CN107094062B - 一种天线阵装置及全空域无人机定向干扰系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天线阵装置及全空域无人机定向干扰系统。本发明天线阵装置包括水平截面为正N边形结构外壳,外壳的垂直截面为第一个梯形至第X个梯形逐个往上叠加构成的多边形结构;N为根据干扰的空域范围确定天线阵元数目,X为1~3范围内的自然数;外壳每个边平面上垂直安装一天线单元,天线单元,用于将射频干扰信号发射到正前方空域。本发明干扰系统包括上述天线阵装置,以及安装在天线阵装置外壳内的干扰生成模块、射频通道模块、信号放大模块以及电池模块。本发明具有多目标、零延迟的窄波束定向压制干扰特点,可用于反无人机空天一体化多目标同时干扰其遥测链路,对单个或多个目标无人机进行全空域精准定位打击。

Description

一种天线阵装置及全空域无人机定向干扰系统
技术领域
本发明属于无人机干扰技术领域,尤其涉及一种天线阵装置及全空域无人机定向干扰系统。
背景技术
目前无人机产业蓬勃发展,但是无人机黑飞问题却给敏感重点区域的防恐安全带来的严重的威胁。市面上迫切需要一套完整的反无人机系统,能够识别和驱离、迫降无人机。
对于无人机进行驱离和迫降的一种方法是对其遥测链路信号进行压制干扰,以达到阻断信号的目的,此时无人机会返航。如果采用宽波束天线对无人机进行非定向压制干扰,则干扰的区域太大,会伤及正常运行的通信、民航等系统,只能采用窄波束天线进行定向干扰。但是定向干扰每次只能干扰窄波束范围内的无人机,无法达到阻止多批次多方向无人机进入全空域禁飞区的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天线阵装置及全空域无人机定向干扰系统,旨在解决现有无人机打击系统干扰盲目性大或者无法达到阻止多批次多方向无人机进入全空域禁飞区的问题。
本发明是这样实现的,一种天线阵装置,该装置包括水平截面为正N边形结构外壳,所述外壳的垂直截面为第一个梯形至第X个梯形逐个往上叠加构成的多边形结构;所述N为根据干扰的空域范围确定天线阵元数目,X为1~3范围内的自然数;
所述外壳每个边平面上垂直安装一天线单元,所述天线单元,用于将射频干扰信号发射到正前方空域。
优选地,所述N和X的确定具体为:若干扰覆盖的仰角范围为0~theta°,方位角为360°,波束宽度为a°,则N=360/a,X=theta/a,所述N和X均为整数。
优选地,每组所述天线单元包括两个上下位置安装的螺旋天线;其中,
若天线单元为2.4GHz/5.8GHz螺旋天线,则上方位置安装5.8GHz螺旋天线,下方位置安装2.4GHz螺旋天线;
若天线单元为2.4GHz/0.84GHz螺旋天线,则上方位置安装2.4GHz螺旋天线,下方位置安装0.84GHz螺旋天线。
优选地,所述装置还包括支撑杆;所述外壳安装在支撑杆的顶部,且所述外壳表面设有指北方向标识。
本发明进一步公开了一种全空域无人机定向干扰系统,该系统包括天线阵装置,该装置包括水平截面为正N边形结构外壳,所述外壳的垂直截面为第一个梯形至第X个梯形逐个往上叠加构成的多边形结构;所述N为根据干扰的空域范围确定天线阵元数目,X为1~3范围内的自然数;
所述外壳每个边平面上垂直安装一天线单元,所述天线单元,用于将射频干扰信号发射到正前方空域。
优选地,所述N和X的确定具体为:若干扰覆盖的仰角范围为0~theta°,方位角为360°,波束宽度为a°,则N=360/a,X=theta/a,所述N和X均为整数。
优选地,每组所述天线单元包括两个上下位置安装的螺旋天线;其中,
若天线单元为2.4GHz/5.8GHz螺旋天线,则上方位置安装5.8GHz螺旋天线,下方位置安装2.4GHz螺旋天线;
若天线单元为2.4GHz/0.84GHz螺旋天线,则上方位置安装2.4GHz螺旋天线,下方位置安装0.84GHz螺旋天线。
优选地,所述系统还包括安装在外壳内的干扰生成模块、射频通道模块、信号放大模块以及电池模块;其中,
所述干扰生成模块,用于生成一组宽带扫频信号;
所述射频通道模块,用于将一组所述宽带扫频信号功分为N组射频干扰信号,并为每组所述射频干扰信号匹配一射频通道;
所述信号放大模块,用于对每一射频通道内的射频干扰信号进行放大;
所述电池模块,用于给射频通道模块供电并在接收控制指令后导通相应射频通道;
所述干扰生成模块、射频通道模块、电池模块依次连接,所述射频通道模块分别与N组信号放大模块连接,每组所述信号放大模块与每组天线单元信号连接。
优选地,每组所述射频干扰信号包括2路射频干扰信号,每路所述射频干扰信号通过射频通道连接到一个螺旋天线上;
一组宽带扫频信号包括2路宽带扫频信号,其中,一路宽带扫频信号的扫频信频段涵盖2.4GHz无人机遥测频段,另一路宽带扫频信号的扫频信频段涵盖5.8GHz或者0.84GHz遥控频段。
优选地,所述装置还包括支撑杆;所述外壳安装在支撑杆的顶部,且所述外壳表面设有指北方向标识。
相比于现有技术的缺点和不足,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明具有多目标、零延迟的窄波束定向压制干扰特点,可用于反无人机空天一体化多目标同时干扰其遥测链路,实现全空域精准定位打击;
(2)本发明实现方案简单,可同时定向干扰全空域内的多个目标无人机。
附图说明
图1是N为12时外壳水平截面的结构示意图
图2是N为12时外壳垂直截面的结构示意图;
图3是N为8时外壳水平截面的结构示意图;
图4是N为8、X为1时外壳垂直截面的结构示意图;
图5是N为8、X为2时外壳垂直截面的结构示意图;
图6是本发明全空域无人机定向干扰系统中各模块、单元的连接结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明公开了一种天线阵装置,该装置包括水平截面为正N边形结构外壳,所述外壳的垂直截面为第一个梯形至第X个梯形逐个往上叠加构成的多边形结构;所述N为根据干扰的空域范围确定天线阵元数目,X为1~3范围内的自然数;
所述外壳每个边平面上垂直安装一天线单元,所述天线单元,用于将射频干扰信号发射到正前方空域。
在本发明实施例中,外壳垂直截面的多边形结构更详细的描述为:第1个梯形至第X个梯形逐渐往上叠加,第a个梯形上面叠加第(a+1)个梯形,第a个梯形的上边线与第(a+1)个梯形的下边线等长重合,且第a个梯形的上边线长度小于其下边线长度;其中,1≤a≤(X-1);根据实际考虑、角度需要,第X个梯形的上边线长度可做近似等于0处理。
在本发明实施例中,所述N和X的确定具体为:若干扰覆盖的仰角范围为0~theta°,方位角为360°,波束宽度为a°,则N=360/a,X=theta/a,所述N和X均为整数。
例如,若干扰覆盖的仰角范围是0到45度,方位角360度,则波束宽度为45度的天线组数N=8,X=1;若干扰覆盖的仰角范围扩展到0到90度,方位角360度,则需要N=8;X=2;若干扰的波束范围窄到30度,干扰需要覆盖0到90度仰角,方位角360度,则需要N=12,X=3。
如图1~2所示,图1是N为12时外壳水平截面的结构示意图,图2是N为12时外壳垂直截面的结构示意图。由图1和图2可知,N=12,X=3,一共需要72个波束宽度为30度的天线覆盖0到90度仰角,0到360度方位角全空域内的遥测信号。
如图3~5所示,图3是N为8时外壳水平截面的结构示意图,图4是N为8、X为1时外壳垂直截面的结构示意图;图5是N为8、X为2时外壳垂直截面的结构示意图。由图3和图4可知,N=8时,X=1,一共需要16个波束宽度为45度的天线覆盖0到45度仰角,0到360度方位角空域内的遥测信号。由图3和图5可知,N=8、X位2时,使用32个天线覆盖0到90度仰角,0到360度方位角全空域内的遥测信号。
在本发明实施例中,根据需要干扰的空域范围确定天线阵元数目N,将N组天线单元安装在外壳各个平面上,每组天线单元包括2个螺旋天线。每组所述天线单元包括两个上下位置安装的螺旋天线;其中,
若天线单元为2.4GHz/5.8GHz螺旋天线,则上方位置安装5.8GHz螺旋天线,下方位置安装2.4GHz螺旋天线;
若天线单元为2.4GHz/0.84GHz螺旋天线,则上方位置安装2.4GHz螺旋天线,下方位置安装0.84GHz螺旋天线。
在本发明实施例中,外壳安装在一个支撑杆上,每个结构上都留有一个指北方向标识,安装时确保指北标识与正北方向重合。
本发明天线阵装置可用于全空域范围内多个目标无人机的定向干扰。
进一步的,本发明公开了一种全空域无人机定向干扰系统,该系统包括上述天线阵装置,该装置包括水平截面为正N边形结构外壳,所述外壳的垂直截面为第一个梯形至第X个梯形逐个往上叠加构成的多边形结构;所述N为根据干扰的空域范围确定天线阵元数目,X为1~3范围内的自然数;
所述外壳每个边平面上垂直安装一天线单元,所述天线单元,用于将射频干扰信号发射到正前方空域。
在本发明实施例中,外壳垂直截面的多边形结构更详细的描述为:第1个梯形至第X个梯形逐渐往上叠加,第a个梯形上面叠加第(a+1)个梯形,第a个梯形的上边线与第(a+1)个梯形的下边线等长重合,且第a个梯形的上边线长度小于其下边线长度;其中,1≤a≤(X-1);根据实际考虑、角度需要,第X个梯形的上边线长度可做近似等于0处理。
所述N和X的确定具体为:若干扰覆盖的仰角范围为0~theta°,方位角为360°,波束宽度为a°,则N=360/a,X=theta/a,所述N和X均为整数。
例如,若干扰覆盖的仰角范围是0到45度,方位角360度,则波束宽度为45度的天线组数N=8,X=1;若干扰覆盖的仰角范围扩展到0到90度,方位角360度,则需要N=8;X=2;若干扰的波束范围窄到30度,干扰需要覆盖0到90度仰角,方位角360度,则需要N=12,X=3。
如图1~2所示,图1是N为12时外壳水平截面的结构示意图,图2是N为12时外壳垂直截面的结构示意图。由图1和图2可知,N=12,X=3,一共需要72个波束宽度为30度的天线覆盖0到90度仰角,0到360度方位角全空域内的遥测信号。
如图3~5所示,图3是N为8时外壳水平截面的结构示意图,图4是N为8、X为1时外壳垂直截面的结构示意图;图5是N为8、X为2时外壳垂直截面的结构示意图。由图3和图4可知,N=8时,X=1,一共需要16个波束宽度为45度的天线覆盖0到45度仰角,0到360度方位角空域内的遥测信号。由图3和图5可知,N=8、X位2时,使用32个天线覆盖0到90度仰角,0到360度方位角全空域内的遥测信号。
在本发明实施例中,根据需要干扰的空域范围确定天线阵元数目N,将N组天线单元安装在外壳各个平面上,每组天线单元包括2个螺旋天线。每组所述天线单元包括两个上下位置安装的螺旋天线;其中,
若天线单元为2.4GHz/5.8GHz螺旋天线,则上方位置安装5.8GHz螺旋天线,下方位置安装2.4GHz螺旋天线;
若天线单元为2.4GHz/0.84GHz螺旋天线,则上方位置安装2.4GHz螺旋天线,下方位置安装0.84GHz螺旋天线。
在本发明实施例中,外壳安装在一个支撑杆上,每个结构上都留有一个指北方向标识,安装时确保指北标识与正北方向重合。
在此基础上,如图6所示,本发明系统所述系统还包括安装在外壳内的干扰生成模块1、射频通道模块2、信号放大模块3以及电池模块4;其中,
所述干扰生成模块1,用于生成一组宽带扫频信号;
所述射频通道模块2,用于将一组所述宽带扫频信号功分为N组射频干扰信号,并为每组所述射频干扰信号匹配一射频通道;
所述信号放大模块3,用于对每一射频通道内的射频干扰信号进行放大;
所述电池模块4,用于给射频通道模块供电并在接收控制指令后导通相应射频通道;
所述干扰生成模块1、射频通道模块2、电池模块4依次连接,所述射频通道模块2分别与N组信号放大模块3连接,每组所述信号放大模块3与每组天线单元5信号连接。
外壳底部留有电源和网线接口。
在本发明实施例中,上述各模块、单元的工作流程如下所示:
S1、干扰生成模块生成2路宽带扫频信号(扫频信频段涵盖2.4GHz无人机遥测频段,以及5.8GHz或者0.84GHz遥控频段);
S2、每一路扫频信号在射频通道模块中被功分为N路后再由功率放大器进行放大;
S3、上述2N路射频干扰信号接到2N个螺旋天线,其中N个螺旋天线工作于2.4GHz,另外N个螺旋天线工作于5.8GHz或者0.84GHz遥测频段;
S4、根据反无人机探测系统识别出的目标无人机仰角和方位角,控制此仰角和方位角对应的射频通道开关,使得只有对应角度的射频通道通电导通工作,其它通道关闭,可保证只有目标无人机所在的角度上有遥测干扰信号出现;
如果出现多个无人机目标,则根据多个目标的角度控制对应的多个射频通道工作,可实现对天线阵覆盖空域内的所有无人机目标进行遥控信号链路干扰,迫使无人机原地降落或者返航;
S5、无人机原地降落或者返航消失后,关闭射频通道,不再发射射频干扰信号。
本发明具有多目标、零延迟的窄波束定向压制干扰特点,可用于反无人机空天一体化多目标同时干扰其遥测链路,真正做到全空域“指哪打哪”;本发明实现方案简单,可同时定向干扰全空域内的多个目标无人机。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种天线阵装置,其特征在于,该装置包括水平截面为正N边形结构外壳,所述外壳的垂直截面为第一个梯形至第X个梯形逐个往上叠加构成的多边形结构;所述N为根据干扰的空域范围确定天线阵元数目,X为1~3范围内的自然数;
所述外壳每个边平面上垂直安装一天线单元,所述天线单元,用于将射频干扰信号发射到正前方空域,所述N和X的确定具体为:若干扰覆盖的仰角范围为0~theta°,方位角为360°,波束宽度为a°,则N=360/a,X=theta/a,所述N和X均为整数。
2.如权利要求1所述的天线阵装置,其特征在于,每组所述天线单元包括两个上下位置安装的螺旋天线;其中,
若天线单元为2.4GHz/5.8GHz螺旋天线,则上方位置安装5.8GHz螺旋天线,下方位置安装2.4GHz螺旋天线;
若天线单元为2.4GHz/0.84GHz螺旋天线,则上方位置安装2.4GHz螺旋天线,下方位置安装0.84GHz螺旋天线。
3.如权利要求2所述的天线阵装置,其特征在于,所述装置还包括支撑杆;所述外壳安装在支撑杆的顶部,且所述外壳表面设有指北方向标识。
4.一种全空域无人机定向干扰系统,其特征在于,该系统包括天线阵装置,该装置包括水平截面为正N边形结构外壳,所述外壳的垂直截面为第一个梯形至第X个梯形逐个往上叠加构成的多边形结构;所述N为根据干扰的空域范围确定天线阵元数目,X为1~3范围内的自然数;
所述外壳每个边平面上垂直安装一天线单元,所述天线单元,用于将射频干扰信号发射到正前方空域,所述N和X的确定具体为:若干扰覆盖的仰角范围为0~theta°,方位角为360°,波束宽度为a°,则N=360/a,X=theta/a,所述N和X均为整数。
5.如权利要求4所述的全空域无人机定向干扰系统,其特征在于,每组所述天线单元包括两个上下位置安装的螺旋天线;其中,
若天线单元为2.4GHz/5.8GHz螺旋天线,则上方位置安装5.8GHz螺旋天线,下方位置安装2.4GHz螺旋天线;
若天线单元为2.4GHz/0.84GHz螺旋天线,则上方位置安装2.4GHz螺旋天线,下方位置安装0.84GHz螺旋天线。
6.如权利要求5所述的全空域无人机定向干扰系统,其特征在于,所述系统还包括安装在外壳内的干扰生成模块、射频通道模块、信号放大模块以及电池模块;其中,
所述干扰生成模块,用于生成一组宽带扫频信号;
所述射频通道模块,用于将一组所述宽带扫频信号功分为N组射频干扰信号,并为每组所述射频干扰信号匹配一射频通道;
所述信号放大模块,用于对每一射频通道内的射频干扰信号进行放大;
所述电池模块,用于给射频通道模块供电并在接收控制指令后导通相应射频通道;
所述干扰生成模块、射频通道模块、电池模块依次连接,所述射频通道模块分别与N组信号放大模块连接,每组所述信号放大模块与每组天线单元信号连接。
7.如权利要求6所述的全空域无人机定向干扰系统,其特征在于,每组所述射频干扰信号包括2路射频干扰信号,每路所述射频干扰信号通过射频通道连接到一个螺旋天线上;
一组宽带扫频信号包括2路宽带扫频信号,其中,一路宽带扫频信号的扫频信频段涵盖2.4GHz无人机遥测频段,另一路宽带扫频信号的扫频信频段涵盖5.8GHz或者0.84GHz遥控频段。
8.如权利要求7所述的全空域无人机定向干扰系统,其特征在于,所述装置还包括支撑杆;所述外壳安装在支撑杆的顶部,且所述外壳表面设有指北方向标识。
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