CN107328306A - 一种低慢小飞行设备反制装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种低慢小飞行设备反制装置，包括至少一个站点，其特征在于：所述至少一个站点包括手持式天线和便携式信号处理机，所述手持式天线包括GPS/GLONASS螺旋天线、WiFi螺旋天线和平板天线，所述GPS/GLONASS螺旋天线、WiFi螺旋天线和平板天线分别通过射频电缆连接至便携式信号处理机。本申请的反制装置，利用多种频段不同的天线，通过对遥控链路的压制干扰和欺骗，以及对导航信号的干扰和欺骗，实现无人机的接管和控制，能够杜绝无人机黑飞的问题。

Description

一种低慢小飞行设备反制装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种低慢小飞行设备的反制装置及其方法。

背景技术

目前，商用无人机的问题突出表现为发现难、跟踪难和处置难。处置的前提是及时发现、连续跟踪。由于复杂地理环境、电磁环境、气象环境的影响，雷达等设备无法实现完全覆盖，商用无人机目标探测技术成为拦截防御的关键技术之一。

目前针对无人机这些低慢小飞行设备所采用的探测技术主要包括：可见光、红外热成像相结合的光电搜索跟踪技术、无线电信号探测技术、低空探测雷达等。这些技术在发现距离、灵敏度、能效范围、抗恶劣气候能力、多目标同时跟踪能力等方面各有优劣。

大部分无人机都依靠无线电进行遥控，并通过遥测链路回传无人机位置、速度、电量等状态信息。部分用于侦察的无人机可通过数据链路直接回传侦察得到的图像/视频信号。因此，通过无线电侦察手段识别无人机辐射的无线电信号，就能发现目标。但有时无人机为达到隐蔽的目的，活动时会保持无线电静默，严格按预定方案执行计划。所以，无线电信号探测不能对所有目标实现有效探测。

单一的探测方式无法高效准确的探测到目标，多方式探测协同的方式将是无人机探测的发展趋势。通过多种主被动探测装备协同，建立“一点发现，多维跟踪”、多探测方式相结合的探测系统，可及时获取目标位置、操控无线电频率等多种信息，大大提高无人机的发现几率。

探测到无人机后，如何处置也是解决低慢小飞行器问题的关键点，目前对无人机常用的处置方法有：采用常规低空防御武器进行拦截、摧毁；用网弹拦截；或者用激光武器击落目标。

采用常规低空防御武器进行拦截、摧毁，如低空防空导弹，高射炮等，此方法存在明显不足：第一，对这类来历不明的飞行物，使用现有地空导弹、高炮等武器实施拦截摧毁，由于目标距离近，周围环境复杂，难免会伤及城市建筑及人群；第二，运用导弹、高炮等武器系统对付这类小目标成本过高，且效率低下；第三，这类飞行目标通常出现突然，飞行高度较低，导弹、高炮等武器系统难以在较短时间内实施有效防卫。

采用直升机在空中抵近目标后用枪将目标击落。这个方法的问题首先是枪声带来的影响不好，其次是直升机飞到目标需要一定的时间，响应的实时性差。

用网弹拦截，网弹应用了地空拦截导弹的技术，发射时微声微光微烟，打出网弹，网弹飞至目标后打出网将目标罩住，使目标失去动力而坠毁，弹体打开降落伞落下，网弹拦截系统的工作过程如图1所示。

用激光武器击落目标，随着激光技术的发展，激光武器在许多国家得到了大力发展，技术日趋成熟，激光武器从发射到目标所用时间极短，非常适合应对现有防空兵器难以对付的突然出现的近距离目标，激光武器兼备软杀伤和硬杀伤能力，可以致盲无人机上的传感器，使其不能正常工作；也可以破坏其壳体结构，直接将其摧毁，激光武器对一个目标可进行多次拦截，可显著提高目标拦截概率。激光武器每次发射成本几百美元，比使用防空导弹拦截作战费效比高。但是，据报道，国内激光武器还有一些技术难点没突破，激光拦截系统的实际作战效果不如网弹系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用电子干扰手段拦截并且将无人机干扰并且反制的装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种低慢小飞行设备反制装置，包括至少一个站点，其特征在于：所述至少一个站点包括手持式天线和便携式信号处理机，所述手持式天线包括GPS/GLONASS螺旋天线、WiFi螺旋天线和平板天线，所述GPS/GLONASS螺旋天线、WiFi螺旋天线和平板天线分别通过射频电缆连接至便携式信号处理机。

所述GPS/GLONASS螺旋天线为柱螺旋天线，其极化方式为圆极化，典型增益≥10dBic，波束宽度≤60°，外形尺寸为Φ300nm×600nm。

所述WiFi螺旋天线包括两副，其中一副为2.4G频段，另一副为5.8G频段，并且均采用柱螺旋天线，其极化方式为圆极化，典型增益≥10dBic，波束宽度小于55°。

所述平板天线为433MHz频段干扰天线，天线形式为十字交叉振子，极化方式为圆极化或者线极化，增益指标：≥3dBi，波束宽度小于100°。

优选地，还包括一底座，所述GPS/GLONASS螺旋天线、WiFi螺旋天线和平板天线均分别设于底座上，所述GPS/GLONASS螺旋天线和WiFi螺旋天线设于底座上平板天线的一侧，并且两副所述WiFi螺旋天线分别设于GPS/GLONASS螺旋天线的两侧。

所述便携式信号处理机包括与与GPS/GLONASS螺旋天线连接的第一功放和第二功放，与WiFi螺旋天线连接的2.4GHz功放和5.8GHz功放，以及与平板天线连接的平板天线功放，信号处理板和电源。

所述信号处理板包括用于信号处理算法的计算和系统管理的FPGA芯片，以及与FPGA芯片连接的用于PCI-E的接口传输和管理的PCI总线的桥接芯片，以及与FPGA芯片连接的用于外部网络连接的以太网芯片，和与FPGA连接的两个FMC连接器，所述两个FMC连接器分别连接AD芯片和DA芯片，所述AD芯片和DA芯片连接至各个功放。

所述信号处理板还包括与PCI总线桥接芯片连接的插槽，与FPGA芯片连接的多功能接口，和与以太网芯片连接的接口。

与现有技术相比，本发明的优点在于利用多种频段不同的天线，通过对遥控链路的压制干扰和欺骗，以及对导航信号的干扰和欺骗，实现无人机的接管和控制，能够杜绝无人机黑飞的问题。

附图说明

图1为现有技术中利用网弹拦截无人机的方案的示意图。

图2为本发明实施例的反制装置的结构示意图。

图3为本发明实施例的反制装置的信号处理板的示意图。

图4为本发明实施例的反制装置的GPS/GLONASS螺旋天线的示意图。

图5为本发明实施例的反制装置的GPS/GLONASS螺旋天线的二维归一化方向图。

图6为本发明实施例的反制装置的WiFi螺旋天线的示意图。

图7为本发明实施例的反制装置的WiFi螺旋天线的二维归一化方向图。

图8为本发明实施例的反制装置的平板天线的示意图。

图9为本发明实施例的反制装置的平板天线的二维归一化方向图。

图10为本发明实施例的反制装置的手持式天线的整体布局示意图。

图11为采用本发明的反制装置的对时统进行欺骗的效果图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

电子干扰无人机主要有三种手段，一是干扰受保护区域内的GPS/GLONASS信号，使得依靠导航卫星进行导航的飞行器在这些区域内无法正常飞行；二是干扰飞行器的遥控和遥测链路，让飞行器和遥控人员失去联系，飞行器强制进入自主飞行状态，多数无人机自主飞行是完全依赖于卫星导航系统的，导航接收机不能正常工作就无法正常自主飞行；三是干扰传感器回传的数据链路或控制传感器工作的遥控链路，如控制摄像头指向，这样做可以降低传感器的效能。电子干扰手段覆盖区域大，作用距离远，实时性高，实施拦截时成本极低，是比较好的方式。

目前商用无人机的遥控链路主要分为DJI Lightbridge与Wi-Fi两类。因此本系统主要针对这两种遥控链路进行侦察干扰，甚至进行链路欺骗。

在遥控链路失控的情况下，商用无人机主要采用GPS/GLONASS进行导航，根据GPS/GLONASS信号进行返回或者根据预设路径降落至指定地点。因此，在干扰遥控链路的情况下，必须同时干扰或者欺骗GPS/GLONASS信号。

由于DJI Lightbridge与Wi-Fi频段较宽，大功率压制干扰功率大、距离近、效果差、容易被发现，且无线频谱污染严重，并不是一种较为高效、可靠和环保的方法。因此，需要研究一种针对遥控链路和GPS的高效绿色低功率的灵巧干扰和欺骗方法。

另外，在对无人机进行侦察干扰截获的基础上，还需要对遥控链路进行测向定位，获取遥控器的来波方向或者位置，驱离或逮捕黑飞人员，彻底杜绝无人机黑飞再次出现。

本装置的目标是提供一种各类无人机侦察干扰欺骗系统，具备对遥控链路的压制干扰、灵巧干扰和欺骗功能，对导航信号的干扰和欺骗功能，和对遥控发射器的测向定位功能。

本发明的装置，如图2所示，包括至少一个站点，每个站点包括手持式天线1和便携式信号处理机2，手持式天线1包括GPS/GLONASS螺旋天线11、WiFi螺旋天线12和平板天线13，并且分别通过若干射频电缆连接至便携式信号处理机2。

便携式信号处理机2可背负也可挂在胸前，通过手持式天线1开关切换收发。当装置配备三个站点时，站与站之间通过通信链路进行同步和转发，可实现对无人机和遥控器的时差定位。便携式信号处理机2包括与GPS/GLONASS螺旋天线11连接的第一功放21和第二功放22，该第一功放21的频率为1575.42MHz，该第二功放22的频率是1228MHz，与WiFi螺旋天线12连接的2.4GHz功放23和5.8GHz功放24，以及与平板天线13连接的平板天线功放27，信号处理板25和电源26，其中信号处理板25与电源26连接，信号处理板25与各个功放均连接。便携式信号处理机2用于接收目标无人机的遥控信号并分析遥控信号的频率、传输方式用于产生遥控链路干扰信号，GPS/GLONASS螺旋天线11和其连接的第一功放21和第二功放22用于发射对目标无人机的导航干扰信号，使目标无人机无法捕获当前的导航信号，WiFi螺旋天线12和与其连接的2.4GHz功放23和5.8GHz功放24、以及平板天线13和平板天线功放均用于发射目标无人机遥控的干扰信号，使其通信控制中断，达到操控者无法遥控的目的。并且上述的GPS/GLONASS螺旋天线11、WiFi螺旋天线12和平板天线13不但可以用于发射，还可以用于接收，用于接收目标无人机的遥控信号。

信号处理板25，如图3所示，包含两个FMC连接器，可连接各种类型的AD/DA芯片，并通过AD/DA芯片连接至上述各个功放，一片ZNYQ系列的FPGA，用于信号处理算法的计算和系统管理，FMC连接器连接至FPGA芯片，与FPGA芯片连接的PCI9656是一款PCI总线的桥接芯片，用于PCI-E的接口传输和管理，该PCI总线的桥接芯片连接至插槽CPCI-J1和CPCI-J2。与FPGA连接的以太网芯片ETH，用于外部网络连接。信号处理板的AD芯片连接到接收天线，DA芯片连接到功放，再由功放输出放大后的发射信号至天线。信号处理板的FPGA用于处理接收到的遥控信号，对遥控信号进行信号处理和分析，再产生干扰信号，两块FMC子板分别放置AD芯片和DA芯片，其中AD芯片用于接收天线的无线信号，DA芯片用于产生干扰和GPS欺骗信号。另外还可以包括与FPGA连接的多功能接口J30J-31，以及备用多功能接口J30J-31，该两个接口用于，连接至以太网芯片ETH的接口RJ45，另外还有另一备用接口J30J-9也连接至以太网芯片ETH。FPGA还连接有至少三个DDR3，用于暂时存储信号数据。

并且其中的GPS/GLONASS螺旋天线11如图4所示，为柱螺旋天线，其极化方式为圆极化，典型增益≥10dBic，波束宽度≤60°，外形尺寸为Φ300nm×600nm。该螺旋天线的二维归一化方向图如图5所示。该天线在方法中用于发射对无人机导航的干扰信号。

WiFi螺旋天线12包括2.4G频段和5.8G频段的两副天线，工作频段：WiFi频段。天线形式：柱螺旋天线，极化方式：圆极化。增益指标：≥10dBic，波束宽度：小于55°，如图6所示。该WiFi天线的典型二维归一法方向图如图7所示。并且两副天线的尺寸不同。该天线在方法中用于发射对大疆品牌的目标无人机遥控的干扰信号。

平板天线13为433MHz频段干扰天线，如图8所示，该平板天线13工作频段：433MHz频段，天线形式：十字交叉振子，极化方式：圆极化/线极化，增益指标：≥3dBi，波束宽度：小于100°。该平板天线的典型二维归一化方向图如图9所示。该天线在方法中用于发射对其他类型的目标无人机遥控的干扰信号。

该手持式天线1的整体布局如图10所示。包括底座100，以及位于底座100上的433MHz平板天线13，GPS/GLONASS螺旋天线11和WiFi螺旋天线12设于底座上平板天线13的一侧。两副WiFi螺旋天线12分别设于GPS/GLONASS螺旋天线11的两侧。

该低慢小飞行设备反制装置包括至少一个站点，其中一个站点为侦查测向站，利用天线不同方向接收信号的幅度不同，对飞行器和遥控器的辐射进行测向，例如可以设置三个侦察测向站，接收飞行器自身辐射信号，利用多站接收信号的时频差，实现对无人机和遥控器辐射源的双目标定位和跟踪。

该装置对低慢小飞行设备的反制装置的反制方法，主要包括以下步骤：对采用多站无源方式对目标进行探测，探测到目标后，对遥控链路进行压制干扰，同时可对GPS进行欺骗干扰，从而控制无人机航迹，使其降落在指定的区域范围之内。

Claims (8)

1.一种低慢小飞行设备反制装置，包括至少一个站点，其特征在于：所述至少一个站点包括手持式天线(1)和便携式信号处理机(2)，所述手持式天线(1)包括GPS/GLONASS螺旋天线(11)、WiFi螺旋天线(12)和平板天线(13)，所述GPS/GLONASS螺旋天线(11)、WiFi螺旋天线(12)和平板天线(13)分别通过射频电缆连接至便携式信号处理机(2)。

2.如权利要求1所述的反制装置，其特征在于：所述GPS/GLONASS螺旋天线(11)为柱螺旋天线，其极化方式为圆极化，典型增益≥10dBic，波束宽度≤60°，外形尺寸为Φ300nm×600nm。

3.如权利要求1所述的反制装置，其特征在于：所述WiFi螺旋天线(12)包括两副，其中一副为2.4G频段，另一副为5.8G频段，并且均采用柱螺旋天线，其极化方式为圆极化，典型增益≥10dBic，波束宽度小于55°。

4.如权利要求1所述的反制装置，其特征在于：所述平板天线(13)为433MHz频段干扰天线，天线形式为十字交叉振子，极化方式为圆极化或者线极化，增益指标：≥3dBi，波束宽度小于100°。

5.如权利要求1-4中任一项所述的反制装置，其特征在于：还包括一底座(100)，所述GPS/GLONASS螺旋天线(11)、WiFi螺旋天线(12)和平板天线(13)均分别设于底座上，所述GPS/GLONASS螺旋天线(11)和WiFi螺旋天线(12)设于底座上平板天线(13)的一侧，并且两副所述WiFi螺旋天线(12)分别设于GPS/GLONASS螺旋天线(11)的两侧。

6.如权利要求1所述的反制装置，其特征在于：所述便携式信号处理机(2)包括与GPS/GLONASS螺旋天线(11)连接的第一功放(21)和第二功放(22)，与WiFi螺旋天线(12)连接的2.4GHz功放(23)和5.8GHz功放(24)，以及与平板天线(13)连接的平板天线功放(27)，信号处理板(25)和电源(26)。

7.如权利要求6所述的反制装置，其特征在于：所述信号处理板(25)包括用于信号处理算法的计算和系统管理的FPGA芯片，以及与FPGA芯片连接的用于PCI-E的接口传输和管理的PCI总线的桥接芯片，以及与FPGA芯片连接的用于外部网络连接的以太网芯片，和与FPGA连接的两个FMC连接器，所述两个FMC连接器分别连接AD芯片和DA芯片，所述AD芯片和DA芯片连接至各个功放。

8.如权利要求7所述的反制装置，其特征在于：所述信号处理板(25)还包括与PCI总线桥接芯片连接的插槽，与FPGA芯片连接的多功能接口，和与以太网芯片连接的接口。