CN107507461A - 一种无人机快速识别防御系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机快速识别防御系统，其包括光学识别部分、微波干扰部分、计算机；光学识别部分、微波干扰部分分别与计算机连接，其中光学识别部分包括全景望远镜、与全景望远镜匹配连接的CCD图像传感器、高倍望远镜、与高倍望远镜匹配连接的CCD图像传感器、赤道仪；微波干扰部分包括一个以上的信号产生模块、一个以上的第一级功率放大模块、大功率合路器、第二级功率放大模块、发射天线；本发明装置具有覆盖频率范围宽、发现及时、可操控性方便、保护范围大、对周围无线电频段使用用户危害小等优点。

Description

一种无人机快速识别防御系统

技术领域

本发明属于无线电电子对抗及安全防护领域，具体涉及一种无人机快速发现、识别并干扰的综合信息处理平台。

背景技术

最近几年国内外无人机市场发展迅猛，从最初的军用领域逐渐扩展到消费领域，目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域有着广泛的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，但由此也带来了一系列亟需解决的问题。

无人机飞行高度相对较低、体积小、飞行速度相对较慢，但是对其探测、识别比较很困难，因此，违规使用无人机对公共安全会造成威胁。由于目前我国很多无人机还无法达到民航局的适航要求，安全性难以保障。同时，无人机数据链技术尚需完善。数据链丢失容易导致无人机失控，即使带有自动回收功能的无人机，也难以保证在无人机自动返回期间的安全性。最为严重的是，民用无人机在感知规避方面的技术还不成熟，无人机一般也没有配备空中防撞系统；因此，在民航机场附近飞行的无人机，给民航客机带来了严重的安全隐患。

最近两年，全国已发生多起无人机在空中逼停飞机的事件，无人机已成为民航班机的“隐形杀手”2013年7月的一天，在深圳机场，一架无人机因操作者操作失误，飞到了差不多400米的高度，这对航班产生了很大影响，该航班不得已只能紧急爬升，并改变了航线，最终，才避过了这个不明飞行物。

2013年12月，北京某航空科技公司3名员工操控无人机“黑飞”航拍测绘，导致多架次民航飞机避让、延误。北空雷达监测发现后，迅速出动将其击落。事后查明，此事件为北京一家科技公司组织的航拍，既未向民航部门申报任务，也未向北空申请飞行计划，属擅自违规飞行，导致多架次民航飞机避让、延误，而3名当事人被检方以“过失以危险方法危害公共安全罪”起诉。

2016年5月28日傍晚，民航西南空管局塔台，雷达发现距成都双流国际机场东跑道十几公里外的龙泉柏阖寺上空，有无人机在活动。因为事发在航班起降空域，东跑道被迫停航关闭达1小时20分钟，这直接导致55个进出港航班延误，严重扰乱了机场飞行秩序。

从今年开始云南省重要的进出空港——昆明长水机场多次遭到“黑飞”无人机干扰，今年2月5日一天长水机场发生两起无人机入侵事件和5月1日-2日长水机场又连续两日发生无人机入侵，在此期间导致多个航班延误。

随着类似上述事件的日益增长，无人机对机场、油库、私密场所以及大型会议等地点造成在安全、信息保密等方面的构成威胁。

针对上述问题，目前采用的防护方式主要有1. 空军战机将无人机击落或者迫降；2.地面枪械击落无人机；

上述方案主要存在的问题在于，采用战机成本很高且不能在很多场所覆盖；采用枪械受到法律管制，有些场所不能为工作人员配备枪械；采用手持式干扰仪在于人携带重量有限，同时由于大功率电磁波对人体有损害，所以该干扰仪的防护半径不大（400米左右），遇到多无人机“突防式”攻击时显得势单力薄。

目前所有的民用无人机都需要用到无线电技术来实现定位、遥控、图像传输等功能。当然某些特殊用途的无人机可以采用诸如地形匹配、图像识别以及高精度惯性导航的办法来确定自己的位置，并且自主的完成任务，但在民用领域尚未普及。既然无人机必须使用无线电技术，就可以对无线电进行干扰，从而达到使无人机失控或折返的目地。

在杭州举办的G20峰会上，首次出现了手持式干扰仪使其迫降或者返航，同时最近一年各种小型化的无人机干扰设备开始面试，可以采用车载、手持的方式对无人机进行干扰。但目前市场上干扰设备存在的主要问题在于，只能在目标发现后先采取接近方式，然后发射干扰信号，同时干扰信号功率不能太强，另外“黑飞”无人机可以通过图传方式发现正在携带干扰仪接近的干扰车、警察等目标，做出提前规避动作。

采用陆基式干扰装置具有发射功率大，作用距离远，易于远程操控以及可以伪装等优势，在大型的机场、油库、军用设施等通过合理部署和控制干扰装置可以有效的对无人机进行远距离“阻击”，起到很好的保护作用。但是对于一些对无线电强信号敏感的地区，例如：机场、油库等不能长时间开启干扰装置，如果能够采用光学望远镜先发现空中的无人机，再打开大功率干扰装置的方案，可以提高干扰成功率，降低大功率信号对保护区内部设备的影响，同时还可以减少不必要的功率消耗。

发明内容

本发明提供了一种基于光学、微波的无人机快速识别防御系统，目的在于建立无人机发现及无线电管制技术，通过双光学望远镜系统发现可能的无人机目标，然后通过图像处理进一步确认，待确认后开启干扰装置进行无线电干扰，形成“空中电子围栏”到达快速管制“黑飞”无人机的目的。

本发明装置包括光学识别部分、微波干扰部分、计算机，光学识别部分、微波干扰部分分别与计算机连接；其中光学识别部分包括全景望远镜、与全景望远镜匹配连接的CCD图像传感器、高倍望远镜、与高倍望远镜匹配连接的CCD图像传感器、赤道仪，全景望远镜和高倍望远镜设置在赤道仪上，赤道仪与计算机连接，与全景望远镜匹配连接的CCD图像传感器、与高倍望远镜匹配连接的CCD图像传感器分别与计算机连接；全景望远镜用于在大范围内发现可疑目标，高倍望远镜用于对可疑目标进行进一步跟踪、识别确认是非法无人机，赤道仪用于将高倍望远镜指向需要监测的空域。

所述微波干扰部分包括一个以上的信号产生模块、一个以上的第一级功率放大模块、大功率合路器、第二级功率放大模块、发射天线，信号产生模块通过第一级功率放大模块与大功率合路器连接，大功率合路器通过第二级功率放大模块与发射天线连接，计算机分别与信号产生模块、第一级功率放大模块、第二级功率放大模块、发射天线连接。

信号产生模块通过计算机获得需要输出信号的频率、带宽等信息后产生相应的信号，并由信号产生模块中的数字-模拟转换器输出端与第一级功率放大模块的输入端相连，由第一级大功率放大模块进行初步功率放大后输出至大功率合路器的输入端，在大功率合路器内将多个信号发生模块产生的信号进行合成为一路信号输出；大功率合路器输出至第二级功率放大模块进行再次放大后，最后送入发射天线。

本发明具体技术方案如下：

A．光学识别部分

全景光学望远镜具有全天视场，用于在大范围内发现可疑目标，通过后端的CCD图像传感器进行图像采集后发送给计算机，用于图像识别初步确认可疑目标的大体方位；

高倍望远镜具有较高的放大倍率用于对可疑目标进行进一步跟踪、识别确认是非法无人机；

赤道仪用于在全景光学望远镜发现可疑目标后，将高倍望远镜指向需要监测的空域；两台望远镜均与计算机相连，用于快速图像识别，图像识别采用常规图像识别技术；

B．微波干扰部分

多个信号产生模块通过计算机指令获得需要输出信号的频率、带宽等信息后产生相应的信号，然后由数字-模拟转换器将数字信号转换为模拟信号转换输出，在计算机控制下可以产生多路信号输出，用于对无人机的遥控信号、数据传输信号等进行同时干扰压制；

第一级功率放大模块的输入端与信号产生模块的输出端相连，由第一级大功率放大模块进行初步功率放大后输出至大功率合路器的输入端，第一级功率放大器的功率放大倍数受到计算机控制，可以调节增益大小，避免后端射频链路饱和，按常规方法控制放大倍数；

在大功率合路器内将多个信号发生器产生的信号进行合成为一路信号输出；

大功率合路器输出至第二级功率放大模块进行再次放大后，最后送入发射天线，同时第二级功率放大器的功率放大倍数也受到计算机控制，避免饱和。

．计算机

计算机用于完成图像处理、无人机、驱动光学望远镜和发射天线的指向，产生干扰信号命令、控制射频链路的稳定等。

计算机实现功能如下：

1、读取CCD图像传感器拍摄的图像，完成对空间目标进行拍摄后数据的分析：针对全景望远镜采集的图像主要是初步识别可疑目标，然后驱动高倍望远镜进行观测，对于高倍望远镜采集的图像主要在形态和运动学上进一步证认无人机；

2、计算机中可以设置望远镜+发射天线控制模块，起到望远镜和发射天线转向控制的功能，驱动天线和高倍望远镜的转台指向需要观测和干扰的方向，且按常规方法控制；

3、向多个信号产生模块发送命令，驱动多个信号产生模块产生干扰信号，起到在主要的无人机导航、通信频点上产生干扰信号的作用，同时控制两级功率放大器的增益，放置整个射频链路饱和的风险；上述控制均在远程操作且按常规方法控制。

本发明的技术效果如下：

本发明具有覆盖频率范围宽、发现及时、操控方便、保护范围大、对周围无线电频段使用用户危害小等优点；

1、首先，采用大功率高定向性天线进行信号发射，可以使得作用距离较远，保护范围更大；

2、其次，采用了光学望远镜组合探测的方式，从全景望远镜发现可疑目标，然后驱动高倍望远镜进一步证认“黑飞”无人机，具有更加可靠的判断性能，同时在证认后才开启大功率干扰系统，可以降低系统功耗，并减少对其他无线电使用者干扰的可能性；

3、再次，采用人机分离的控制方式，操作人员远离发射天线，使人体受到无线电辐射大大减小，保护了人体安全；

4、再次，采用计算机远程控制方式，能够达到精准操控天线朝着同一入侵无人机进行防御，大大提高阻击成功概率；同时功率可调决定了其灵活性，在空闲时间段可以调小或者关闭发射功率；

5、最后，采用多频率输出同时覆盖，可以保证对采用不同频率及控制方式的无人机进行有效的阻击，提高了适用范围。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本装置工作流程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。

实施例1：如图1、2所示，本基于光学、微波的无人机快速识别防御系统包括光学识别部分、微波干扰部分、计算机，光学识别部分、微波干扰部分分别与计算机连接；其中光学识别部分包括全景望远镜、与全景望远镜匹配连接的CCD图像传感器、高倍望远镜、与高倍望远镜匹配连接的CCD图像传感器、赤道仪，全景望远镜和高倍望远镜设置在赤道仪上，赤道仪与计算机连接，与全景望远镜匹配连接的CCD图像传感器、与高倍望远镜匹配连接的CCD图像传感器分别与计算机连接；微波干扰部分包括4个信号产生模块、4个第一级功率放大模块、大功率合路器、第二级功率放大模块、发射天线，信号产生模块通过第一级功率放大模块与大功率合路器连接，大功率合路器通过第二级功率放大模块与发射天线连接，计算机分别与信号产生模块、第一级功率放大模块、第二级功率放大模块、发射天线连接。

其中，光学部分采用了全景望远镜+高倍望远镜的模式，首先全景望远镜具有较宽的视场，可以在较大的范围内发现可疑目标，其次高倍望远镜具有较高的倍率，可以获得较为清晰的可疑目标图像，进一步证认无人机；

微波干扰部分覆盖了无人机控制信号可能使用的频率433MHz±4MHz，2410MHz±10MHz等，数据传输的信号频率5800MHz±4MHz，GPS导航所用到的信号频率L1:1575.42MHz±2MHz、L2: 1228MHz±2MHz，北斗卫星导航用到的信号频率B1:1559.052MHz-1591.788MHz、B2:1166.220MHz-1217.370MHz、B3:1250.618MHz-1286.423MHz；两级功率放大模块将信号功率提升至100-300W，发射天线采用抛物面天线+宽带双圆极化馈源方式；

整体系统采用远程控制方案，通过远程控制线将计算机和光学识别部分、微波干扰部分相连。

计算机主要功能如下：

1、读取CCD图像采集器拍摄的图像，完成对空间目标进行拍摄后数据的分析：针对全景望远镜采集的图像主要是是初步识别可疑目标，同时确定，然后驱动高倍望远镜进行观测，对于高倍望远镜采集的图像主要在形态和运动学上进一步证认无人机；

2、计算机中可以设置望远镜+发射天线控制模块，起到望远镜和发射天线转向控制的功能，驱动天线和高倍望远镜的转台指向需要观测和干扰的方向，且按常规方法控制；

3、向多个信号产生模块发送命令，驱动多个信号产生模块产生干扰信号，起到在主要的无人机导航、通信频点上产生干扰信号的作用，同时控制两级功率放大器的增益，放置整个射频链路饱和的风险。

Claims (1)

1.一种无人机快速识别防御系统，其特征在于：包括光学识别部分、微波干扰部分、计算机，光学识别部分、微波干扰部分分别与计算机连接；

其中光学识别部分包括全景望远镜、与全景望远镜匹配连接的CCD图像传感器、高倍望远镜、与高倍望远镜匹配连接的CCD图像传感器、赤道仪，全景望远镜和高倍望远镜设置在赤道仪上，赤道仪与计算机连接，与全景望远镜匹配连接的CCD图像传感器、与高倍望远镜匹配连接的CCD图像传感器分别与计算机连接；

微波干扰部分包括一个以上的信号产生模块、一个以上的第一级功率放大模块、大功率合路器、第二级功率放大模块、发射天线，信号产生模块通过第一级功率放大模块与大功率合路器连接，大功率合路器通过第二级功率放大模块与发射天线连接，计算机分别与信号产生模块、第一级功率放大模块、第二级功率放大模块、发射天线连接。