现对该对抗系统的综合智能控制与威胁目标的方位、航迹及G I S信息的显示。该系统用于安全防护场所上空的小型非法无人飞行器搜索、监视、跟踪及干扰的系统防御方法，防止恐暴分子利用这些飞行器危及公共安全。
Description
技术领域
本发明属于公共智能安全防御技术领域，具体涉及一种小型无人机的对抗系统。
背景技术
无人机在全球数目激增，这已经对诸如工厂、机场以及核设施等关键设施造成了极大的安全隐患。和军方的无人机相比，这类民用的无人驾驶航空器正朝着小型化、轻型化的方向演变，使得它们更难被侦测到。而监管机构与军方则担心，用途广泛且低成本的无人机可能对航班、重要设施甚至军队构成威胁。这些飞行机器人近年来闯了好几次祸。无人机被禁止在美国首都飞行，但法律和高额罚款似乎并没什么作用。2015年1月，一位业余爱好者的无人机意外坠毁在白宫的草坪上，导致白宫紧急关闭。圣贝纳迪诺的一次消防作业，就因为盘旋在火苗上方的无人机而受到干扰。由于担心与无人机碰撞，灭火直升机只能暂停作业。
2013年8月，一架无人机从英国宇航公司(BAE)位于英格兰北部的工厂上空掠过，那里是英国皇家海军潜水艇的建造基地。同年9月，一架迷你无人机干扰了德国总理默克尔的竞选集会，造成集会中断。
美国联邦航空局(FAA)为商用无人机的操作方式和飞行范围制定了指导原则。按照规定，小型无人机不能在距机场8公里范围内飞行，而且飞行高度必须在400英尺(约合122米)以下——在上述距离和高度，无人机不大可能干扰到有飞行员驾驶的飞机。
鉴于军方、航空业对无人机的担忧不断加深，一个新的行业需求正在不断兴起，那就是反无人机装备。美欧发生的一系列事件表明了防御无人机的重要性。专家指出，无人机带来了很多防御上的挑战。其一要归咎于传统雷达系统的发展方向。多年来，雷达制造商利用软件来确保飞鸟不会出现在雷达屏幕上，避免屏幕上显示这类杂点。而如今，工程师不得不开发算法来观测这一类大小的物体，好把无人机和飞鸟区分开。其二，传统反制对抗无人手段落后或缺失，无法有效应对无人威胁。行业专家都非常清楚地意识到客户对高效、经济的反无人机系统的迫切需求。
发明内容
综上所述，为解决现有的技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种小型无人机的对抗系统，其可对小型无人飞机搜索、监视、跟踪及干扰，用于机场、大型活动会场及其他安全防护场所上空的小型非法无人飞行器反制措施。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种小型无人机的对抗系统，包括低空小目标监视雷达、光电跟踪仪、高能微波定向干扰机和显控台与控制器；
所述低空小目标监视雷达，其用于对防护空域内小型无人机的搜索并发现目标；
所述光电跟踪仪，其用于在低空小目标监视雷达的引导下实现对威胁目标的识别、跟踪监视及瞄准锁定；
所述高能微波定向干扰机，其用于对光电跟踪仪跟踪锁定的威胁目标进行压制干扰，破坏威胁目标的测控与导航系统，迫使其自主降落或坠落；
所述显控台与控制器，其用于实现对该对抗系统的综合智能控制与威胁目标的方位、航迹及GIS信息的显示。
本发明的有益效果是：(1)所用到的干扰方法不是摧毁目标，而是压制干扰，易于工程实现；(2)具备雷达发现、光电图像识别与跟瞄、定向干扰一体化协同能力，能快速应对威胁闯入，是反制小型无人飞行器的整体解决方案，填补了国内在该技术产品空白；(3)能够给出目标被干扰后的状态及效果评估，能够基于G IS信息定点、定时对目标干扰，具有安全可靠作业能力。
在上述技术方案的基础上，本发明还可做如下进一步的改进：
进一步，所述低空小目标监视雷达包括Ku波段全相参、全固态和调频连续波体制雷达，实现对低空小目标进行探测并识别，并具有B显、P显、PPI以及电子地图输入多种显示画面。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：具有对低空小目标快速有效探测识别能力，对雷达散射截面积为0.1m2的多旋翼无人机，在发现概率90％及虚警概率10-6的条件下，最大探测距离大于7km。
进一步，所述光电跟踪仪包括中波制冷红外热像仪、可见光摄像机、激光测距、视频图像跟踪模块、高精度伺服转动云台、陀螺稳定和激光照明器，所述中波制冷红外热像仪实现对目标的大视场搜索；所述可见光摄像机用于目标识别，所述激光测距用于对目标的距离检测；所述视频图像跟踪模块用于目标图像识别及跟踪算法实现，所属高精度伺服转动云台在视频图像跟踪模块的指令控制下实现对目标的精确指向，所述陀螺稳定模块用于克服平台的摆动对跟踪指向的影响，所属激光照明器用于使可见光相机在晚上光线不足的条件下成像。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：实现基于目标图像的高精度跟踪、目标方位、目标距离测量等目标定位功能。在环境温度为25℃、相对湿度≤70％，能见度大于20km，目标和背景温差≮10℃的条件下，对多旋翼无人机目标的发现距离为7km，识别距离为5km。
进一步，所述光电跟踪仪具有昼夜工作模式。
进一步，所述高能微波定向干扰机通过向目标辐射高强度的电磁脉冲并与无人机的各个电子系统相作用对无人机系统进行干扰和毁伤，进而实现对无人机目标GPS接收机与测控信号接收机的定向高能压制干扰。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：迫使无人机失去远程控制及自动巡航能力，使其自主降落或坠毁。
进一步，所述高能微波定向干扰机包括用于向目标辐射高强度电磁脉冲的1.5GHz发射天线、2.5GHz发射天线、5.8GHz发射天线、50W功放和干扰激励。
进一步，所述显控台与控制器包括人机交互界面，并能显示低空小目标监视雷达扫描发现目标、光电跟踪仪的光电图像和跟踪锁定指示以及高能微波定向干扰机的干扰状态与效果评估。
附图说明
图1为本发明的组成框图；
图2为低空小目标监视雷达的组成框图；
图3为光电跟踪仪的组成框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种小型无人机的对抗系统，包括低空小目标监视雷达、光电跟踪仪、高能微波定向干扰机和显控台与控制器；所述低空小目标监视雷达，其用于对防护空域内小型无人机的搜索并发现目标；所述光电跟踪仪，其用于在低空小目标监视雷达的引导下实现对威胁目标的识别、跟踪监视及瞄准锁定；所述高能微波定向干扰机，其用于对光电跟踪仪跟踪锁定的威胁目标进行压制干扰，破坏威胁目标的测控与导航系统，迫使其自主降落或坠落；所述显控台与控制器，其用于实现对该对抗系统的综合智能控制与威胁目标的方位、航迹及GIS信息的显示。
所述低空小目标监视雷达包括Ku波段全相参、全固态和调频连续波体制雷达，实现对低空小目标进行探测并识别，并具有B显、P显、PPI以及电子地图输入多种显示画面。如图2所示，低空小目标监视雷达采用Ku波段全相参、全固态、电子扫描技术体制，采取一体化设计方案，将雷达天线、数字T/R组合、频率综合器、信号处理器等单元集中设计在天线框架内。对指定区域内目标的搜索，引导伺服初步对准目标，使目标进入光电跟踪仪的单元视窗，进而转入精确跟踪。具有对低空小目标快速有效探测识别能力，对雷达散射截面积为0.1m2的多旋翼无人机，在发现概率90％及虚警概率10-6的条件下，最大探测距离大于7km。
如图3所示，所述的光电跟踪仪包含包括中波制冷红外热像仪、可见光摄像机、激光测距、视频图像跟踪模块、高精度伺服转动云台、陀螺稳定、激光照明器等组成，可实现小飞行目标的大视场搜索、小视场跟踪监视，也可实现对目标的瞄准，引导高能微波定向干扰机指向目标。所述可见光摄像机用于目标识别，所述激光测距用于对目标的距离检测；所述视频图像跟踪模块用于目标图像识别及跟踪算法实现，所属高精度伺服转动云台在视频图像跟踪模块的指令控制下实现对目标的精确指向，所属陀螺稳定模块用于克服平台的摆动对跟踪指向的影响，所属激光照明器用于使可见光相机在晚上光线不足的条件下成像。通过中波制冷红外热像仪实现对目标的大视场搜索，发现目标后，调整热像仪焦距，实施小视场跟踪状态，可见光摄像机用于目标识别，激光测距用于对目标的距离检测，以便确认目标是否在高能微波定向干扰机作用距离内，为启动干扰提供数据支撑。光电跟踪仪具有昼夜工作模式，可实现基于目标图像的高精度跟踪、目标方位、目标距离测量等目标定位功能。在环境温度为25℃、相对湿度≤70％，能见度大于20km，目标和背景温差≮10℃的条件下，对多旋翼无人机目标的发现距离为7km，识别距离为5km。
所述高能微波定向干扰机包括用于向目标辐射高强度电磁脉冲的1.5GHz发射天线、2.5GHz发射天线、5.8GHz发射天线、50W功放和干扰激励。高能微波定向干扰机通过向目标辐射高强度的电磁脉冲并与无人机的各个电子系统相作用对无人机系统进行干扰和毁伤，进而实现对无人机目标GPS接收机与测控信号接收机的定向高能压制干扰，迫使无人机失去远程控制及自动巡航能力，而导致自主降落或坠毁。按照耦合途径，通常可以分为“前门”和“后门”耦合。“前门”耦合是指高功率微波通过电子系统中的天线进入系统内部，这种耦合方式对用频设备威胁很大，而且直接作用于电子系统较为脆弱的部分，防范起来难度也较大；“后门”耦合是指入射波通过壳体上的孔、缝、电缆接头等形成的耦合，由于无人机大量使用新型材料，如碳纤维等非金属材料作为外壳，对强电磁脉冲的屏蔽能力较传统金属材质的外壳更差，因此无人机的“后门”耦合较传统飞行器更加严重。
所述的显控台与控制器是整个对抗系统的控制中心，显控设备由主控计算机、电源及驱动机箱、硬盘录像机、操控键盘、轨迹球、液晶显示器等；控制器具有显示、控制、记录、输入输出接口等功能模块组成，具有良好的人机交互界面，能显示雷达扫描发现目标、光电图像、跟踪锁定指示及干扰状态与效果评估等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种小型无人机的对抗系统，其特征在于，包括低空小目标监视雷达、光电跟踪仪、高能微波定向干扰机、显控台与控制器；
所述低空小目标监视雷达，其用于对防护空域内小型无人机进行搜索并发现目标；
所述光电跟踪仪，其用于在低空小目标监视雷达的引导下实现对威胁目标的识别、跟踪监视及瞄准锁定；
所述高能微波定向干扰机，其用于对光电跟踪仪跟踪并锁定的威胁目标进行压制干扰，破坏威胁目标的测控与导航系统，迫使其自主降落或坠落；
所述显控台与控制器，其用于实现对该对抗系统的综合智能控制与威胁目标的方位、航迹及GIS信息的显示；
所述低空小目标监视雷达包括Ku波段全相参、全固态和调频连续波体制雷达，实现对低空小目标进行探测并识别，并具有B显、P显、PPI以及电子地图输入多种显示画面。
2.根据权利要求1所述的对抗系统，其特征在于，所述光电跟踪仪包括中波制冷红外热像仪、可见光摄像机、激光测距、视频图像跟踪模块、高精度伺服转动云台、陀螺稳定和激光照明器；所述中波制冷红外热像仪实现对目标的大视场搜索；所述可见光摄像机用于目标识别；所述激光测距用于对目标的距离检测；所述视频图像跟踪模块用于目标图像识别及跟踪算法实现，所属高精度伺服转动云台在视频图像跟踪模块的指令控制下实现对目标的精确指向；所述陀螺稳定模块用于克服平台的摆动对跟踪指向的影响，所属激光照明器用于使可见光相机在晚上光线不足的条件下成像。
3.根据权利要求2所述的对抗系统，其特征在于，所述光电跟踪仪具有昼夜工作模式。
4.根据权利要求1所述的对抗系统，其特征在于，所述高能微波定向干扰机通过向目标辐射高强度的电磁脉冲并与无人机的各个电子系统相作用对无人机系统进行干扰和毁伤，进而实现对无人机目标GPS接收机与测控信号接收机的定向高能压制干扰。
5.根据权利要求4所述的对抗系统，其特征在于，所述高能微波定向干扰机包括用于向目标辐射高强度电磁脉冲的1.5GHz发射天线、2.5GHz发射天线、5.8GHz发射天线、50W功放和干扰激励。
6.根据权利要求1至5任一所述的对抗系统，其特征在于，所述显控台与控制器包括人机交互界面，并能显示低空小目标监视雷达扫描发现目标、光电跟踪仪的光电图像和跟踪锁定指示以及高能微波定向干扰机的干扰状态与效果评估。
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