CN106324570B - 一种基于ism频段的民用无人机捕获系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ISM频段的民用无人机捕获系统，其包括天线、干扰模块、馈源系统，用于接收由天线接收到的外部信号，对其进行分路处理，得到三路分路信号并传输，和用于接收干扰信号，对其进行处理，得到干扰发射信号并传输给天线；变频模块，用于接收三路分路信号，对其进行下变频，得到方位信号、俯仰信号和Σ信号并传输；测频模块，用于接收Σ信号，并对其进行检测与测量，得到测量信号并传输；跟踪模块，与变频模块和测频模块连接，用于接收测量信号、方位信号、俯仰信号和Σ信号，并对其进行校正测量，得到方位角度信号和俯仰角度信号并传输；以及伺服器，用于接收方位角度信号和俯仰角度信号，并根据其控制天线的方位角和俯仰角。

Description

一种基于ISM频段的民用无人机捕获系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于ISM频段的民用无人机捕获系统。

背景技术

近几年，随着科学技术的发展，低成本微小型无人机大量涌入市场，年总销量已经达到数万台的规模；民用无人机的主要用途为航拍，工作频段在2.420～2.4835GHz，中心频率为2.45GHz；然而在该类无人机的捕获上目前还没有完善高精度的系统出现，一旦被恐怖分子等恶意利用后果更是不堪设想，因此研制一种工作稳定，能够实时、快速、有效地实现高精度捕获功能的民用无人机捕获系统有着重要意义。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于ISM频段的民用无人机捕获系统结构紧凑、体积小、工作稳定，能够实时、快速、有效地实现高精度的捕获功能。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：提供一种基于ISM频段的民用无人机捕获系统，其包括天线，用于完成信号的收发；干扰模块，用于产生干扰信号并传输；馈源系统，与天线和干扰模块连接，用于接收由天线接收到的外部信号，对其进行分路处理，得到三路分路信号并传输；和用于接收干扰信号，对其进行处理，得到干扰发射信号并传输给天线；

变频模块，用于接收三路分路信号，并对其进行下变频，分别得到方位信号、俯仰信号和Σ信号并传输；测频模块，用于接收Σ信号，并对其进行检测与测量，得到测量信号并传输；跟踪模块，与变频模块和测频模块连接，用于接收测量信号、方位信号、俯仰信号和Σ信号，并对测量信号、方位信号、俯仰信号和Σ信号分别进行校正测量，得到方位角度信号和俯仰角度信号并传输；以及伺服器，用于接收方位角度信号和俯仰角度信号，并根据方位角度信号和俯仰角度信号控制天线的方位角和俯仰角。

进一步地，馈源系统包括电桥a，与天线进行通讯，用于接收由天线接收到的C波段射频信号，对其进行整合并传输；电桥b，与天线进行通讯，用于接收由天线接收到的C波段跟踪接收信号，对其进行整合并传输；滤波放大模块a，与电桥a连接，对由电桥a整合后的射频信号进行滤波放大，得到第一路分路信号并传输；

滤波器放大模块b，与电桥b连接，对由电桥b整合后的接收信号进行滤波放大，得到第二路分路信号并传输；处理模块，与干扰模块连接并与天线进行通讯，用于实现干扰信号的传输，以及用于接收由天线接收到的无线信号，并对其进行处理，得到第三路分路信号并传输。

进一步地，处理模块包括同轴继电开关、双工器和合路器，双工器与同轴继电开关双向连接，同轴继电开关与天线双向连接，双工器的输入端与干扰模块的输出端连接，合路器的输出端与下变频模块c的一端连接，下变频模块c的另一端与测频模块的输入端连接；

双工器输出端与合路器输入端之间设置有两个第一带通滤波器，两个第一带通滤波器之间连接有一低噪声放大器；同轴继电开关输出端与合路器输入端之间依次设置有单刀单掷开关、第二带通滤波器和低噪声放大器。

进一步地，电桥a和电桥b均为180度电桥。

进一步地，第一带通滤波器的工作频率为4.8～5.1GHz，第二带通滤波器的工作频率为4.4～5.1GHz。

进一步地，双工器的指标隔离≥60dB，插损≤2dB，承受功率≥100W。

进一步地，同轴继电开关的指标隔离≥70dB，插损≤0.5dB，承受功率≥100W。

进一步地，变频模块包括二次下变频模块a，用于接收第一路分路信号，并对其进行二次下变频，得到方位信号并传输；二次下变频模块b，用于接收第二路分路信号，并对其进行二次下变频，得到俯仰信号并传输；二次下变频模块c，用于接收第三路分路信号，并对其进行二次下变频，得到Σ信号并传输。

进一步地，测频模块包括信号检测模块、信号测量模块、扫频表和本振控制部，信号检测模块和信号测量模块的输入端与二次下变频模块c的输出端连接，扫频表的输入端与信号检测模块连接，扫频表的输出端与本振控制部连接，信号测量模块的输出端与本振控制部的输入端连接。

进一步地，跟踪模块包括校正值部、校正模块、方位测量模块和俯仰测量模块；校正模块的输入端分别与二次下变频模块a、二次下变频模块b和二次下变频模块c的输出端连接；

校正值部的输入端与信号测量模块的输出端连接，校正值部的输出端与校正模块的输入端连接；方位测量模块和俯仰测量模块的输入端与校正模块的输出端连接，方位测量模块和俯仰测量模块的输出端与伺服系统的输入端连接。

本发明的有益效果为：该基于ISM频段的民用无人机捕获系统具有结构紧凑、体积小、工作稳定，能够实时、快速、有效地实现捕获功能等特点；其对测量信号进行了校正，极大地减少了测量误差；能够根据方位角度信号和俯仰角度信号控制伺服器，进而改变天线的姿态，捕获精确度高、可靠性强；同时，各模块稍加改动可以应用到其他设备上，应用范围广。

附图说明

图1为基于ISM频段的民用无人机捕获系统的结构示意图。

图2为基于ISM频段的民用无人机捕获系统的处理模块的结构示意图。

图3为基于ISM频段的民用无人机捕获系统的测频模块的结构示意图。

图4为基于ISM频段的民用无人机捕获系统的跟踪模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一种实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为简单起见，以下内容中省略了该技术领域技术人员所公知的技术常识。

如图1～图4所示，该基于ISM频段的民用无人机捕获系统包括天线，用于完成信号的收发；干扰模块，用于产生干扰信号并传输；馈源系统，与天线和干扰模块连接，用于接收由天线接收到的外部信号，对其进行分路处理，得到三路分路信号并传输；和用于接收干扰信号，对其进行处理，得到干扰发射信号并传输给天线。

变频模块，用于接收三路分路信号，并对其进行下变频，分别得到方位信号、俯仰信号和Σ信号并传输；测频模块，用于接收Σ信号，并对其进行检测与测量，得到测量信号并传输；跟踪模块，与变频模块和测频模块连接，用于接收测量信号、方位信号、俯仰信号和Σ信号，并对测量信号、方位信号、俯仰信号和Σ信号分别进行校正测量，得到方位角度信号和俯仰角度信号并传输；以及伺服器，用于接收方位角度信号和俯仰角度信号，并根据方位角度信号和俯仰角度信号控制天线的方位角和俯仰角。

在具体实施中，为了达到角度的精细测量，将通过伺服器改变天线姿态，一直到角度测量完成为止；如果天线的姿态与信号来波方向相符，则此时完成了信号来波方向的测量，系统将进入其它工作模式；且该系统可与外部显控系统连接，用于实时上报测量数据和前端设备和伺服器的状态；ISM频段的民用无人机捕获系统结构紧凑、体积小、成本低，且工作稳定、快速。

该基于ISM频段的民用无人机捕获系统的馈源系统包括电桥a，与天线进行通讯，用于接收由天线接收到的C波段射频信号，对其进行整合并传输；电桥b，与天线进行通讯，用于接收由天线接收到的C波段跟踪接收信号，对其进行整合并传输；滤波放大模块a，与电桥a连接，对由电桥a整合后的射频信号进行滤波放大，得到第一路分路信号并传输。

滤波器放大模块b，与电桥b连接，对由电桥b整合后的接收信号进行滤波放大，得到第二路分路信号并传输；处理模块，与干扰模块连接并与天线进行通讯，用于实现干扰信号的传输，以及用于接收由天线接收到的无线信号，并对其进行处理，得到第三路分路信号并传输。

其中，处理模块包括同轴继电开关、双工器和合路器，双工器与同轴继电开关双向连接，同轴继电开关与天线双向连接，双工器的输入端与干扰模块的输出端连接，合路器的输出端与下变频模块c的一端连接，下变频模块c的另一端与测频模块的输入端连接。

双工器输出端与合路器输入端之间设置有两个第一带通滤波器，两个第一带通滤波器之间连接有一低噪声放大器；同轴继电开关输出端与合路器输入端之间依次设置有单刀单掷开关、第二带通滤波器和低噪声放大器。

优选电桥a和电桥b均为180度电桥，天线接收到的信号分别通过180度电桥a和180度电桥b对输入信号分别进行整合，整合后的信号经过4.4～5.1GHz的带通滤波器进行滤波功能，最后通过低噪声放大器实现对信号的噪声减小和输出高信噪比的信号。

在具体实施中，第一带通滤波器的工作频率为4.4～5.1GHz，第二带通滤波器的工作频率为4.8～5.1GHz，双工器的指标隔离≥60dB，插损≤2dB，承受功率≥100W，同轴继电开关的指标隔离≥70dB，插损≤0.5dB，承受功率≥100W，因此该支路的插损为2+0.5＝2.5＜3；优选合路器参数插损≤4.5dB，滤波器参数插损≤1.5dB，放大器参数噪声系数0.9dB，增益25dB，平坦度≤0.7；因此馈源系统的噪声系数关系满足4.5+1.5+0.9＝6.9＜8。

根据接收灵敏度的计算公式：

Sin(dBm)＝-174+10logBW+SNR+NF

其中，Sin(dBm)为接收灵敏度，BW为信号占用带宽，SNR为信噪比，NF为接收机噪声系数；

若噪声系数以7dB，瞬时带宽以30MHz计算，则接收灵敏度大于-94dBm，放大器增益是正斜率1dB，其它器件波动小于1dB单调向下，总波动小于1.2dB；则工作频率为4.8～5.1第一带通滤波器所在支路的噪声系数为0.5+1.5+1+0.3+0.9＝4.4＜6；工作频率为4.4～5.1第二带通滤波器所在支路的噪声系数为0.5+1.5+1+0.3+0.9＝4.4＜6，总增益37。

在实际操作中，可在低噪声放大器前加一个6dB的衰减器，放大器增益是正斜率1dB，其它器件波动都小于1dB单调向下，总波动小于1.4B；为了对低噪声放大器进行保护，避免因大信号输入而烧毁，可在低噪声放大器前加一对限幅器，对大信号输入进行限幅；优选限幅器的限幅幅度是+13dBm，插损0.3，放大器的最大输入时+17dBm，使低噪声放大器能正常工作；且优选滤波器指标都是带外100MHz抑制45dB，避免有信号串扰。

该基于ISM频段的民用无人机捕获系统的变频模块包括二次下变频模块a，用于接收第一路分路信号，并对其进行二次下变频，得到方位信号并传输；二次下变频模块b，用于接收第二路分路信号，并对其进行二次下变频，得到俯仰信号并传输；二次下变频模块c，用于接收第三路分路信号，并对其进行二次下变频，得到Σ信号并传输。

测频模块包括信号检测模块、信号测量模块、扫频表和本振控制部，信号检测模块和信号测量模块的输入端与二次下变频模块c的输出端连接，扫频表的输入端与信号检测模块连接，扫频表的输出端与本振控制部连接，信号测量模块的输出端与本振控制部的输入端连接。

其中，信号检测模块是数字部分的重要模块，完成信号的有无检测；扫频表是系统检测的基础，系统开机后，根据事先设定存储的扫频表对本振进行控制；本振控制部是一个底层控制模块，根据扫频表和信号测量模块发送的信号，通过本振控制部对测频模块的本振进行控制。

在具体实施中，通过信号检测模块根据输入的Σ中频信号，快速检测信号的有无；在信号快速模块检测到存在信号情况下，通过信号测量模块测量信号的载频，同时将得到的测量信号传输给本振控制部和跟踪模块，影响跟踪接收机模块的校正过程。

该基于ISM频段的民用无人机捕获系统的跟踪模块包括校正值部、校正模块、方位测量模块和俯仰测量模块；校正模块的输入端分别与二次下变频模块a、二次下变频模块b和二次下变频模块c的输出端连接。

校正值部的输入端与信号测量模块的输出端连接，校正值部的输出端与校正模块的输入端连接；方位测量模块和俯仰测量模块的输入端与校正模块的输出端连接，方位测量模块和俯仰测量模块的输出端与伺服系统的输入端连接。

在具体实施中，由于系统传输通道的不一致性，导致变频后的信号与理论要求的信号存在一定的误差，这个误差将影响最后的方位角度信号和俯仰角度信号测量结果，因此需要对测量信号与校正值部进行比较，输出校正值至校正模块，进而进行信号的校正。

方位测量模块和俯仰测量模块用于完成对信号来波方向的方位角和俯仰角的测量，是跟踪模块的核心部，为了使测向支路在有信号进行测向时各支路的相位不受其他的影响，减小误差，采用同一个本振；伺服器是一个底层控制模块，根据方位测量模块和俯仰测量模块发出的方位角度信号和俯仰角度信号对伺服器进行控制，从而改变天线的姿态。

该基于ISM频段的民用无人机捕获系统结构紧凑、体积小、工作稳定，能够实时、快速、有效地实现捕获功能，其对测量信号进行校正，极大地减少了测量误差，捕获精确度高；同时，各模块的设计独立分开，各模块稍加改动可以应用到其他设备上，应用范围广。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将使显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制与本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于ISM频段的民用无人机捕获系统，其特征在于，包括：

天线，用于完成信号的收发；

干扰模块，用于产生干扰信号并传输；

馈源系统，与所述天线和干扰模块连接，用于接收由所述天线接收到的外部信号，对其进行分路处理，得到三路分路信号并传输；和用于接收所述干扰信号，对其进行处理，得到干扰发射信号并传输给所述天线；

变频模块，用于接收所述三路分路信号，并对其进行下变频，分别得到方位信号、俯仰信号和Σ信号并传输；

测频模块，用于接收所述Σ信号，并对其进行检测与测量，得到测量信号并传输；

跟踪模块，与所述变频模块和测频模块连接，用于接收所述测量信号、方位信号、俯仰信号和Σ信号，并对测量信号、方位信号、俯仰信号和Σ信号分别进行校正测量，得到方位角度信号和俯仰角度信号并传输；以及

伺服器，用于接收所述方位角度信号和俯仰角度信号，并根据所述方位角度信号和俯仰角度信号控制天线的方位角和俯仰角。

2.根据权利要求1所述的基于ISM频段的民用无人机捕获系统，其特征在于，所述馈源系统包括：

电桥a，与所述天线进行通讯，用于接收由天线接收到的C波段射频信号，对其进行整合并传输；

电桥b，与所述天线进行通讯，用于接收由天线接收到的C波段跟踪接收信号，对其进行整合并传输；

滤波放大模块a，与所述电桥a连接，对由电桥a整合后的射频信号进行滤波放大，得到第一路分路信号并传输；

滤波器放大模块b，与所述电桥b连接，对由电桥b整合后的接收信号进行滤波放大，得到第二路分路信号并传输；

处理模块，与所述干扰模块连接并与所述天线进行通讯，用于实现干扰信号的传输，以及用于接收由天线接收到的无线信号，并对其进行处理，得到第三路分路信号并传输。

3.根据权利要求2所述的基于ISM频段的民用无人机捕获系统，其特征在于：所述处理模块包括同轴继电开关、双工器和合路器，所述双工器与所述同轴继电开关双向连接，所述同轴继电开关与所述天线双向连接，所述双工器的输入端与所述干扰模块的输出端连接，所述合路器的输出端与下变频模块c的一端连接，下变频模块c的另一端与所述测频模块的输入端连接；

所述双工器输出端与所述合路器输入端之间设置有两个第一带通滤波器，两个所述第一带通滤波器之间连接有一低噪声放大器；所述同轴继电开关输出端与所述合路器输入端之间依次设置有单刀单掷开关、第二带通滤波器和低噪声放大器。

4.根据权利要求2或3所述的基于ISM频段的民用无人机捕获系统，其特征在于：所述电桥a和电桥b均为180度电桥。

5.根据权利要求3所述的基于ISM频段的民用无人机捕获系统，其特征在于：所述第一带通滤波器的工作频率为4.8～5.1GHz，第二带通滤波器的工作频率为4.4～5.1GHz。

6.根据权利要求3所述的基于ISM频段的民用无人机捕获系统，其特征在于：所述双工器的指标隔离≥60dB，插损≤2dB，承受功率≥100W。

7.根据权利要求3所述的基于ISM频段的民用无人机捕获系统，其特征在于：所述同轴继电开关的指标隔离≥70dB，插损≤0.5dB，承受功率≥100W。

8.根据权利要求2所述的基于ISM频段的民用无人机捕获系统，其特征在于，所述变频模块包括：

二次下变频模块a，用于接收第一路分路信号，并对其进行二次下变频，得到方位信号并传输；

二次下变频模块b，用于接收第二路分路信号，并对其进行二次下变频，得到俯仰信号并传输；

二次下变频模块c，用于接收第三路分路信号，并对其进行二次下变频，得到Σ信号并传输。

9.根据权利要求8所述的基于ISM频段的民用无人机捕获系统，其特征在于：所述测频模块包括信号检测模块、信号测量模块、扫频表和本振控制部，所述信号检测模块和信号测量模块的输入端与所述二次下变频模块c的输出端连接，所述扫频表的输入端与所述信号检测模块连接，所述扫频表的输出端与所述本振控制部连接，所述信号测量模块的输出端与所述本振控制部的输入端连接。

10.根据权利要求9所述的基于ISM频段的民用无人机捕获系统，其特征在于：所述跟踪模块包括校正值部、校正模块、方位测量模块和俯仰测量模块；所述校正模块的输入端分别与所述二次下变频模块a、二次下变频模块b和二次下变频模块c的输出端连接；

所述校正值部的输入端与所述信号测量模块的输出端连接，校正值部的输出端与所述校正模块的输入端连接；所述方位测量模块和俯仰测量模块的输入端与所述校正模块的输出端连接，所述方位测量模块和俯仰测量模块的输出端与所述伺服系统的输入端连接。