CN106877947B - 一种无人机的射频信道并行检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机的射频信道并行检测装置及方法，装置包括多个射频模块、多个射频微机模块、总控微机模块、实时时钟模块。该装置将无人机常用的2.4GHz通信频段划分成42个信道，然后并行测量每个信道的RSSI以及时间，根据测量的结果利用无人机信号与背景噪声的RSSI的差异以及无人机信号的带宽特点来检测无人机，其中无人机信号主要包括图传信号以及遥控器信号。另外该装置还能检测出无人机遥控器信号的跳频序列，根据跳频序列可以进一步识别出无人机的型号。本发明提出的一种无人机的射频信道并行检测装置及方法具有成本低，探测精度高，装置结构简单方便部署等优点，可以有效地检测和识别出无人机，能够广泛应用和部署在各种需要检测无人机的区域。
Description
技术领域
本发明涉及无人机检测及信号检测领域，具体涉及一种针对无人机的射频信道并行检测装置及方法。
背景技术
近年来，随着小型无人机的用途越来越广泛以及无人机爱好者数量越来越多，无人机数量迅速增长，由此而导致的无人机“黑飞”现象越来越多。无人机的飞行高度使其能够飞越绝大多数的障碍物，并可以对关键区域进行高清图像回传以及跟踪拍摄，甚至部分经过改装的无人机可以拥有非法投放违禁违规物品的能力从而易被不法人员利用，用于贩毒、走私、实施暴力恐怖活动等，这对国家和个人的隐私与人身安全造成了巨大的威胁。同时，由于无人机多数体积较小且飞行高度较低，导致常用的雷达探测手段往往无法检测和识别出无人机，从而无法探测一些敏感空域是否存在非法无人机入侵，另外一些常用的信号分析设备由于成本高、效用低，导致无法广泛应用于各种需要防御和探测无人机的场所和区域。因此，如何能找到一种成本低又能及时有效地对无人机进行检测和识别，是目前防御制止大量无人机“黑飞”现象出现的一大难题。
发明内容
针对现有无人机检测和识别手段的不足，本发明公开了一种无人机的射频信道并行检测装置及方法，该装置将无人机常用的2.4GHz通信频段划分成42个信道，然后并行测量每个信道的RSSI以及时间，根据测量的结果利用无人机信号与背景噪声的RSSI的差异以及无人机信号的带宽特点来检测无人机，其中无人机信号主要包括图传信号以及遥控器信号。另外该装置还能检测出遥控器信号的跳频序列，根据跳频序列可以进一步识别出无人机的型号。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种无人机的射频信道并行检测装置，该装置包括多个射频模块、多个射频微机模块、总控微机模块、实时时钟模块；射频模块用于检测无人机通信频段上不同信道的信号强度指示RSSI，每个射频模块负责检测一个信道，每个射频模块与一个射频微机模块相连，射频微机模块负责读取每个射频模块测量得到的信道RSSI；实时时钟模块与射频微机模块相连，用于记录射频模块测量信道RSSI的时刻；多个射频微机模块同时与总控微机模块相连，总控微机模块负责收集无人机通信频段上所有信道的RSSI，从而达到并行检测无人机多个信道的目的。
进一步地，所述的射频模块基于A7125芯片并通过外接天线来接收射频信号。射频微机模块采用STC12C5A60S2，每个射频微机模块控制一个射频模块。总控微机模块采用STC12C5A60S2，总控微机模块用于汇聚各个射频微机模块读取的信道RSSI数据，同时负责与计算机进行连接并将数据发送给PC。
一种无人机的射频信道并行检测方法，包括以下步骤：
步骤一，射频信道并行检测装置将2.4GHz到2.484GHz的频段带宽分成42个不重叠的信道进行并行检测，每个信道带宽是2MHz，并对这42个信道进行编号，共有42个射频模块分别负责检测其中一个信道。射频模块的工作模式为接收模式负责测量待检测信道的RSSI，与每个射频模块相连的射频微机模块负责读取射频模块测量到的信道RSSI，同时与射频微机模块相连的实时时钟模块负责记录射频模块测量信道RSSI的时间，然后射频微机模块将读取到的信道的RSSI以及对应的时间打包发送给与之相连的总控微机模块，总控微机模块将收集到的各信道的RSSI以及对应的测量时间发送给计算机。
步骤二，在确保没有无人机的情况下，利用射频信道并行检测装置测量的信道RSSI计算出每个信道的背景噪声RSSI。
步骤三，在检测无人机信号过程中，利用射频信道并行检测装置实时测量各个信道的RSSI，根据步骤二计算得出的背景噪声RSSI，并利用无人机信号与背景噪声RSSI的差异以及无人机信号的带宽特点来检测和区分出无人机信号，从而检测出周围是否有无人机存在，其中无人机信号主要包括无人机图传信号以及无人机遥控器信号。
进一步地，所述步骤二中，计算每个信道背景噪声RSSI的过程是：首先，各射频模块获取当前周围空间内的各信道的RSSI值，然后剔除各信道中与每个信道自身测得的大部分的RSSI相差较大的信道RSSI值后，求出各信道的RSSI平均值，该RSSI平均值即为该信道的背景噪声RSSI，其中背景噪声信号指除了无人机信号以外的所有2.4GHz信号。每个信道的背景噪声RSSI每隔一段时间将会根据上述计算过程重新计算，重新计算的时间间隔可根据需要进行人为设定。
进一步地，所述步骤三具体为：当射频信道并行检测装置周围出现无人机时，无人机会向地面控制站发送图传信号，同时无人机会接收地面发送过来的遥控器信号，这些与无人机有关的信号与背景噪声信号叠加，将导致射频信道并行检测装置检测到的信道RSSI值增大，从而大于信道的背景噪声RSSI，另外无人机图传信号和遥控器信号的RSSI不同，同时无人机图传信号和遥控器信号通信时的带宽也不一样，这些与无人机有关的信号分布在2.4GHz到2.483GHz频段上，所以可以根据检测到的各信道的RSSI与背景噪声RSSI的差异及其所占有的信道带宽是否满足无人机通信时的带宽来检测是否有无人机信号存在，同时还能分辨出无人机图传信号以及遥控器信号占用了哪些信道。
进一步地，所述步骤三中，将无人机的遥控器信号分辨出来之后，根据各个信道检测RSSI时的时间可以将无人机遥控器信号通信时的跳频序列检测出来，由于不同型号无人机与遥控器通信时信号的跳频序列都是不一样的，所以可以根据检测出来的无人机遥控信号跳频序列来进一步识别出无人机的型号等信息。
本发明的有益技术效果是：本发明针对目前常用的射频探测设备如低空雷达、信号分析等设备成本高、结构复杂不易于大规模部署以及探测的效用低等缺点，提出了一种无人机的射频信道并行检测装置及方法，具有成本低，探测精度高，装置结构简单方便部署等优点，可以有效地检测和识别出无人机，能够广泛地应用于各种需要防御和探测无人机的场所及区域。
附图说明
图1是本发明装置的结构框图；
图2是本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示描述了一种无人机的射频信道并行检测装置，该装置包括42个射频模块、42个射频微机模块、总控微机模块、实时时钟模块。射频模块用于检测无人机通信频段上不同信道的信号强度指示RSSI，每个射频模块负责检测一个信道，每个射频模块与一个射频微机模块相连，射频微机模块负责读取每个射频模块测量得到的信道RSSI，实时时钟模块与射频微机模块相连，用于记录射频模块测量信道RSSI的时刻，多个射频微机模块同时与总控微机模块相连，总控微机模块负责收集所有测量得到的无人机通信频段上的信道RSSI，从而达到并行检测无人机多个信道的目的。
所述的射频模块是基于A7125芯片并通过外接天线来接收射频信号。射频微机模块采用STC12C5A60S2，每个射频微机模块控制一个射频模块。射频模组的CE、CSN、IRQ口分别与射频微机模块STC12C5A60S2的P0.2、P0.1、P0.0相连，作为数据传输口。射频模块的MOSI、MISO、SCK分别与射频微机模块的MOSI/P1.5、MISO/P1.6、SCLK口相连。
所述的总控微机模块也采用STC12C5A60S2，总控微机模块通过RxD2和TxD2和射频微机模块的RxD2和TxD2相连，用于汇聚各个射频微机模块的数据。总控微机模块中的MAX3232用来转换电平，使得该模块能够通过RS_232与PC通信，方便程序的烧录。
如图2所示描述了一种无人机的射频信道并行检测方法，包括以下步骤：
步骤一，大多数无人机的通信频段是2.4GHz，其中2.4GHz频段的带宽是从2.4GHz到2.483GHz总共有83MHz带宽。为了覆盖无人机的通信频段，本发明中射频信道并行检测装置检测的频段带宽是从2.4GHz开始至2.484GHz终止。射频信道并行检测装置将2.4GHz到2.484GHz的频段带宽分成了42个不重叠的信道进行并行检测，每个信道带宽是2MHz，并对这42个信道进行编号记信道1、信道2、…、信道42，共有42个射频模块分别负责检测其中一个信道。射频模块的工作模式为接收模式负责测量待检测信道的RSSI，与每个射频模块相连的射频微机模块负责读取射频模块测量到的信道RSSI，同时与射频微机模块相连的实时时钟模块负责记录射频模块测量信道RSSI的时间，然后射频微机模块将读取到的信道的RSSI以及对应的时间打包发送给与之相连的总控微机模块，总控微机模块将收集到的各信道的RSSI以及对应的测量时间发送给计算机进行处理分析。
步骤二，考虑到环境中的噪声信号对无人机信号检测的影响，先在确保没有无人机的情况下利用射频信道并行检测装置测量的信道RSSI计算出每个信道的背景噪声RSSI。计算每个信道背景噪声RSSI的过程是：首先，各射频模块获取当前周围空间内的各信道的RSSI值，然后剔除各信道中与每个信道自身测得的大部分的RSSI相差较大的信道RSSI值后，求出各信道的RSSI平均值，该RSSI平均值即为该信道的背景噪声RSSI，其中背景噪声信号指除了无人机信号以外的所有2.4GHz信号，如WiFi信号等。每个信道的背景噪声RSSI每隔一段时间将会根据上述计算过程重新计算，重新计算的时间间隔可根据需要进行人为设定。
步骤三，在检测无人机信号过程中，利用射频信道并行检测装置实时测量各个信道的RSSI，根据之前计算得出的背景噪声RSSI，并利用无人机信号与背景噪声的RSSI的差异以及无人机信号的带宽特点来检测和区分出无人机信号，从而检测出周围是否有无人机存在，其中无人机信号主要包括无人机图传信号以及无人机遥控器信号。其原理是：当射频信道并行检测装置周围出现无人机时，无人机会向地面控制站发送图传信号，同时无人机会接收地面发送过来的遥控器信号，这些与无人机有关的信号与背景噪声信号叠加，将导致射频信道并行检测装置检测到的信道RSSI值增大，从而大于信道的背景噪声RSSI，另外无人机图传信号和遥控器信号的RSSI不同，同时无人机图传信号和遥控器信号通信时的带宽也不一样，这些与无人机有关的信号分布在2.4GHz到2.483GHz频段上，所以可以根据检测到的各信道的RSSI与背景噪声RSSI的差异及其所占有的信道带宽是否满足无人机通信时的带宽来检测是否有无人机信号存在，同时还能分辨出无人机图传信号以及遥控器信号占用了哪些信道。
步骤四，将无人机的遥控器信号分辨出来之后，根据各个信道检测RSSI时的时间可以将无人机遥控器信号通信时的跳频序列检测出来，由于不同型号无人机与遥控器通信时信号的跳频序列都是不一样的，所以可以根据检测出来的无人机遥控信号跳频序列来进一步识别出无人机的型号等信息。
Claims (2)
1.一种无人机的射频信道并行检测方法，其特征在于，该方法在射频信道并行检测装置上实现，所述射频信道并行检测装置包括多个射频模块、多个射频微机模块、总控微机模块、实时时钟模块；射频模块用于检测无人机通信频段上不同信道的信号强度指示RSSI，每个射频模块负责检测一个信道，每个射频模块与一个射频微机模块相连，射频微机模块负责读取每个射频模块测量得到的信道RSSI；实时时钟模块与射频微机模块相连，用于记录射频模块测量信道RSSI的时刻；多个射频微机模块同时与总控微机模块相连，总控微机模块负责收集无人机通信频段上所有信道的RSSI，从而达到并行检测无人机多个信道的目的；该方法包括以下步骤：
步骤一，射频信道并行检测装置将2.4GHz到2.484GHz的频段带宽分成42个不重叠的信道进行并行检测，每个信道带宽是2MHz，并对这42个信道进行编号，共有42个射频模块分别负责检测其中一个信道；射频模块的工作模式为接收模式负责测量待检测信道的RSSI，与每个射频模块相连的射频微机模块负责读取射频模块测量到的信道RSSI，同时与射频微机模块相连的实时时钟模块负责记录射频模块测量信道RSSI的时间，然后射频微机模块将读取到的信道的RSSI以及对应的时间打包发送给与之相连的总控微机模块，总控微机模块将收集到的各信道的RSSI以及对应的测量时间发送给计算机；
步骤二，在确保没有无人机的情况下，利用射频信道并行检测装置测量的信道RSSI计算出每个信道的背景噪声RSSI；计算每个信道的背景噪声RSSI的过程如下：
首先，各射频模块获取当前周围空间内的各信道的RSSI值，然后剔除各信道中与每个信道自身测得的大部分的RSSI相差较大的信道RSSI值后，求出各信道的RSSI平均值，该RSSI平均值即为该信道的背景噪声RSSI，其中背景噪声信号指除了无人机信号以外的所有2.4GHz信号；每个信道的背景噪声RSSI每隔一段时间将会根据上述计算过程重新计算；
步骤三，在检测无人机信号过程中，利用射频信道并行检测装置实时测量各个信道的RSSI，根据步骤二计算得出的背景噪声RSSI，并利用无人机信号与背景噪声RSSI的差异以及无人机信号的带宽特点来检测和区分出无人机信号，从而检测出周围是否有无人机存在，其中无人机信号主要包括无人机图传信号以及无人机遥控器信号；具体如下：
当射频信道并行检测装置周围出现无人机时，无人机会向地面控制站发送图传信号，同时无人机会接收地面发送过来的遥控器信号，这些与无人机有关的信号与背景噪声信号叠加，将导致射频信道并行检测装置检测到的信道RSSI值增大，从而大于信道的背景噪声RSSI，另外无人机图传信号和遥控器信号的RSSI不同，同时无人机图传信号和遥控器信号通信时的带宽也不一样，这些与无人机有关的信号分布在2.4GHz到2.483GHz频段上，根据检测到的各信道的RSSI与背景噪声RSSI的差异及其所占有的信道带宽是否满足无人机通信时的带宽来检测是否有无人机信号存在，同时还能分辨出无人机图传信号以及遥控器信号占用了哪些信道；
将无人机的遥控器信号分辨出来之后，根据各个信道检测RSSI时的时间可以将无人机遥控器信号通信时的跳频序列检测出来，由于不同型号无人机与遥控器通信时信号的跳频序列都是不一样的，所以可以根据检测出来的无人机遥控信号跳频序列来进一步识别出无人机的型号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的射频模块基于A7125芯片并通过外接天线来接收射频信号；射频微机模块采用STC12C5A60S2，每个射频微机模块控制一个射频模块；总控微机模块采用STC12C5A60S2，总控微机模块用于汇聚各个射频微机模块读取的信道RSSI数据，同时负责与计算机进行连接并将数据发送给PC。
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| GR01 | Patent grant | ||
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