CN107054678B - 一种车载反无人机网弹拦截系统 - Google Patents
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Abstract
一种车载反无人机网弹拦截系统，包括搜索云台，设置于搜索云台上的预警探测器和发射筒，以及设置于发射筒内的子弹药。本发明解决了现有技术提出的拦截方法只适用于金属材料的螺旋桨式无人机，难以适用于高速、机动的无人机目标，且易对地面人员或其他目标造成二次伤害的技术问题。本发明通过毫米波一发双收的预警调频雷达获取无人机距离和速度信息，并通过搜索云台搜索、跟踪、自动瞄准无人机，发射网弹；网弹配有近感引信，以脱靶量为基点适时点火，发射小火箭，使网弹获得最佳张网速度和飞行速度的配合，最大限度地缩短接近目标的时间，提高了网弹拦截系统拦截和捕获效率，适用于对高速、机动的无人机进行精准拦截与抓捕。
Description
技术领域
本发明属于军民两用反无人机技术领域,更具体地涉及一种车载反无人机网弹拦截系统。
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。
随着无人机的普及和应用，在军事和民用两方面发挥了重要作用的同时，也带来了一系列危害。如何对付敌方攻击型无人机和执行特种任务的无人机；如何对付业余爱好者操作无人机误闯禁区，甚至干扰民航飞行；尤其是如何对付恐怖分子利用无人机进行恐怖袭击、运送毒品等一系列问题，已摆在了我们面前。由于无人机机动性强，具有可低空飞行、轨迹捷变等特性，有的无人机体积很小，速度也快，成为军用武器的利器，也给恐怖分子带来了可乘之机，对国防安全和人民生命财产安全带来了极大的威胁。所以，迫切需要一种适合军民两用的有效的反无人机手段。
国家知识产权局于2016年6月29日公布了申请人为上海仪耐新材料科技有限公司，申请号为201610062940.2，名称为一种网弹式反无人机智能拦截系统的专利，该文献提供的技术方案是通过探测预警系统对来袭入侵无人机进行预警，由地面或空中控制发射系统接受雷达信号并发出拦截指令，再通过发射智能拦截网弹对目标进行抓捕，智能拦截网弹通过释放发射由高强高模聚乙烯和智能导电纤维编织而成的网具，在电磁感应形成的定向牵引作用下拦截抓捕无人机，并通过网须缠绕无人机螺旋桨，使其失去动力，速度减慢，进行缠绕抓捕。
虽然在文献中提到采用以上方法具备预警范围广、拦截速度快、应用范围广、命中准确率高、智能高效，可以对敌方无人机进行有效的全方位、多角度的干扰、拦截、抓捕，而且可根据预警信号中无人机的型号大小，选择发射对应网具的网弹，从而使拦截效果更好的优点。但该系统在发射时根据预警装置测得的距离、速度信息预测目标和张网时间，以及利用网须缠绕无人机螺旋桨使无人机失去动力的过程中存在以下缺点：
(1)由于网弹是在预测距离无人机50-100m位置上弹出推进装置，此时网弹距离无人机还是相对较远的，网弹的网具一旦张开，速度将迅速下降，速度一般为10-30m/s，而网具完全张开的时间一般为2-20ms，具体张开时间视网具完全张开的直径而定；当无人机飞行速度较快或飞行方向忽飘不定时，则该网弹由于网具张开后与预测目标位置相遇交会的时间将达数秒，致使难于交会目标，难以适用于高速、机动的无人机目标。
(2)通过网须缠绕只适合螺旋桨式的无人机，并且利用网须捕获和毁伤目标，难以适用于危害性大、情况危急的场合，并易对地面人员或其他目标造成二次伤害。
(3)利用电磁感应形成的定向牵引作用拦截抓捕无人机原理不清，难以适用于非金属材质的无人机。
发明内容
为解决现有技术提出的拦截方法只适用于金属材料的螺旋桨式无人机，不仅对高速机动的无人机目标难以实现精准捕捉，而且易对地面人员或其他目标造成二次伤害的技术问题，本发明提出一种车载反无人机网弹拦截系统。
在根据本发明的一个优选的实施例中，一种车载反无人机网弹拦截系统，其特征在于：包括搜索云台，设置于搜索云台上的预警探测器和发射筒，以及设置于发射筒内的子弹药；所述搜索云台根据车载预警探测器获取的无人机距离、运动速度等位置信息，调整俯仰角和方位角，将发射筒的发射方向瞄准无人机方向；所述预警探测器用于获取无人机目标的距离、速度和角度信息；所述发射筒根据搜索云台给定的俯仰角、方位角，以及预警探测器信号处理板计算出的无人机的距离、速度和角度等信息发射子弹药。
优选地，上述搜索云台为两维转台或万向云台，用于灵活调节方位角和俯仰角，实现对无人机的搜索。
优选地，上述预警探测器由毫米波射频前端、与毫米波射频前端电信号连接的信号检测单元，与信号检测单元电信号连接的信号处理器组成。
优选地，上述毫米波射频前端由一发双收的T/R组件和接在T/R组件一端的双天线组成。
优选地，上述发射筒为制式火箭发射筒，用于根据搜索云台给定的俯仰角、方位角，以及预警探测器信号处理器计算出的目标无人机的距离、速度和角度等信息发射子弹药。
优选地，上述子弹药由近感引信和网弹组成；所述网弹由张网装置、网体、毁伤单元组成。当子弹药接近无人机目标时，由近感引信感知目标信息，以与无人机脱靶量为参考基点确定最佳张网时间，张网装置控制网体张开，实现对目标无人机的捕捉。
优选地，上述张网装置由1个主筒和多个围绕主筒呈蜂窝状的附筒组成；所述主筒盛放和安装网体，所述附筒盛放和安装预置不同方向同步发射的火箭。
优选地，上述毁伤单元均布于网体上，用于在网体缠住目标无人机时，由近感引信根据脱靶量计算出最佳延时时间，并发出发火控制信号，引爆毁伤单元，实现对目标无人机摧毁。
优选地，上述毁伤单元由多点网络同步起爆电路和多个密集毁伤小口径子弹的战斗部组成。
优选地，上述网体采用尼龙丝或高强高模聚乙烯纤维或碳纤维材料编制而成。
本发明具体以下优点：
1、本发明通过预警探测器获取无人机距离和速度信息，并通过搜索云台搜索、跟踪、自动瞄准无人机，发射网弹，提高了网弹拦截系统拦截和捕获效率，适用于对高速、机动的无人机进行精准拦截与抓捕。
2、网弹配有近感引信，以脱靶量为基点适时点火，发射小火箭，使网弹获得最佳张网速度和飞行速度的配合，最大限度地缩短接近目标的时间，进一步提高了网弹拦截系统拦截和捕获效率，更适用于对高速、机动的无人机进行精准拦截与抓捕。
3、网弹以制式弹丸形式生产、储存、勤务处理、装填、发射、飞行、点火、引爆，并配用制式火箭发射筒，可纳入目前国军标型谱装备系列，适合于标准化量产、型号装备，适用于军民两用场合。
4、本系统适用于捕捉金属及非金属材料制作的无人侦察机、电子战无人机、靶机、反辐射无人机、对地攻击无人机、通信中继无人机、火炮较射无人机、特种无人机、诱饵无人机、固定翼无人机、旋翼无人机、扑翼无人机、飞艇等飞行物。
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是车载反无人机网弹拦截系统组成示意图；
图2是车载反无人机网弹拦截系统中未张网时弹丸形式的子弹药结构示意图；
图3是未张网时的弹丸形式的子弹药俯视图示意图；
图4是子弹药张网形式时结构示意图；
图5是车载反无人机网弹拦截系统的工作流程图；
图6是预警探测器的毫米波探测器原理框图；
图7是近感引信的微型毫米波调频引信原理框图。
附图标记说明：
搜索云台1；预警探测器2，毫米波射频前端201，信号检测单元202，信号处理器203；发射筒3；子弹药4，近感引信41，网弹42，张网装置4211，主筒42111，附筒42112，小火箭42113，网体4212，毁伤单元4213，多点网络同步起爆电路42131，战斗部42132；无人机目标5。
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。
本发明的一个实施例中，参见图1-图4所示，本发明提供的一种车载反无人机网弹拦截系统，包括搜索云台1，设置于搜索云台1上的预警探测器2和发射筒3，以及设置于发射筒3内的子弹药4；搜索云台1根据预警探测器2获取的无人机距离、运动速度等位置信息，调整俯仰角和方位角，将发射筒3的发射方向跟踪、锁定并瞄准无人机方向；预警探测器2用于获取无人机目标5的距离、速度和角度信息；发射筒3根据预警探测器2给定的俯仰角、方位角，以及预警探测器2中的信号处理器203计算出无人机的距离、速度和角度等信息发射子弹药4。
参见图1所示，搜索云台1装载于车辆顶部或敞开式车厢上，具体结构为二维转台或万向云台或球形电动云台。二维转台结构具有实现方位角和俯仰角搜索功能；万向云台其台面既可以水平旋转，也可垂直转动，因此，可带预警探测器2和发射筒3在三维立体空间对目标无人机进行全方位的观察；为了美观和隐蔽，可使用球形电动云台，当云台在水平和垂直两个方向任意转动时，其预警探测器2和发射筒3在前端的运动轨迹恰构成一个球面，还能进行高速、变速运转，瞬时反转，可对监视无人机快速搜索和精确跟踪，运行时平稳、无声。三种结构的搜索云台通过对预警探测器2和发射筒3的方位角和俯仰角的灵活调节，实现对无人机目标5的精准搜索，一旦搜索到无人机目标5，可锁定无人机目标5。
参见图2，图3，图4所示，发射筒3为制式火箭发射筒，用于根据搜索云台1给定的俯仰角、方位角，以及预警探测器信号处理器203计算出的目标无人机的距离、速度和角度等信息发射子弹药4。如图2所示，子弹药4由近感引信41和网弹42组成。如图3所示，网弹42由张网装置4211、网体4212、毁伤单元4213组成。当子弹药4接近无人机目标时，以与无人机脱靶量为参考基点，由近感引信41感知目标信息，确定最佳张网时间，张网装置4211开始工作。张网装置4211具体由1个主筒42111和多个围绕主筒呈蜂窝状的附筒42112及小火箭42113组成，如图4所示，本申请以设置6个附筒为例，主筒42111用于盛放和安装网体4212，附筒42112用于盛放和安装预置不同方向同步发射的小火箭42113，当网弹42接近无人机临近脱靶量时，由近感引信41发出点火控制信号，使6枚小火箭42113按预置的不同方向发射，使网体4212迅速呈正六边形展开。
参见图4所示，网体4212由尼龙丝或高强高模聚乙烯纤维或碳纤维材料编制而成，毁伤单元4213均布于网体4212上，当六边形网体4212缠住无人机目标时，由近感引信41根据脱靶量计算出最佳延时时间，经最佳延时时间的延时，发出发火控制信号，引爆毁伤单元4213。毁伤单元4213由多点网络同步起爆电路42131和多个密集毁伤小口径子弹的战斗部42132组成，采用自适应的延时起爆方案，使得缠绕在网体4212上不同位置的小口径子弹的战斗部42132同时引爆，摧毁无人机目标5。本发明发射小火箭42113的角度是预置的、固定的，不需要调整小火箭42113的发射角，只是要确定何时发射。所以配有近感引信41，以脱靶量为基点适时点火，发射小火箭42113，取得最佳配合效果。这样，网弹42会尽量以弹丸形式飞行，减少空气阻力的影响，最大限度地缩短接近目标的时间。只有当临近目标时，以脱靶量为基点点火张网，发挥最佳效果。以弹丸形式发射、飞行，并配用制式火箭发射筒，可纳入目前国军标型谱装备系列，为以后标准化量产、型号装备打下基础，可用于军民两用场合。
参见图5所示，本发明系统的工作流程如下：首先通过搜索云台确定俯仰角和方位角；其次通过预警探测器给出无人机位置信息；再次制式火箭发射筒发射子弹药；再由近感引信确定张网时间，打开子弹药张网装置缠住无人机；再由按近感引信确定的最佳延时起爆时间，引爆战斗部摧毁无人机目标。(以上方法中提到的搜索云台、预警探测器、制式火箭发射筒、张网装置以及近感引信的具体结构及原理已详细说明，在此不再敖述。)
具体实现方式为，当预警探测器2探测到无人机目标时，以150-330m/s的速度(火箭发射筒口径与速度视所选制式火箭发射筒型号而定)飞向目标；当距离目标接近脱靶量时，子弹药4上的近感引信41引爆6个附筒雷管，点燃相应的小火箭42113，使6个小火箭42113按预置的角度朝6个均布不同的斜前行方向飞行，拽出网体4212，在2ms左右时间完成张网过程，实现精准捕捉目标。其中，制式火箭发射筒采用82mm火箭筒发射器，子弹药4的口径、长度、外形尺寸与气动结构等参数均按此制式82mm火箭发射筒的要求设计。网体4212张开后直径约为10m，则最大脱靶量可达到5m；网体4212张开后直径可根据需求选择和设计。预警探测器2与近感引信41是两个不同的探测器，前者安装于搜索云台1上，后者装置于子弹药4上随网弹42一起飞行。
预警探测器2由毫米波射频前端201、与毫米波射频前端201电信号连接的信号检测单元202，与信号检测单元202电信号连接的信号处理器203组成，其原理框图如图6所示。预警探测器2采用的毫米波射频前端201由一发双收的T/R组件和接在T/R组件一端的双天线组成。具体原理为，信号处理器203(也称为数字信号处理板)通过D/A产生调制波形，经VCO产生射频信号，再由功分器分成发射信号和参考信号两部分；发射信号通过放大器由发射天线发出，经无人机目标反射，分别由两路接收天线1/2接收，通过放大器后，在混频器与参考信号进行差频，获得含有目标距离、速度等信息的差频信号，经低通滤波器和A/D，传输给信号处理器203，并经双天线比相测角，由信号处理器203进行一系列运算得出无人机目标的距离、速度和角度信息。同时，搜索云台1将俯仰、方位角度信息，输出给信号处理器203，进行信息融合，最终得出目标的精确位置信息，锁定并瞄准无人机目标5。
近感引信41由具有测距测速功能的微型毫米波调频引信组成，其原理框图如图7所示，其射频频率为35GHz，三角波调制信号，频偏500MHz，调制周期为10us。
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所述示例性实施方式做出各种改进或变型。
Claims (9)
1.一种车载反无人机网弹拦截系统，其特征在于：包括搜索云台，设置于搜索云台上的预警探测器和发射筒，以及设置于发射筒内的子弹药；所述搜索云台根据车载预警探测器获取的无人机距离、运动速度位置信息，调整俯仰角和方位角，将发射筒的发射方向瞄准无人机方向；所述预警探测器用于获取无人机目标的距离、速度和角度信息；所述发射筒根据搜索云台给定的俯仰角、方位角，以及预警探测器信号处理板计算出的无人机的距离、速度和角度信息发射子弹药；其中，所述子弹药由近感引信和网弹组成；所述网弹由张网装置、网体、毁伤单元组成；当子弹药接近无人机目标时，以与无人机脱靶量为参考基点，由近感引信感知目标信息，确定最佳张网时间，并发出点火控制信号，张网装置控制网体张开，实现对目标无人机的捕捉。
2.根据权利要求1所述的车载反无人机网弹拦截系统，其特征在于：所述搜索云台为两维转台或万向云台，用于灵活调节方位角和俯仰角，实现对无人机的搜索。
3.根据权利要求1或2所述的车载反无人机网弹拦截系统，其特征在于：所述预警探测器由毫米波射频前端、与毫米波射频前端电信号连接的信号检测单元，与信号检测单元电信号连接的信号处理器组成。
4.根据权利要求3所述的车载反无人机网弹拦截系统，其特征在于：所述毫米波射频前端由一发双收的T/R组件和接在T/R组件一端的双天线组成。
5.根据权利要求4所述的车载反无人机网弹拦截系统，其特征在于：所述发射筒为制式火箭发射筒，用于根据搜索云台给定的俯仰角、方位角，以及预警探测器信号处理器计算出的目标无人机的距离、速度和角度信息发射子弹药。
6.根据权利要求5所述的车载反无人机网弹拦截系统，其特征在于：所述张网装置由1个主筒和多个围绕主筒呈蜂窝状的附筒及小火箭组成；所述主筒盛放和安装网体，所述附筒盛放和安装预置不同方向同步发射的小火箭。
7.根据权利要求1所述的车载反无人机网弹拦截系统，其特征在于：所述毁伤单元均布于网体上，用于在网体缠住目标无人机时，由近感引信根据脱靶量计算出最佳延时时间，并发出发火控制信号，引爆毁伤单元，实现对目标无人机摧毁。
8.根据权利要求7所述的车载反无人机网弹拦截系统，其特征在于：所述毁伤单元由多点网络同步起爆电路和多个密集毁伤小口径子弹的战斗部组成。
9.根据权利要求1所述的车载反无人机网弹拦截系统，其特征在于：所述网体采用尼龙丝或高强高模聚乙烯纤维或碳纤维材料编制而成。
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