CN106527477A - 一种无人机监管系统及方法 - Google Patents

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft

Abstract

本发明公开了一种无人机监管系统，包括地面信号压制仪器、机载信号接收仪器、分析仪器和驱赶信号显示器，地面信号压制仪器包括信号发射器和功率放大器，信号发射器用于向禁飞区发射压制信号，功率放大器用于将压制信号进行放大处理得到放大压制信号；机载信号接收仪器用于接收放大压制信号；分析仪器用于对放大压制信号进行分析，当无人机飞行信号大于放大压制信号最小阈值时，则将分析结果发送给驱赶信号显示器；驱赶信号显示器用于向无人机遥控器发出驱赶信号。本发明还公开了一种无人机监管方法，本发明能提前感应到无人机，并实施驱赶和提供有针对性的信号压制，能够实时准确检测无形障碍物，判断无形障碍物的具体方位，且结构简单。

Description

一种无人机监管系统及方法
技术领域
本发明涉及无人机飞行器控制技术领域，尤其涉及一种无人机监管系统及方法。
背景技术
无人机控制技术研究是目前国内外研究机构关注的热点之一。近十几年来，无人机已被广泛应用于航拍摄影、电力巡检、环境监测、森林防火、灾情巡查、防恐救生、军事侦察、战场评估等领域，有效克服了有人驾驶飞机进行空中作业的不足，降低了购买与维护成本，提高了运载工具的安全性。
无人机空中作业时，面临着山脉、建筑物、树木、输电线路等有形障碍物的安全威胁，以及禁飞区、危险区等无形障碍物的约束。如果躲避不及就会发生坠机事件、产生安全隐患，甚至对操作者或者他人造成伤害；同时也造成了一定的经济损失。针对有形障碍物的自动避让，现有技术中已经存在，但对于无形避让，现有技术中寥寥无几，申请号为201310036271.8的中国发明专利公开了一种无人机避障控制方法，设有无人机子系统和地面站子系统，无人机子系统包含嵌入控制器和无线数据链的机载端，嵌入式飞行控制器内置卫星定位接收机和高度传感器；地面站子系统包含嵌入式监控计算机和无线数据链的地面端，嵌入式监控计算机内置包含障碍物地理信息的电子地图；在地面站子系统的嵌入式监控计算机内置的电子地图上，确定飞行区域中障碍物的地位置，建立虚拟的障碍物多边形柱体，并将其形体数据下载到嵌入式飞行控制器，嵌入式飞行控制器实时获取无人机的当前位置并计算出与障碍物多边形柱体的空间关系，然后生成无人机的轨迹指令，实现无人机的自动避障。这种方式借助于电子地图，可以通过在电子地图上输入禁飞或危险区域，能够实现无形障碍物的避让，但是该种方法需要依靠较完善的地图信息、较稳定的数据通信做支撑，才能完成相关任务，且一旦有新的禁飞区或危险区划定时，该种避让方式不能及时更新电子地图，容易进入禁飞区，因此，该种手段不能应对随时变化的禁飞区或危险区的划定。
另外，无人机无监管的飞行会带来一些困扰，由于飞行器本身质量水平不一，控制飞行器的飞手的操纵水平差异也很大，所以，无人机误入一些禁飞区的新闻屡见不鲜，甚至也诱发了一些敏感人士担心，可能会有不良人士操纵四轴飞行器来实施偷拍，在重点安防区域，如果无人机抵近飞行，则需要采取主动防御措施，防止无人机抵近拍摄，非法传递信息，甚至携带危险品进入重点安防区域。因此重点安防区域存在侦测并抵御无人机飞行的需求。现有法规对于通航领域的飞行管理还不是很完善，但是对于飞行高度不高，往往处于视距范围内的无人机，目前的监管还是一个空白。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何克服现有技术中无人机监管仍然是空白的缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无人机监管系统，包括地面信号压制仪器、机载信号接收仪器、分析仪器和驱赶信号显示器，所述机载信号接收仪器和分析仪器设置在无人机上，所述驱赶信号显示器设置在无人机遥控器上，，且所述各个仪器之间通过无线方式进行数据交互；所述地面信号压制仪器包括信号发射器和功率放大器，所述信号发射器用于向禁飞区发射压制信号并将所述压制信号发送给功率放大器，所述功率放大器用于将压制信号进行放大处理得到放大压制信号，并将放大压制信号发送给机载信号接收仪器；所述机载信号接收仪器，用于接收放大压制信号并将所述放大压制信号发送给分析仪器；所述分析仪器，用于对放大压制信号进行分析，当无人机飞行信号大于放大压制信号最小阈值时，则将分析结果发送给驱赶信号显示器；所述驱赶信号显示器，用于向无人机遥控器发出驱赶信号。
进一步地，当接收到驱赶信号后，分析仪器将无人机飞行信号S与放大压制信号最小阈值Smin和放大压制信号最大阈值Smax进行比较，当Smin≤S<Smax时，则控制无人机更改飞行路线或返航；当S≥Smax时，则强制无人机返航。
进一步地，所述系统还包括信号扫描仪器，所述信号扫描仪器设置在无人机上，用于利用全向天线实时扫描无人机飞行时的频段，将飞行时的频段作为飞行信号，并将飞行信号发送给分析仪器，所述放大压制信号的频段大于飞行时的频段。
进一步地，所述分析仪器包括功率分配模块、带通滤波模块、信号转换模块和频谱分析模块，所述功率分配模块用于将接收到的压制信号按照功率大小分为多路信号，所述带通滤波模块用于将每路信号进行带通滤波，所述信号转换模块用于将压制信号转换为数字信号，所述频谱分析单元用于将时域信号变化转化为频域信号。
进一步地，所述压制信号能够有效对无人机工作的各频段信号实施干扰压制，且能够产生有效压制波形。
相应地，本发明还提供了一种无人机监管方法，包括以下步骤：S1、向禁飞区发射压制信号并将所述压制信号进行放大处理得到放大压制信号；S2、接收放大压制信号；S3、对放大压制信号进行分析，若无人机飞行信号小于或等于放大压制信号最小阈值，则按原路线飞行；若无人机飞行信号大于放大压制信号最小阈值，则执行下一步骤；S4、向无人机遥控器发出驱赶信号。
进一步地，所述步骤S4接收到驱赶信号后还包括以下步骤：将无人机飞行信号S与放大压制信号最小阈值Smin和放大压制信号最大阈值Smax进行比较，当Smin≤S<Smax时，则控制无人机更改飞行路线或返航；当S≥Smax时，则强制无人机返航。
进一步地，所述步骤S3之前还包括以下步骤：利用全向天线实时扫描无人机飞行时的频段，并将飞行时的频段作为飞行信号，所述放大压制信号的频段大于飞行时的频段。
进一步地，所述步骤S3中对放大压制信号进行分析具体包括以下步骤：S31、将接收到的压制信号按照功率大小分为多路信号；S32、将每路信号进行带通滤波；S33、将压制信号转换为数字信号；S34、将时域信号变化转化为频域信号。
进一步地，所述压制信号能够有效对无人机工作的各频段信号实施干扰压制，且能够产生有效压制波形。
本发明的无人机监管系统及方法，具有如下有益效果：1、本发明的无人机监管系统及方法能够提前感应到高速飞行的无人机，并实施驱赶和提供有针对性的信号压制，能够实时准确检测无形障碍物，且判断无形障碍物的具体方位，可靠性强、结构简单。
2、本发明的无人机监管系统及方法能够有效解决无人机不在禁飞区飞行的问题，保障了个人隐私，也可以保障安防区域的隐秘性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明的无人机监管系统的框图；图2为本发明的无人机监管方法的流程图。
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部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种无人机监管系统，包括地面信号压制仪器、机载信号接收仪器、分析仪器和驱赶信号显示器，所述机载信号接收仪器和分析仪器设置在无人机上，所述驱赶信号显示器设置在无人机遥控器上，且所述各个仪器之间通过无线方式进行数据交互；所述地面信号压制仪器包括信号发射器和功率放大器，所述信号发射器用于向禁飞区发射压制信号并将所述压制信号发送给功率放大器，所述功率放大器用于将压制信号进行放大处理得到放大压制信号，并将放大压制信号发送给机载信号接收仪器；所述机载信号接收仪器，用于接收放大压制信号并将所述放大压制信号发送给分析仪器；所述分析仪器，用于对放大压制信号进行分析，当无人机飞行信号大于放大压制信号最小阈值时，则将分析结果发送给驱赶信号显示器；所述驱赶信号显示器，用于向无人机遥控器发出驱赶信号。
当接收到驱赶信号后，分析仪器将无人机飞行信号S与放大压制信号最小阈值Smin和放大压制信号最大阈值Smax进行比较，当Smin≤S<Smax时，则控制无人机更改飞行路线或返航；当S≥Smax时，则强制无人机返航。
所述系统还包括信号扫描仪器，所述信号扫描仪器设置在无人机上，用于利用全向天线实时扫描无人机飞行时的频段，将飞行时的频段作为飞行信号，并将飞行信号发送给分析仪器，所述放大压制信号的频段大于飞行时的频段。
所述分析仪器包括功率分配模块、带通滤波模块、信号转换模块和频谱分析模块，所述功率分配模块用于将接收到的压制信号按照功率大小分为多路信号，所述带通滤波模块用于将每路信号进行带通滤波，所述信号转换模块用于将压制信号转换为数字信号，所述频谱分析单元用于将时域信号变化转化为频域信号。
所述压制信号能够有效对无人机工作的各频段信号实施干扰压制，且能够产生有效压制波形。
所述功率分配模块中功率大小具体涉及信道参数计算，接收链路电平估算，接收链路的最低接收电平PRmin按下式计算：PRmin＝[Eb/Nc]+[B]+[K]+[T]+[NF]-[PG]；式中：Eb/Nc为归一化信噪比，取为8.5dB（即对应于误码率10-5，解调门限为10.2dB，再减去译码增益5dB）；B为通带带宽；K波尔兹曼常数：- 228.6dB；T为系统噪声温度，取为356K（28.94dB）；NF接收机噪声系数，取为3dB；PG扩频处理增益：10lg0(0dB)。将各数值代入上式后，可计算出系统接收链路的最低接收电平PRmin。
通过上面的信道参数计算，得到的系统发射/接收链路的最低接收电平PRmin，带入链路功率估算式中：PT＝[PR]-[GT]-[GR]+[Lfs]+[SM] PR为最小接收电平（对应于误差率10-5）；GT为发射天线的增益；GR为接收天线的增益；Lfs为自由空间传播损耗，带入计算的计算过程为：35.9+243gD(km)+243gf(MHz)；SM系统余量：19dB(防跌落电平储备7dB，多径衰落余量6.3dB，极化损失2dB，解调抖动0.7dB，馈线损耗2dB)；将各数值代入上式后，计算出压制信号的功率。
相应地，本发明还提供了一种无人机监管方法，包括以下步骤：S1、向禁飞区发射压制信号并将所述压制信号进行放大处理得到放大压制信号；S2、接收放大压制信号；S3、对放大压制信号进行分析，若无人机飞行信号小于或等于放大压制信号最小阈值，则按原路线飞行；若无人机飞行信号大于放大压制信号最小阈值，则执行下一步骤；S4、向无人机遥控器发出驱赶信号。
所述步骤S4接收到驱赶信号后还包括以下步骤：将无人机飞行信号S与放大压制信号最小阈值Smin和放大压制信号最大阈值Smax进行比较，当Smin≤S<Smax时，则控制无人机更改飞行路线或返航；当S≥Smax时，则强制无人机返航。
所述步骤S3之前还包括以下步骤：利用全向天线实时扫描无人机飞行时的频段，并将飞行时的频段作为飞行信号，所述放大压制信号的频段大于飞行时的频段。
所述步骤S3中对放大压制信号进行分析具体包括以下步骤：S31、将接收到的压制信号按照功率大小分为多路信号；S32、将每路信号进行带通滤波；S33、将压制信号转换为数字信号；S34、将时域信号变化转化为频域信号。
所述压制信号能够有效对无人机工作的各频段信号实施干扰压制，且能够产生有效压制波形。
本发明的无人机监管系统及方法，具有如下有益效果：1、本发明的无人机监管系统及方法能够提前感应到高速飞行的无人机，并实施驱赶和提供有针对性的信号压制，能够实时准确检测无形障碍物，且判断无形障碍物的具体方位，可靠性强、结构简单。
2、本发明的无人机监管系统及方法能够有效解决无人机不在禁飞区飞行的问题，保障了个人隐私，也可以保障安防区域的隐秘性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机监管系统，其特征在于，包括地面信号压制仪器、机载信号接收仪器、分析仪器和驱赶信号显示器，所述机载信号接收仪器和分析仪器设置在无人机上，所述驱赶信号显示器设置在无人机遥控器上，且所述各个仪器之间通过无线方式进行数据交互；所述地面信号压制仪器包括信号发射器和功率放大器，所述信号发射器用于向禁飞区发射压制信号并将所述压制信号发送给功率放大器，所述功率放大器用于将压制信号进行放大处理得到放大压制信号，并将放大压制信号发送给机载信号接收仪器；所述机载信号接收仪器，用于接收放大压制信号并将所述放大压制信号发送给分析仪器；所述分析仪器，用于对放大压制信号进行分析，当无人机飞行信号大于放大压制信号最小阈值时，则将分析结果发送给驱赶信号显示器；所述驱赶信号显示器，用于向无人机遥控器发出驱赶信号。
2.根据权利要求1所述的无人机监管系统，其特征在于，当接收到驱赶信号后，分析仪器将无人机飞行信号S与放大压制信号最小阈值Smin和放大压制信号最大阈值Smax进行比较，当Smin≤S<Smax时，则控制无人机更改飞行路线或返航；当S≥Smax时，则强制无人机返航。
3.根据权利要求2所述的无人机监管系统，其特征在于，所述系统还包括信号扫描仪器，所述信号扫描仪器设置在无人机上，用于利用全向天线实时扫描无人机飞行时的频段，将飞行时的频段作为飞行信号，并将飞行信号发送给分析仪器，所述放大压制信号的频段大于飞行时的频段。
4.根据权利要求3所述的无人机监管系统，其特征在于，所述分析仪器包括功率分配模块、带通滤波模块、信号转换模块和频谱分析模块，所述功率分配模块用于将接收到的压制信号按照功率大小分为多路信号，所述带通滤波模块用于将每路信号进行带通滤波，所述信号转换模块用于将压制信号转换为数字信号，所述频谱分析单元用于将时域信号变化转化为频域信号。
5.根据权利要求1-4所述的无人机监管系统，其特征在于，所述压制信号能够有效对无人机工作的各频段信号实施干扰压制，且能够产生有效压制波形。
6.一种无人机监管方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、向禁飞区发射压制信号并将所述压制信号进行放大处理得到放大压制信号；
S2、接收放大压制信号；
S3、对放大压制信号进行分析，
若无人机飞行信号小于或等于放大压制信号阈值，则按原路线飞行；
若无人机飞行信号大于放大压制信号最小阈值，则执行下一步骤；
S4、向无人机遥控器发出驱赶信号。
7.根据权利要求6所述的无人机监管方法，其特征在于，所述步骤S4接收到驱赶信号后还包括以下步骤：将无人机飞行信号S与放大压制信号最小阈值Smin和放大压制信号最大阈值Smax进行比较，当Smin≤S<Smax时，则控制无人机更改飞行路线或返航；当S≥Smax时，则强制无人机返航。
8.根据权利要求7所述的无人机监管方法，其特征在于，所述步骤S3之前还包括以下步骤：利用全向天线实时扫描无人机飞行时的频段，并将飞行时的频段作为飞行信号，所述放大压制信号的频段大于飞行时的频段。
9.根据权利要求8所述的无人机监管方法，其特征在于，所述步骤S3中对放大压制信号进行分析具体包括以下步骤：
S31、将接收到的压制信号按照功率大小分为多路信号；
S32、将每路信号进行带通滤波；
S33、将压制信号转换为数字信号；
S34、将时域信号变化转化为频域信号。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的无人机监管方法，其特征在于，所述压制信号能够有效对无人机工作的各频段信号实施干扰压制，且能够产生有效压制波形。
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