CN107339914B - 一种基于声波的反无人机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于声波的反无人机系统。本发明首先通过定位跟踪装置发现来袭的无人机的位置信息以及实时计算瞄准位置偏差，并将其实时传送给控制及显示装置，由控制及显示装置实时将瞄准位置偏差转发给声波攻击装置的伺服模块，以驱动声波攻击装置动态实时瞄准目标无人机，当目标无人机进入预警范围时，由控制及显示装置实时显示其运动轨迹，当目标无人机进入攻击范围时，向声波攻击装置发攻击指令，使其向目标无人机发射声波攻击信号，致使无人机产生共振坠落。本发明通过发射与无人机元器件发生共振的声波实现普通和特殊场合硬摧毁无人机的方法，达到不仅对普通情况下有效打击无人机，针对特殊情况下也能高效反击无人机的目的。

Description

一种基于声波的反无人机系统

技术领域

本发明属于反无人机技术领域，具体涉及基于声波的反无人机系统。

背景技术

近年来民用无人机市场日益火爆，无人机已在个人航拍、影视拍摄、电力巡检、森林防火、警务取证、地图测绘等方面应用广泛。随着技术方面的不断突破，无人机已经成为了一种性能强大、功能全面的综合性平台，可以自主跟随、轨迹飞行、定点环绕。

反无人机技术是指针对非法飞行的无人机进行的侦察、摧毁的方法和系统。

目前反击无人机的主要方法主要有两种，一是GPS欺骗的方法。例如，申请公布号为：CN105842717A，发明名称为《一种反无人机的方法和系统》的专利申请，采用的方法是，预设安全区域，根据区域范围布置天线；仿真场景，通过生成安全区域的仿真位置信息，形成无人机接收的反导航信号；当无人机驶至安全区域的边缘时，通过所述反导航信号替换无人机接收的真实卫星信号，使无人机位于所述安全区域之外。

二是采取向目标无人机投放网状物体包裹无人机使其坠落的方法。例如申请公布号为：CN105711850A，发明名称为《一种网弹式反无人机智能拦截系统》的专利申请，采用的方法是，通过探测预警系统对来袭无人机进行预警，由地面或空中控制发射系统接收雷达信号并发出拦截指令，通过发射智能拦截网弹对目标进行抓捕，使其失去动力，速度减慢，而后进行缠绕抓捕。

申请公布号为：CN105651120A，发明名称为《一种固定式反无人机拦截网系统》的专利申请，采用的方法是，当无人机来袭时，牵引网体火箭装置携带拦截网体上升，达到最高点，网体在空中悬浮，通过电磁引导装置实现对网体的收拢，形成网兜，达到捕获无人机的目的。

以上反无人机方法，技术上主要采用强干扰、物理方式捕获，流程复杂、操作困难、技术难度较大，且有一定的条件限制。随着技术的发展，有些无人机开始考虑不依赖于GPS的导航，上述技术就没有效果；采取撒网捕获的方式，不仅极易被对方发现，而且捕获率较低。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中反无人机领域存在的缺陷，公开了一种发射与无人机发生共振的攻击声波实现普通和特殊场合硬摧毁无人机的技术方案，达到不仅对普通情况下有效打击无人机，针对特殊情况下也能高效反击无人机的目的。

本发明的基于声波的反无人机系统，包括定位跟踪装置、控制及显示装置和声波攻击装置；

所述定位跟踪装置包括信号探测模块、控制子模块、驱动模块和通信模块，其中通信模块用于与控制及显示装置的通信交互，信号探测模块通过发射和接收无线电波实时获取探测目标的位置信息，包括探测目标的方向、高度、探测目标与定位跟踪装置的距离，驱动模块为定位跟踪装置的伺服单元，控制子模块为定位跟踪装置处理控制单元；信号探测模块、驱动模块和通信模块分别与控制子模块相连，定位跟踪装置各模块的工作过程为：

信号探测模块将目标的位置信息实时发给控制子模块，控制子模块实时根据当前位置信息计算瞄准位置偏移量并发送给驱动模块，通过驱动模块调整信号探测模块的瞄准位置，使得信号探测模块实时瞄准探测目标，例如对于采用雷达的信号探测模块，通过驱动模块调整雷达发射天线的发射方向，使其对准探测目标；同时通过其通信模块向控制及显示装置实时发送瞄准位置偏移量，通过控制及显示装置将瞄准位置偏移量转发给声波攻击装置，实现定位跟踪装置与声波攻击装置的瞄准同步；当探测目标进入预警范围时(控制子模块判定)，控制子模块通过其通信模块向控制及显示装置发送显示激活指令，并实时将探测目标的位置信息发送给控制及显示装置；

所述控制及显示装置包括通信模块、主控制模块和显示模块，其中控制及显示装置的通信模块用于与定位跟踪装置、声波攻击装置通信交互，主控制模块为控制及显示装置的处理控制单元，显示模块用于显示探测目标的运动轨迹及提供人机交互的界面等；控制及显示装置的通信模块和显示模块分别与主控制模块相连，各模块的工作过程为：

控制及显示装置的通行模块将接收的瞄准位置偏移量发给主控制模块，主控制模块通过通信模块向声波攻击装置实时转发接收的瞄准位置偏移量转发给；当主控制模块通过通信模块接收到显示激活指令时，基于探测目标的位置信息在显示模块实时显示探测目标的运动轨迹，当探测目标进入攻击范围(主控制模块判定)，主控制模块基于工作模式执行不同处理：如果当前工作模式为人工干预，则通过显示模块提示操作人员是否选择攻击，若选择攻击，则向声波攻击装置发送攻击指令；如果当前工作模式为无人工干预，则等待K秒后向声波攻击装置发送攻击指令，其中0＜K＜10；其中攻击范围小于预警范围，例如将预警范围设置为：500米至信号探测模块的最大探测距离；攻击范围设置为：当探测目标与被保护目标之间的距离为0～500米，即本示例中将500米设置为攻击距离，当然攻击距离可基于攻击需求和系统性能进行对应设置；当探测目标与被保护目标之间的距离落入预警范围时(定位跟踪装置的控制子模块基于探测目标与定位跟踪装置之间的距离、位跟踪装置、被保护目标的位置坐标进行计算得到探测目标与被保护目标之间的距离)，则认为探测目标进入预警范围；当探测目标与被保护目标之间的距离(主控制模块基于探测目标与定位跟踪装置之间的距离、位跟踪装置、被保护目标的位置坐标进行计算得到探测目标与被保护目标之间的距离)小于或等攻击距离时，则认为探测目标进入攻击范围。

声波攻击装置包括通信模块、控制子模块、驱动模块和攻击模块，其中声波攻击装置的通行模块用于与控制及显示装置的通信交互，驱动模块为声波攻击装置伺服单元，攻击模块为攻击执行单元，声波攻击装置的控制子模块为其处理控制单元，声波攻击装置的通信模块、驱动模块和攻击模块分别与其控制子模块相连，各模块的工作过程为：

声波攻击装置的控制子模块将通过其通信模块接收的瞄准位置偏移量实时发给驱动模块，通过驱动模块调整攻击模块的瞄准位置，使得攻击模块实时瞄准探测目标，其中攻击模块与信号探测模块的初始瞄准位置相同；当声波攻击装置的控制子模块通过其通信模块接收到攻击指令时，向攻击模块发出启动指令，启动攻击模块向探测目标发射使探测目标产生共振的声波攻击信号，即攻击信号为使得无人机的元器件产生共振的声波信号。

本发明中，定位跟踪装置、控制及显示装置和声波攻击装置之间的通行方式既可以设置为无线也可以设置为有线，另外，为了防止反侦察，可以为定位跟踪装置和声波攻击装置设置伪装，如涂伪装色、增加伪装设备等方式。

进一步的，所述控制及显示装置还包括预警提示模块，当主控制模块接收到显示激活指令后，启动预警提示模块进行预警提示，例如声音和信号灯组合的预警提示方式。

为了追踪对探测目标(无人机)的声波攻击是否成功，在主控制模块向声波攻击装置发出攻击指令后，主控制模块同时通过控制及显示装置的通信模块向定位跟踪装置发出攻击监测指令，用于获取攻击目标的摧毁结果，所述攻击目标为被攻击的探测目标；即定位跟踪装置的通信模块将接收的攻击监测指令发给其控制子模块，定位跟踪装置的控制子模块通过信号探测模块的反馈，获取攻击目标在预设时间段内的高度变化状态，若高度变化状态呈现直线下降的态势时，则生成摧毁信号并返回给主控制模块；主控制模块向声波攻击装置发送攻击待机信号，停止对攻击目标的声波攻击。

当然，在判定是否生成摧毁信号时，还可以直接基于攻击目标的高度进行判定，若低于预设高度阈值，若低于预设高度阈值，则生成摧毁信号并返回给主控制模块。

另外，也可以根据操作人员的人工监视来追踪对攻击目标的声波攻击是否成功，即在人工干预的工作模式下，当主控制模块向声波攻击装置发出攻击指令后，主控制模块通过显示模块提示操作人员是否停止对攻击目标的声波攻击，当接收到停止攻击的指令后，主控制模块向声波攻击装置发送攻击待机信号。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：将落入定位跟踪装置的探测目标作为无人机，当其落入攻击范围时，向无人机发起物理攻击(声波方式)，达到硬损毁无人机的技术效果，不管无人机是否采用GPS导航，均能实现高效打击。

附图说明

图1是本发明的具体实施系统框图；

图2是定位跟踪装置的结构示意图；

图3是控制及显示装置的结构示意图；

图4是声波攻击装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本发明作进一步地详细描述。

参见图1，本发明的反无人机系统1包括定位跟踪装置101、控制及显示装置102及声波攻击装置103。

定位跟踪装置101包括：驱动模块101a、控制子模块101b、信号探测模块101c和通信模块101d，如图2所示。

其中，定位跟踪装置101用于实时获取探测目标的方位、距离和高度，可以是目前已有的成熟产品，或是经过个人改装的符合相关要求的具有定位跟踪功能的模块；定位跟踪装置101的探测距离不宜过长，不宜过短，最合适的探测距离是1km至2km；定位跟踪装置101应该具备长时间、复杂气候条件工作的能力；在与控制及显示装置102进行通信时，采取的方式可以是有线通信或是无线连接，根据部署的实际情况确定采取的通信方式；在配置定位跟踪装置101时，应该根据合理的地理环境，优先配置在视野开阔、无遮挡的地形上，必要时可以加装已有或是自制的伪装设备。

打开定位跟踪装置101的电源后，该装置开始工作，通过信号探测模块101c探测到探测目标后，将探测结果(位置信息，如方向、高度、距离等)发给控制子模块101b，计算得到瞄准位置偏移量并发送给驱动模块101a，通过驱动模块101a调整信号探测模块101c发射方向，实时对准探测目标，即目标无人机2。并通过通信模块101d向控制及显示装置102实时发送瞄准位置偏移量。同时，当控制子模块101b检测到目标无人机2进入预警范围时，开始通过通信模块101d向控制及显示装置102实时发送目标无人机2的位置信息。

其中，定位跟踪装置101与控制及显示装置102的通信时，优选具有一定保密能力的通信协议。

控制及显示装置102包括：通信模块102a、主控制模块102b、显示模块102c和声音模块102d，如图3所示。

其中，通信模块102a负责该装置对外及内部信号传输；主控制模块102b不仅控制该装置，而且还是整个反无人机系统的控制中心；显示模块102c是整个反无人机系统的人机交互的交互界面；声音模块102d用于预警提示。即控制及显示装置102是整个系统的核心部件，主要负责整个系统的控制和人机交互功能。

打开电源后，控制及显示装置102即被激活，当未接收到定位跟踪装置101传输的显示激活指令时，控制及显示装置102处于控制待机状态，仅向声波攻击装置103实时转发瞄准位置偏移量，使得声波攻击装置103实时瞄准目标无人机2，实现定位跟踪装置101与声波攻击装置103随动同步。当接收到显示激活信号后，控制及显示装置102处于控制工作状态，在显示模块102c实时显示目标无人机2的运动轨迹，并通过声音模块102d发出声音预警提示，以及在显示模块102c发出信号灯预警提示。

控制及显示装置102需要的硬件设备可以是预装Linux系统的卡片式电脑，也可以是零件组装的具有控制功能的设备，并配置对应的应用软件。

声波攻击装置103包括：驱动模块103a、控制子模块103b、声波攻击模块103c和通信模块103d，如图4所示。

其中，通信模块103d将收到的信息发送给控制子模块103b，控制子模块103b将瞄准位置偏移量实时发送给驱动模块103a，以使得声波攻击模块103c信号发射方向实时对准目标无人机2。声波攻击模块103c与信号探测模块101c的初始信号发射方向相同，即初始瞄准位置相同。声波攻击模块103c用于向瞄准的目标无人机2发送固有频率一致的声波攻击信号，促使目标无人机2元器件发生共振，直至物理损坏，致使无人机无法正常运行，从高空坠落，达到反无人机的目的。

当主控制模块102b基于接收的目标无人机2的位置信息，检测到目标无人机2进入攻击范围时，基于系统的工作模式执行不同处理：如果当前工作模式为人工干预，则通过显示模块102c提示操作人员是否选择攻击，便于人工进行干预。若选择攻击，则通过通信模块102a向声波攻击装置103发送攻击指令；如果当前工作模式为无人工干预，则等待5秒后向声波攻击装置103发送攻击指令，并给出攻击倒计时提示，以便于操作人员可以中断当前攻击。

声波攻击装置103的声波攻击模块103c包括信号发生单元、换能单元、发射单元，其中信号发生单元用于生成所需频率的电信号，其内置功率放大器，对生成的电信号进行放大并传给换能单元；换能单元用于将经过放大器的电信号转化为声波信号，并通过发射单元向瞄准的目标无人机2发射具有攻击性能的声波信号，即声波攻击信号。

本发明中，声波攻击装置103接到攻击指令后，持续向瞄准的目标无人机2发射声波攻击信号，直到收到攻击待机信号。

在对目标无人机2发射声波攻击信号，还应检测攻击效果，即当主控制模块102b向声波攻击装置103发出攻击指令后，同时向定位跟踪装置101的控制子模块101b发出攻击监测指令，控制子模块101b通过信号探测模块101c的反馈，获取攻击目标在预设时间段内的高度变化状态，得到攻击目标的摧毁状态，生成摧毁信号并返回给控制及显示装置102的主控制模块102b，主控制模块102b基于摧毁状态向声波攻击装置103发送不同的控制信号：若摧毁状态为未摧毁，则主控制模块102b继续向声波攻击装置103发送攻击指令，并同时向控制子模块101b发出攻击监测指令；若摧毁状态为摧毁，则主控制模块102b向声波攻击装置103发送攻击待机信号，使得攻击装置停止对攻击目标的声波攻击。

对于判定无人机是否被清除的另一个途径是，若有操作员在场的情况下，可以人工通过肉眼或是辅助设备如望远镜，来进行人工判定。即在人工干预的工作模式下，当主控制模块102b向声波攻击装置103发出攻击指令后，主控制模块102b通过显示模块提示操作人员是否继续攻击，当接收到继续攻击的指令后，主控制模块继续向声波攻击装置发送攻击指令。

本发明的基于声波的反无人机系统在使用时，其具体使用步骤可参考下述步骤：

第一步：操作员根据实际需求，基于便于观察、便于放置的原则，将所述定位跟踪装置101放置在合理的地形上，并采取适当的固定方式将其固定；

第二步：操作员寻找合适的地形，基于适当伪装、便于发射的原则，将所述声波攻击装置103放置固定在合适的地形。

第三步：对所述定位跟踪装置101和所述声波攻击装置103采取适当的伪装手段，特别是声波攻击装置103，应该采取一定的伪装，如涂伪装色、增加伪装设备等方法均可。

第四步：将所述控制及显示装置102放置于隐蔽且合适通信的位置。操作员根据实际的地形进行配置。

第五步：接着配置后期工作。如采取有线连接的方式，则还需用通信线缆将上述系统之间连接起来；另还需对所述3个装置连接电源的操作。

第六步：初级检测操作。当上述步骤完成好后，打开电源总开关，此时定位跟踪装置101应当处于搜索目标的状态，而控制及显示装置102和声波攻击示装置103的电源指示灯亮，处于待机的状态。

第七步：假目标测试。通过发射一个假目标进行系统级测试。

在定位跟踪装置101的探测距离范围内，发射测试无人机作为假目标，因假目标位于预警范围，因而定位跟踪装置101向控制及显示装置102传输目标位置信息及瞄准位置偏移量；显示模块102c给出预警提示信息；假目标进入可攻击范围时，显示模块102c给出是否攻击提示；默认情况下，控制及显示装置102等待数秒后，向声波攻击示装置103发出攻击指令；一段时间后，定位跟踪装置101判断假目标的摧毁状态，向控制及显示装置102发出摧毁信号；控制及显示装置102向声波攻击示装置103发出攻击待机指令。

第八步：测试工作完成，各装置可以正常工作后，整个系统即硬件和软件配置完成，表示可以投入运行；若出现异常情况，根据具体实际情况进行相应的调试工作，直至正常工作即可。正常状态应是：定位跟踪装置101处于继续探测发现目标状态，控制及显示装置102处于控制待机状态、声波攻击示装置103处于攻击待机状态，直到接收到对应指令后，开始新一轮的攻击环节。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (8)

1.一种基于声波的反无人机系统，其特征在于，包括定位跟踪装置、控制及显示装置和声波攻击装置；

所述定位跟踪装置包括信号探测模块、控制子模块、驱动模块和通信模块，其中定位跟踪装置的通信模块用于与控制及显示装置的通信交互，信号探测模块通过发射和接收无线电波实时获取探测目标的位置信息并发给定位跟踪装置的控制子模块，该控制子模块实时根据当前位置信息计算瞄准位置偏移量并发送给定位跟踪装置的驱动模块，通过该驱动模块调整信号探测模块的瞄准位置，使得信号探测模块实时瞄准探测目标；同时向控制及显示装置实时发送瞄准位置偏移量；当探测目标进入预警范围时，控制子模块向控制及显示装置发送显示激活指令，并实时将探测目标的位置信息发送给控制及显示装置；

所述控制及显示装置包括通信模块、主控制模块和显示模块，其中控制及显示装置的通信模块用于与定位跟踪装置、声波攻击装置通信交互，主控制模块实时将接收的瞄准位置偏移量转发给声波攻击装置；当主控制模块接收到显示激活指令时，基于探测目标的位置信息在显示模块实时显示探测目标的运动轨迹，当探测目标进入攻击范围时，主控制模块基于工作模式执行不同处理：如果当前工作模式为人工干预，则通过显示模块提示操作人员是否选择攻击，若选择攻击，则向声波攻击装置发送攻击指令；如果当前工作模式为无人工干预，则等待K秒后向声波攻击装置发送攻击指令，其中0＜K＜10；

声波攻击装置包括通信模块、控制子模块、驱动模块和攻击模块，其中声波攻击装置的通信模块用于与控制及显示装置的通信交互，声波攻击装置的控制子模块将接收的瞄准位置偏移量实时发给声波攻击装置的驱动模块，通过该驱动模块调整攻击模块的瞄准位置，使得攻击模块实时瞄准探测目标，其中攻击模块与信号探测模块的初始瞄准位置相同；当声波攻击装置的控制子模块接收到攻击指令时，向攻击模块发出启动指令，启动攻击模块向探测目标发射使探测目标产生共振的声波攻击信号。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制及显示装置还包括预警提示模块，当主控制模块接收到显示激活指令后，启动预警提示模块进行预警提示。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述预警提示为声音和信号灯的组合。

4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，在主控制模块向声波攻击装置发出攻击指令后，同时向定位跟踪装置发出攻击监测指令，用于获取攻击目标的摧毁结果，所述攻击目标为被攻击的探测目标；

定位跟踪装置的控制子模块基于信号探测模块的反馈，获取攻击目标在预设时间段内的高度变化状态，若高度变化状态呈现直线下降的态势时，则生成摧毁信号并返回给主控制模块；

主控制模块向声波攻击装置发送攻击待机信号，停止对攻击目标的声波攻击。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，定位跟踪装置的控制子模块基于信号探测模块的反馈获取攻击目标的摧毁结果时，直接基于攻击目标的高度进行判定，若低于预设高度阈值，则生成摧毁信号并返回给主控制模块。

6.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，在人工干预的工作模式下，当主控制模块向声波攻击装置发出攻击指令后，主控制模块通过显示模块提示操作人员是否停止对攻击目标的声波攻击，当接收到停止攻击的指令后，主控制模块向声波攻击装置发送攻击待机信号。

7.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，定位跟踪装置的控制子模块判定探测目标进入预警范围的判定方式为：探测目标与被保护目标的距离小于或等于距离阈值H1；

控制及显示装置的主控制模块判定探测目标进入攻击范围的判定方式为：探测目标与被保护目标的距离小于或等于距离阈值H2；

其中距离阈值H1大于距离阈值H2。

8.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述定位跟踪装置、声波攻击装置设置有伪装。