CN106742000A - 一种无源定位寻的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于低空无源探测与定位技术领域，更具体地涉及针对低空小目标的无源定位寻的装置,机身的下方设置有目标打击机构和传声器阵列，机身内安装有与传声器阵列和目标打击机构电信连接的控制器，机身底部安装有用以驱动目标打击机构绕机身轴线旋转的旋转驱动装置，机身底部还安装有用以安装传声器阵列的多脚支架。本发明的无源定位寻的装置能够通过声寻方式自动追踪目标，有效地拦截近距离小型无人机。装置采用被动声探测方法，隐蔽性好，降低了被发现的概率，并能全天候工作；其中的探测手段弥补了已有无人机自动跟踪捕获系统视频图像采集视角有限的不足，实现了全方位大范围探测。

Description

一种无源定位寻的装置

技术领域

本发明属于低空无源探测与定位技术领域，更具体地涉及针对低空小目标的无源定位寻的装置。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

随着我国低空空域的开放以及无人机行业的飞速发展，“低小慢”目标的非法入侵问题对日常经济活动的影响正逐步加深。面对低空飞行器带来的种种威胁，加强重要场所的侦测与防范，提高重大区域的安全性十分重要，如何准确探测、定位并追踪该类目标是一个亟待解决的问题。

现有监测技术主要有雷达探测、光电/红外探测等。低空目标飞行高度一般在百米范围，易被遮挡，且受地形起伏，地物杂波影响较大，常规地面雷达，光电/红外探测手段难以有效地发挥作用。在以无人机进行目标定位与跟踪方面，主要通过摄像头采集的视觉信息并以人工遥控的方式控制载机追踪目标。声探测是一种通过传声器阵列检测飞行器旋翼、发动机产生的声音来确定目标存在，并对目标进行定位的探测技术。对于处在雷达探测盲区的低空目标，声探测技术因其不受视线限制，能实现被动全方位探测等优势而受到了一定关注。对于公开在国家知识产权局的一种主动捕获低空小型无人飞行器的系统及方法、一种传声器阵列结构可变的低空目标定位与跟踪系统等专利材料，材料1通过立体图像处理算法实现了目标的自动跟踪，但是其采用的视频图像采集手段视角有限；材料2采用传声器阵列对低空目标进行全方位监控，若对目标进行拦截打击，需再增加拦截毁伤手段，对于突发事件难以满足实时对抗要求，另外这种全天候大范围监测系统结构较为复杂，网络维护和使用的成本相对较高。

针对非法入侵的无人机监测与打击问题，本发明提供了一种可由无人机携带的无源定位寻的装置，其通过传声器阵列接收飞行器产生的旋翼噪声探测可疑目标，确认目标后立刻启动整个无源声阵列探测智能系统来获取目标准确空间位置并对目标进行自动寻的，引导己方无人机接近目标后能够采取相应打击手段保护目标区域，具有多角度、全方位、侦测杀伤一体化的特点。

发明内容

为解决上述现有技术中低空无人飞行器的无源探测自动跟踪以及杀伤问题。特别是利用声阵列探测智能雷技术对无人机进行低空预警、自动寻的，以提高重要场所的安全性，维护日常生产活动的正常进行，提出一种无源定位寻的装置。

在本发明的一个优选的实施例中，一种无源定位寻的装置，该装置与无人机的安装平台固定连接，包括与安装平台固定连接的机身，机身顶部设有与无人机的安装平台可拆卸连接的安装板，该机身的下方设置有目标打击机构和传声器阵列，机身内安装有与传声器阵列和目标打击机构电信连接的控制器，机身底部安装有用以驱动目标打击机构绕机身轴线旋转的旋转驱动装置，机身底部还安装有用以安装传声器阵列的多脚支架。

进一步的，传声器阵列的阵列形式为立体五元十字阵，包括呈正方形十字阵排列的四个传声器和一个位于该正方形十字阵的十字交点正上方的传声器，正方形十字阵所处平面与机身顶部的安装板上的安装平面平行；每个传声器固定在多脚支架的一个脚的末端，多脚支架由中空杆件制成，中空杆件内设置有用以将传声器与控制器电信连接的信号线。

进一步的，机身包括可拆分的上壳体和下壳体，上壳体和下壳体均为中空结构，控制器包括安装在上壳体内腔中的系统电路板和安装在下壳体内腔中的电源组件，上壳体内可拆卸地安装有用以安装系统电路板的上隔板，下壳体内可拆卸地安装有用以安装电源组件的下隔板。

进一步的，上壳体的顶部中心位置设置有贯穿安装板的上通孔，系统电路板通过信号线与无人机的控制系统连接。

进一步的，下壳体的底部中心位置一体成型有轴套，轴套底部通过螺丝安装有端盖，该轴套内轴承安装有垂直向下穿出端盖的转轴2b5，旋转驱动装置固定连接在该转轴2b5的底部。

进一步的，旋转驱动装置包括有水平设置的旋转臂和安装在该旋转臂上的驱动电机，旋转臂的一端与转轴2b5固定连接，驱动电机安装在旋转臂的另一端，驱动电机的输出端安装有驱动齿轮，在端盖的外圆周上一体成型有与驱动齿轮啮合的外齿圈。

进一步的，旋转臂上一体成型有呈竖直状态的竖直安装板，目标打击机构安装在该竖直安装板的外侧。

进一步的，多脚支架设有垂直向上延伸至下壳体内的中空连接杆，转轴2b5的轴线处设有供该中空连接杆穿过的管道，下壳体内位于下隔板的正下方安装有与中空连接杆连接的支架连接板。

进一步的，目标打击机构安装有有弹药装载发射器。

具体优点为：本发明的无源定位寻的装置能够通过声寻方式自动追踪目标，有效地拦截近距离小型无人机。装置采用被动声探测方法，隐蔽性好，降低了被发现的概率，并能全天候工作；其中的探测手段弥补了已有无人机自动跟踪捕获系统视频图像采集视角有限的不足，实现了全方位大范围探测。信号处理单元根据传声器接收信号通过相应算法对目标进行空间定位，并计算追踪路线，联合伺服系统指挥无人机进行方位调整完成目标自动寻的，无需工作人员操作，减少作业量。装置包括拦截杀伤机构，且对于不同应用场所支持更换弹药类型，并能增加弹药机构，扩展应用领域。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是本发明安装在无人机上的立体结构示意图；

图2是本发明安装在无人机上的前视图；

图3是本发明的立体结构示意图；

图4是本发明的立体结构剖视图；

图5是本发明的立体分解结构示意图；

附图标记说明：无人机1，机身2，上壳体2a，安装板2a1，上通孔2a2，上隔板2a3，下壳体2b，轴套2b1，端盖2b2，下隔板2b3，支架连接板2b4，转轴2b5，旋转驱动装置3，旋转臂3a，驱动电机3b，驱动齿轮3c，竖直安装板3d，目标打击机构4，多脚支架5，中空连接杆5a，传声器6，系统电路板7，电源组件8。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

作为本发明的一个优选实施例，如图1至图5所示的一种无源定位寻的装置，该装置与无人机1的安装平台固定连接，包括与安装平台固定连接的机身2，机身2顶部设有与无人机1的安装平台可拆卸连接的安装板2a1，该机身2的下方设置有目标打击机构4和传声器阵列，机身2内安装有与传声器阵列和目标打击机构4电信连接的控制器，机身2底部安装有用以驱动目标打击机构4绕机身2轴线旋转的旋转驱动装置3，机身2底部还安装有用以安装传声器阵列的多脚支架5。

传声器阵列的阵列形式为立体五元十字阵，包括呈正方形十字阵排列的四个传声器6和一个位于该正方形十字阵的十字交点正上方的传声器6，正方形十字阵所处平面与机身2顶部的安装板2a1上的安装平面平行；每个传声器6固定在多脚支架5的一个脚的末端，多脚支架5由中空杆件制成，中空杆件内设置有用以将传声器6与控制器电信连接的信号线。

传声器阵列由五个特性相同的传声器6构成，采用小基立体五元十字阵形式以达到多路同步检测信号的目的。相对于四元十字阵采用传声器阵列形式以提高方位角测量精度，相对于平面五元十字阵采用传声器阵列形式以提高俯仰角测量精度。其中四个传声器6构成十字阵且呈正方形分布，所处平面与机身2顶部安装板2a1的安装平面平行，四个阵元依次间隔1米。第五个传声器6位于其余四个阵元所处平面上方，且其垂直投影为正方形中心点位置。

机身2包括可拆分的上壳体2a和下壳体2b，上壳体2a和下壳体2b均为中空结构，控制器包括安装在上壳体2a内腔中的系统电路板7和安装在下壳体2b内腔中的电源组件8，上壳体2a内可拆卸地安装有用以安装系统电路板7的上隔板2a3，下壳体2b内可拆卸地安装有用以安装电源组件8的下隔板2b3。

上壳体2a的顶部中心位置设置有贯穿安装板2a1的上通孔2a2，系统电路板7通过信号线与无人机1的控制系统连接。

下壳体2b的底部中心位置一体成型有轴套2b1，轴套2b1底部通过螺丝安装有端盖2b2，该轴套2b1内轴承安装有垂直向下穿出端盖2b2的转轴2b5，旋转驱动装置3固定连接在该转轴2b5的底部。

旋转驱动装置3包括有水平设置的旋转臂3a和安装在该旋转臂3a上的驱动电机3b，旋转臂3a的一端与转轴2b5固定连接，驱动电机3b安装在旋转臂3a的另一端，驱动电机3b的输出端安装有驱动齿轮3c，在端盖2b2的外圆周上一体成型有与驱动齿轮3c啮合的外齿圈。

旋转臂3a上一体成型有呈竖直状态的竖直安装板3d，目标打击机构4安装在该竖直安装板3d的外侧。

多脚支架5设有垂直向上延伸至下壳体2b内的中空连接杆5a，转轴2b5的轴线处设有供该中空连接杆5a穿过的管道，下壳体2b内位于下隔板2b3的正下方安装有与中空连接杆5a连接的支架连接板2b4。

系统电路板7设置有预警电路单元、信息处理单元、控制单元、伺服单元和电源管理单元。

目标打击机构4安装有有弹药装载发射器。

机身2用于保护控制器并连接无人机1的安装平台；传声器阵列用于获取区域内目标无人机1旋翼噪声信号并完成所接收信号的声-电转换；系统电路板7由预警电路单元、信息处理单元、控制单元、伺服单元和电源管理单元组成，用于完成目标识别、空间定位、自动寻的；目标打击机构4用于瞄准低空可疑飞行器并对其进行有效打击。

面对不同工作环境，信号处理单元通过噪声特征分析算法进行目标识别，确定声源类型以选择合适毁伤手段。无源定位寻的装置的目标打击机构4可选更换弹药类型，同时支持扩展弹药装备，一次配备多种类型弹药，以适应不同应用场所。

本发明的装置是一种无源定位，自动寻的装置，其通过声测电路实现低空可疑飞行器的无源全方位探测，采用时延估计算法计算目标精确位置，通过伺服系统控制载机自动导航接近目标，在有效打击范围内发射毁伤弹药打击目标。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对示例性实施方式做出各种改进或变型。

Claims (9)

1.一种无源定位寻的装置，该装置与无人机(1)的安装平台固定连接，其特征在于：包括与安装平台固定连接的机身(2)，机身(2)顶部设有与无人机(1)的安装平台可拆卸连接的安装板(2a1)，该机身(2)的下方设置有目标打击机构(4)和传声器阵列，机身(2)内安装有与传声器阵列和目标打击机构(4)电信连接的控制器，机身(2)底部安装有用以驱动目标打击机构(4)绕机身(2)轴线旋转的旋转驱动装置(3)，机身(2)底部还安装有用以安装传声器阵列的多脚支架(5)。

2.根据权利要求1所述的一种无源定位寻的装置，其特征在于：所述传声器阵列的阵列形式为立体五元十字阵，包括呈正方形十字阵排列的四个传声器(6)和一个位于该正方形十字阵的十字交点正上方的传声器(6)，正方形十字阵所处平面与机身(2)顶部的安装板(2a1)上的安装平面平行；每个所述传声器(6)固定在多脚支架(5)的一个脚的末端，多脚支架(5)由中空杆件制成，中空杆件内设置有用以将传声器(6)与控制器电信连接的信号线。

3.根据权利要求1所述的一种无源定位寻的装置，其特征在于：所述机身(2)包括可拆分的上壳体(2a)和下壳体(2b)，上壳体(2a)和下壳体(2b)均为中空结构，控制器包括安装在上壳体(2a)内腔中的系统电路板(7)和安装在下壳体(2b)内腔中的电源组件(8)，所述上壳体(2a)内可拆卸地安装有用以安装系统电路板(7)的上隔板(2a3)，下壳体(2b)内可拆卸地安装有用以安装电源组件(8)的下隔板(2b3)。

4.根据权利要求3所述的一种无源定位寻的装置，其特征在于：所述上壳体(2a)的顶部中心位置设置有贯穿安装板(2a1)的上通孔(2a2)，系统电路板(7)通过信号线与无人机(1)的控制系统连接。

5.根据权利要求3所述的一种无源定位寻的装置，其特征在于：所述下壳体(2b)的底部中心位置一体成型有轴套(2b1)，轴套(2b1)底部通过螺丝安装有端盖(2b2)，该轴套(2b1)内轴承安装有垂直向下穿出端盖(2b2)的转轴(2b5)，旋转驱动装置(3)固定连接在该转轴(2b5)的底部。

6.根据权利要求5所述的一种无源定位寻的装置，其特征在于：所述旋转驱动装置(3)包括有水平设置的旋转臂(3a)和安装在该旋转臂(3a)上的驱动电机(3b)，旋转臂(3a)的一端与转轴(2b5)固定连接，驱动电机(3b)安装在旋转臂(3a)的另一端，驱动电机(3b)的输出端安装有驱动齿轮(3c)，在端盖(2b2)的外圆周上一体成型有与驱动齿轮(3c)啮合的外齿圈。

7.根据权利要求6所述的一种无源定位寻的装置，其特征在于：所述旋转臂(3a)上一体成型有呈竖直状态的竖直安装板(3d)，目标打击机构(4)安装在该竖直安装板(3d)的外侧。

8.根据权利要求5所述的一种无源定位寻的装置，其特征在于：所述多脚支架(5)设有垂直向上延伸至下壳体(2b)内的中空连接杆(5a)，转轴(2b5)的轴线处设有供该中空连接杆(5a)穿过的管道，下壳体(2b)内位于下隔板(2b3)的正下方安装有与中空连接杆(5a)连接的支架连接板(2b4)。

9.根据权利要求1或7所述的一种无源定位寻的装置，其特征在于：所述目标打击机构(4)安装有有弹药装载发射器。