CN106382856A - 一种保障公共安全的无人机禁飞区防卫系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种保障公共安全的无人机禁飞区防卫系统和方法。包括竖直步进电机，旋转柱，水平步进电机，旋转头，电路板，通信天线，螺钉，销钉，声音接收器，高频波发射器。竖直步进电机的输出轴竖直向上，旋转柱与竖直步进电机的输出轴销接；水平步进电机通过螺钉固定在旋转柱上，旋转头与水平步进电机输出轴销接；高频波发射器安装在声音接收器中间，两者均固定在旋转头的圆柱面上；声音接收器捕获无人机噪音后，电路板内的MCU调节步进电机转动，使得获取噪音最大化，高频波发射器朝向无人机发射高频波，引起无人机内陀螺仪振子的共振，无人机失去稳定性后迫降。本系统设立在无人机禁飞边界区域，进一步保障人民生命财产安全和稳定社会治安。

Description

一种保障公共安全的无人机禁飞区防卫系统和方法

技术领域

本发明涉及公共安全保护装置系统领域，特别是涉及一种保障公共安全的无人机禁飞区防卫系统和方法。

背景技术

无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。得益于技术进步和资本推动，近年来消费级无人机呈现出前所未有的发展，但是无人机影响公共安全的事例屡有发生。

中央军委、国务院颁布的《通用航空飞行管制条例》第一章第四条指出，从事通用航空飞行活动的单位、个人，必须按照《中华人民共和国民用航空法》的规定取得从事通用航空活动的资格，并遵守国家有关法律、行政法规的规定。《中华人民共和国民用航空法》第一百四十六条规定，从事通用航空活动，应当具备下列条件：（一）有与所从事的通用航空活动相适应，符合保证飞行安全要求的民用航空器；（二）有必需的依法取得执照的航空人员；（三）符合法律、行政法规规定的其他条件。因此，无人机飞行须满足航空器安全要求、无人机操作员资质要求以及其他法律法规的要求。

由于目前我国很多无人机还无法达到民航局的适航要求，安全性难以保障。同时，无人机技术数据链尚需完善。数据链丢失容易导致无人机失控，即使带有自动回收功能的无人机，也难以保证在无人机自动返回期间的安全性。最为严重的是，民用无人机在感知规避方面的技术还不成熟，无人机一般也没有配备空中防撞系统。例如在民航机场附近飞行的无人机，给民航客机带来了严重的安全隐患。民用无人机航空作业活动的严格管理还需加强，民众也要增强安全使用无人机的意识，避免危害公共安全。

新技术的出现，往往需要对应的法规和另一种技术来对其约束。针对无人机违法事件可能危及人民群众生命财产安全，扰乱社会治安的问题，亟需一种保障公共安全的无人机禁飞区防卫系统，设立在禁飞边界区域，当无人机靠近禁飞边界时，飞行控制系统遭到控制或破坏而迫降。

发明内容

因此，本发明为了保障人民群众生命财产安全和维护社会治安，提供一种保障公共安全的无人机禁飞区防卫系统，设立在禁飞边界区域处，当无人机靠近禁飞区域时，这种禁飞区防卫系统根据机翼发出的声音快速锁定无人机方位，然后定向发射高频波，引起无人机的陀螺仪共振，无人机失去稳定后迫降。

本发明提供一种保障公共安全的无人机禁飞区防卫系统，包括竖直步进电机，旋转柱，水平步进电机，旋转头，电路板，通信天线，螺钉，电线，销钉，声音接收器，高频波发射器。

所述竖直步进电机的输出轴竖直向上，壳体尾部设有法兰，螺钉穿过法兰将其固定在基体上，竖直步进电机的输出轴上开设有通孔。

所述旋转柱的下部分为圆柱体，底面沿圆柱轴线方向开设电机轴安装孔，用于装配竖直步进电机的输出轴，圆柱体中间部分径向开设通孔，所述销钉分别穿过竖直步进电机的输出轴的通孔和旋转柱的圆柱体径向的通孔，将旋转柱装配在竖直步进电机上；所述旋转柱的上部分中间切除，形成左右两个安装立壁，右侧安装立壁外侧铣平并开设电机轴孔和螺钉孔。

所述水平步进电机的输出轴水平向左，壳体前端设有法兰，螺钉穿过法兰将其固定在旋转柱的右侧立壁外侧，水平步进电机的输出轴上开设有通孔。

所述旋转头为圆柱状，嵌在旋转柱两个安装立壁中间，旋转头轴线方向开设电机轴安装孔，旋转头径向方向开设通孔，销钉分别穿过旋转头径向通孔和水平步进电机输出轴的通孔，将旋转头装配在水平步进电机上。

所述电路板底面设有法兰，螺钉穿过法兰将电路板固定在基体上，所述通信天线安装在电路板上侧。电路板内含A/D转换电路、MCU、通信电路、高频振荡电路。

所述声音接收器和高频波发射器安装在旋转头的圆柱面上，高频波发射器安装在声音接收器中间。

本发明的工作原理为：维持无人机飞行稳定的元件是陀螺仪，除了专业军事设备中配备有高成本的光纤陀螺仪和激光陀螺仪，市场现有电器设备中装备的均是微机械(MEMS)陀螺仪。微机械陀螺仪依赖于由相互正交的振动和转动引起的交变科里奥利力，振子被柔软的弹性结构悬挂在基底之上，整体动力学系统是二维弹性阻尼系统，在这个系统中振动和转动诱导的科里奥利力把正比于角速度的能量转移到传感模式。无人机利用微机械陀螺仪感知角速度的变化，及时调节各种飞行动力参数以维持机身保持稳定。

无人机在飞行时，螺旋桨的旋动产生较大分贝的噪音，声音接收器在捕获无人机噪音后，MCU控制竖直步进电机的输出轴水平面旋转，控制水平步进电机的输出轴竖直面旋转，实现禁飞区防卫设备周边三维立体空间的全方位扫描，在旋转头的运动过程中，通过声音强度对比，驱动声音接收器朝向更大噪音方向，实现声音接收器始终锁定无人机方位的目的。

高频波发射器与声音接收器的朝向始终一致，在锁定无人机方位后，MCU控制高频振荡电路产生高频波，通过高频波发射器将高频波发射到空气中，高频波具备良好的方向性，频率范围覆盖微机械陀螺仪的振子的固有频率，引发振子共振，破坏陀螺仪的感知作用，无人机失去稳定性后迫降。

在声音接收器捕获无人机的同时，MCU控制通信电路通过通信天线将无人机入侵信息传递给后台监管平台，工作人员立即实施无人机抓捕工作。

本发明具有的有益效果是：

（1）利用竖直和水平两个方向的步进电机组合，实现空间全方位扫描；

（2）将声音捕获和高频波发射两者的方向合二为一，准确快速攻击目无人机；

（3）利用共振原理，实现从根源破坏无人机的稳定性；

（4）配置通讯装置，实现与后台的实时信息传递；

所以，这种保障公共安全的无人机禁飞区防卫系统，能够在无人机靠近禁飞边界时，迫使无人机降落，实现进一步保障人民群众生命财产安全和维护社会治安。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1是本发明的右前视角的整体装配示意图。

图2是本发明的左前视角的整体装配示意图。

图3是本发明的结构拆解示意图。

图4是本发明的旋转头的结构示意图。

图5是本发明中各元件连接示意图。

图6是本发明的监督禁飞区防卫控制的流程图。

图中标号：1-竖直步进电机，2-旋转柱，3-水平步进电机，4-旋转头，5-电路板，6-通信天线，7-螺钉，8-电线，9-销钉，10-声音接收器，11-高频波发射器，a-竖直步进电机输出轴，b-水平步进电机输出轴。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明保障公共安全的无人机禁飞区防卫系统作进一步的详细描述。

如图1和图2所示，一种保障公共安全的无人机禁飞区防卫系统，其硬件主要包括：竖直步进电机1，旋转柱2，水平步进电机3，旋转头4，电路板5，通信天线6，螺钉7，电线8，销钉9，声音接收器10，高频波发射器11。

所述竖直步进电机1的输出轴a竖直向上，壳体尾部设有法兰，螺钉7穿过法兰将其固定在基体上，竖直步进电机1的输出轴a上开设有通孔。

所述旋转柱2的下部分为圆柱体，底面沿圆柱轴线方向开设电机轴安装孔，用于装配竖直步进电机1的输出轴a，圆柱体中间部分径向开设通孔，所述销钉9分别穿过竖直步进电机1的输出轴a的通孔和旋转柱2的圆柱体径向的通孔，将旋转柱2装配在竖直步进电机1上；所述旋转柱2的上部分中间切除，形成左右两个安装立壁，右侧安装立壁外侧铣平并开设电机轴孔和螺钉孔。

所述水平步进电机3的输出轴b水平向左，壳体前端设有法兰，螺钉7穿过法兰将其固定在旋转柱2的右侧立壁外侧，水平步进电机3的输出轴b上开设有通孔。

所述旋转头4为圆柱状，嵌在旋转柱2的两个安装立壁中间，旋转头4轴线方向开设电机轴安装孔，旋转头径向方向开设通孔，销钉分别穿过旋转头径向通孔和水平步进电机3输出轴的通孔，将旋转头4装配在水平步进电机3上。

所述电路板5底面设有法兰，螺钉7穿过法兰将电路板5固定在基体上，所述通信天线6安装在电路板5上侧。电路板5内含A/D转换电路、MCU、通信电路、高频振荡电路。

进一步讲，竖直步进电机1和电路板5的安装基体是指建筑物的顶端平台或者专门埋设的水泥基座。

所述声音接收器10和高频波发射器11安装在旋转头4的圆柱面上，高频波发射器11安装在声音接收器10中间。

进一步讲，声音接收器10内包含振动薄膜，振动薄膜为平行电容的一个极板，振动薄膜感知到声音后振动，引起电容量发生改变，将声音信号转化为电信号。

进一步讲，高频波发射器11包含永久磁体和驱动线圈，永久磁体与振膜连接，当不同大小电流经过驱动线圈时，产生磁力引起永久磁体运动，带动振膜振动，将电信号转换为机械波。

无人机在飞行时，螺旋桨的旋动产生较大分贝的噪音，声音接收器10在捕获无人机噪音后，MCU控制竖直步进电机1的输出轴a水平面旋转，控制水平步进电机3的输出轴b竖直面旋转，实现禁飞区防卫设备周边三维立体空间的全方位扫描，在旋转头4的运动过程中，通过声音强度对比，驱动声音接收器10朝向更大噪音方向，实现声音接收器10始终锁定无人机方位的目的。

进一步讲，步进电机电脉冲信号转变为角位移或线位移的控制电机，本发明中的竖直步进电机1和水平步进电机3都是通过MCU控制脉冲信号转动，电机轴转动角度取决于脉冲数。

高频波发射器11与声音接收器10的朝向始终一致，在锁定无人机方位后，MCU控制高频振荡电路产生高频波，通过高频波发射器11将高频波发射到空气中，波的频率越高，直线传播性越好，高频波具备良好的方向性，频率范围覆盖微机械陀螺仪的振子的固有频率，引发振子共振，破坏陀螺仪的感知作用，无人机失去稳定性后迫降。

在声音接收器捕获无人机的同时，MCU控制通信电路通过通信天线将无人机入侵信息传递给后台监管平台，工作人员立即实施无人机抓捕工作。

本发明中，A/D转换电路是指将模拟量转换为数字量的电路；MCU是指单片微型计算机，集成了内处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、计数器、以及I/O端口为一体的一块集成芯片。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种保障公共安全的无人机禁飞区防卫系统，其特征在于，硬件包括竖直步进电机(1)，旋转柱(2)，水平步进电机(3)，旋转头(4)，电路板(5)，通信天线(6)，螺钉(7)，电线(8)，销钉(9)，声音接收器(10)，高频波发射器(11)；

所述竖直步进电机(1)的输出轴(a)竖直向上，壳体尾部设有法兰，螺钉(7)穿过法兰将其固定在基体上，竖直步进电机(1)的输出轴(a)上开设有通孔；

所述旋转柱(2)的下部分为圆柱体，底面沿圆柱轴线方向开设电机轴安装孔，用于装配竖直步进电机(1)的输出轴(a)，圆柱体中间部分径向开设通孔，所述销钉(9)分别穿过竖直步进电机(1)的输出轴(a)的通孔和旋转柱(2)的圆柱体径向的通孔，将旋转柱(2)装配在竖直步进电机(1)上；所述旋转柱(2)的上部分中间切除，形成左右两个安装立壁，右侧安装立壁外侧铣平并开设电机轴孔和螺钉孔；

所述水平步进电机(3)的输出轴(b)水平向左，壳体前端设有法兰，螺钉(7)穿过法兰将其固定在旋转柱(2)的右侧立壁外侧，水平步进电机(3)的输出轴(b)上开设有通孔；

所述旋转头(4)为圆柱状，嵌在旋转柱(2)的两个安装立壁中间，旋转头(4)轴线方向开设电机轴安装孔，旋转头径向方向开设通孔，销钉分别穿过旋转头径向通孔和水平步进电机(3)输出轴的通孔，将旋转头(4)装配在水平步进电机(3)上；

所述电路板(5)底面设有法兰，螺钉(7)穿过法兰将电路板(5)固定在基体上，所述通信天线(6)安装在电路板(5)上侧；电路板(5)内含A/D转换电路、MCU、通信电路、高频振荡电路；

所述声音接收器(10)和高频波发射器(11)安装在旋转头(4)的圆柱面上，高频波发射器(11)安装在声音接收器(10)中间。

2.根据权利要求1所述的保障公共安全的无人机禁飞区防卫系统，其特征在于，所述竖直步进电机(1)和电路板(5)的安装基体可以是建筑物的顶端平台。

3.根据权利要求1所述的保障公共安全的无人机禁飞区防卫系统，其特征在于，所述竖直步进电机(1)和电路板(5)的安装基体可以是专门埋设的水泥基座。

4.一种保障公共安全的无人机禁飞区防卫方法，其特征在于，所述声音接收器(10)在捕获无人机噪音后，MCU控制竖直步进电机(1)的输出轴(a)水平面旋转，控制水平步进电机(3)的输出轴(b)竖直面旋转，实现禁飞区防卫设备周边三维立体空间的全方位扫描，在旋转头(4)的运动过程中，通过声音强度对比，驱动声音接收器(10)朝向更大噪音方向，实现声音接收器(10)始终锁定无人机方位；

高频波发射器(11)与声音接收器(10)的朝向始终一致，在锁定无人机方位后，MCU控制高频振荡电路产生高频波，通过高频波发射器(11)将高频波发射到空气中，频率范围覆盖微机械陀螺仪的振子的固有频率，引发振子共振，破坏陀螺仪的感知作用，无人机失去稳定性后迫降；

MCU控制通信电路通过通信天线将无人机入侵信息传递给后台监管平台，工作人员立即实施无人机抓捕工作。