CN108650009B - 一种用于飞行器无源检测的无线链路遮挡估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于飞行器无源检测的无线链路遮挡估计方法，包括以下步骤：S1.在探测区域内布置探测站；S2.选择L个时刻内平均信号功率大于设定阈值的信号源站作为源站站点；S3.确定探测站与源站站点的定位信息；S4.建立各源站站点与探测站的射频传输链路；S5.建立相关的无线传播特征与射频传输链路数据库；S6.探测站跟踪检测到无线传播特征变化时，提取对应的射频传输链路；S7.计算射频传输链路阻挡概率PR；S8.在射频传输链路的阻挡概率PR超过预设值时，探测站判定射频传输链路阻挡被飞行物阻挡，输出射频传输链路阻挡信息。本发明能够准确地估计出探测区域内的射频阻挡情况，输出阻挡估计信息，为飞行器的检测提供准确的依据。

Description

一种用于飞行器无源检测的无线链路遮挡估计方法

技术领域

本发明涉及飞行器检测，特别是涉及一种用于飞行器无源检测的无线链路遮挡估计方法。

背景技术

无人机技术不断升级，并被广泛应用于各个领域，解决许多工作难题。但是在无人机给人们带来便利的同时也带来许多弊端，无人机技术不断升级的同时无人机威胁也在不断升级。由于无人机市场的迅猛发展，市场上随处可见私人无人机在空中飞行，但多数属于非法飞行，会对特殊区域造成威胁，因此需要对飞行器或无人机进行检测；

飞行器或无人机的检测包括有源和无源，无源检测利用现有广播、移动通信、电视、导航卫星等信号源，不需要额外的频谱资源，安装灵活；在当今时代，广播、移动通信、电视、导航卫星等信号源的基站布置越来越密集，为无源检测提供了有利条件；传统无源检测使用对信号源信号的直射和反射路径信号进行识别、延迟测量和角度测量等方法，使得飞行器或无人机的检测将会耗费比较大的计算资源，同时，在测量延迟、角度等信息时，测量误差将会对检测精度产生不利影响。无线链路由于传输路径被发射器和接收器之间的物体或障碍物阻挡而可能被阻挡或可能经历较大信号衰减，因此，估计检测信号源与探测站之间的功率变化，即可对信号源和探测站之间射频阻挡进行预估，进而检测出特定区域中的飞行器，但是，与工作在较低频带的无线链路相比，工作在较高频率通信频带的无线链路可更易受来自障碍物的衰减的影响，这就使得在采用功率变化进行射频链路阻挡估计时，并不能够准确地预估射频阻挡情况，进而不能够准确地实现飞行器检测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于飞行器无源检测的无线链路遮挡估计方法，能够准确地估计出探测区域内的射频阻挡情况，输出阻挡估计信息，为飞行器的检测提供准确的依据。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于飞行器无源检测的无线链路遮挡估计方法，包括以下步骤：

S1.在探测区域内布置探测站；

S2.在L个时刻内，探测站对周围已知信号源站的无线信号进行探测接收，选择L个时刻内平均信号功率大于设定阈值的信号源站作为源站站点，探测站与各个源站站点建立通讯；

S3.确定探测站与源站站点的定位信息；

S4.探测站对来自各个源站站点的无线信号进行选择，在对应的时间周期或频率周期建立各源站站点与探测站的射频传输链路；

S5.探测站对射频传输链路的无线传播特征进行学习，建立相关的无线传播特征与射频传输链路数据库；

S6.探测站对射频传输链路的无线传播特征进行跟踪检测，在检测到无线传播特征变化时，提取对应的射频传输链路；

S7.探测站根据历史无线传播特征与射频传输链路数据库，获得对应射频传输链路中，无线传播特征变化的参数，计算射频传输链路阻挡概率PR；

S8.在射频传输链路的阻挡概率PR超过预设值时，探测站判定射频传输链路阻挡被飞行物阻挡，输出射频传输链路阻挡信息。

其中，所述步骤S2包括：在L个时刻内，探测站对周围已知信号源的无线信号进行探测接收；对于每一个信号源站，探测站在接收其无线信号时，在L个时刻内计算探测站与该信号源站之间的平均信号功率；将平均信号功率大于设定阈值PL的信号源站作为源站站点，探测站与各个源站站点建立通讯。

其中，所述步骤S4包括：探测站实时接收来自各个源站站点的无线信号；根据无线信号的无线电特征，选择特定无线信号，在对应的时间周期或频率周期内建立探测站与各个源站站点之间的射频传输链路；所述无线电特征包括帧格式、发射功率和带宽；所述射频链路包括源站定位信息、探测站定位信息、以及射频传输链路的时间周期或频率周期。

所述特定无线信号的选择方式包括但不限于：

无线信号在特定的时间周期内无线电特征平稳；

无线信号在特定的频率周期内无线电特征平稳；

无线信号在特定的时间频率周期内无线电特征平稳。

其中，所述步骤S6包括：探测站对每一个射频传输链路的无线传播特征进行跟踪检测；在对任一射频传输链路的无线传播特征进行跟踪检测时，判断该射频传输链路的无线传播特征是否发生变化：若是，提取对应的射频传输链路；若否，继续对该射频传输链路的无线传播特征进行跟踪检测。

其中，所述的步骤S7包括：

S71.设提取的射频传输链路在数据库中包含L′无线传播特征的数据集；

S72.对于第l个特征数据集，l＝1,2,3,...,L′，进行如下处理：

第一步、计算

式中，X_m表示第l个特征数据集中的数据，m＝1,2,3,...,M，M为数据个数；

第二步、初始化S₀＝0；

第三步、计算

第四步、根据S_i,i＝1,2,...,M绘制S_i累积统计图，累积统计图的极值点，估计出为一个变化点m_l，在该时间点，被动无源信号检测飞行器的射频链路被阻挡；

第五步、定义S_diff＝S_max-S_min，其中

第六步、随机产生N个数据集，每个数据集均为第l个特征数据集中M个数据的重新排列，其中，第n个随机产生的数据集为

第七步、对于数据集

计算

第八步、初始化

第九步、计算

第十步、定义

其中

第十一步、重复第七步到第十步，直至N个数据集中，每一个数据集的

均计算完成；

第十二步、计算阻挡概率：

其中X表示N个数据集中，

小于S_diff的数据集数目；

S73.从L′无线传播特征的数据集，重新选择一个无线传播特征数据集，重复进行步骤S72，得到对应的阻挡概率，直至检测到Z个变化点的阻挡概率PR_l≥PR_p时，计算变化点：

计算阻挡概率：

式中，PR_p设定的阈值参数。

其中，所述的步骤S8包括：判断射频传输链路的阻挡概率PR是否超过预设值：若是，探测站判定射频传输链路阻挡被飞行物阻挡，输出射频传输链路阻挡信息，所述射频传输链路阻挡信息包括：源站定位信息，探测站定位信息和无线传播电波特征；若否，返回步骤S6继续对射频传输链路的无线传播特征进行跟踪检测。

优选地，所述无线传播特征包括信号带宽、功率、相干时间、多径条数、多径延迟扩展、相干带宽、多普勒频移、多普勒扩展、多普勒扩展内省、衰落特性、K因子和方向性。所述的已知信号源站包括移动通信信号源站、卫星信号源站、导航信号源站和广播电视信号源站。

本发明的有益效果是：本发明选择平均信号功率大于设定阈值的信号源站作为源站站点，避免了较低信号功率对射频阻挡预估产生的不利影响；同时，本发明根据无线信号的无线电特征，选择特定无线信号，在对应的时间周期或频率周期内建立探测站与各个源站站点之间的射频传输链路，避免了信号不稳定时对射频阻挡估计产生的不利影响；并且，本发明中跟踪检测到无线传播特征变化时，提取对应的射频传输链路，并通过无线传播特征变化的M个参数，计算射频传输链路阻挡概率PR，，相比于通过单一功率变化进行射频链路阻挡估计，显著提高了射频阻挡估计的准确性；因此本发明能够准确地估计出探测区域内的射频阻挡情况，输出阻挡估计信息，为飞行器的检测提供准确的依据。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为源站站点与探测站的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种用于飞行器无源检测的无线链路遮挡估计方法，包括以下步骤：

S1.在探测区域内布置探测站；

S2.在L个时刻内，探测站对周围已知信号源站的无线信号进行探测接收，选择L个时刻内平均信号功率大于设定阈值的信号源站作为源站站点，探测站与各个源站站点建立通讯；

S3.确定探测站与源站站点的定位信息；

S4.探测站对来自各个源站站点的无线信号进行选择，在对应的时间周期或频率周期建立各源站站点与探测站的射频传输链路；

S5.探测站对射频传输链路的无线传播特征进行学习，建立相关的无线传播特征与射频传输链路数据库；

S6.探测站对射频传输链路的无线传播特征进行跟踪检测，在检测到无线传播特征变化时，提取对应的射频传输链路；

S7.探测站根据历史无线传播特征与射频传输链路数据库，获得对应射频传输链路中，无线传播特征变化的参数，计算射频传输链路阻挡概率PR；

S8.在射频传输链路的阻挡概率PR超过预设值时，探测站判定射频传输链路阻挡被飞行物阻挡，输出射频传输链路阻挡信息。

其中，所述步骤S2包括：在L个时刻内，探测站对周围已知信号源的无线信号进行探测接收；对于每一个信号源站，探测站在接收其无线信号时，在L个时刻内计算探测站与该信号源站之间的平均信号功率；将平均信号功率大于设定阈值PL的信号源站作为源站站点，探测站与各个源站站点建立通讯，如图2所示，为源站站点与探测站的连接示意图。

所述步骤S4包括：探测站实时接收来自各个源站站点的无线信号；根据无线信号的无线电特征，选择特定无线信号，在对应的时间周期或频率周期内建立探测站与各个源站站点之间的射频传输链路；所述无线电特征包括帧格式、发射功率和带宽；所述射频链路包括源站定位信息、探测站定位信息、以及射频传输链路的时间周期或频率周期。

所述特定无线信号的选择方式包括但不限于：

无线信号在特定的时间周期内无线电特征平稳；

无线信号在特定的频率周期内无线电特征平稳；

无线信号在特定的时间频率周期内无线电特征平稳。

其中，所述步骤S6包括：探测站对每一个射频传输链路的无线传播特征进行跟踪检测；在对任一射频传输链路的无线传播特征进行跟踪检测时，判断该射频传输链路的无线传播特征是否发生变化：若是，提取对应的射频传输链路；若否，继续对该射频传输链路的无线传播特征进行跟踪检测。

其中，所述的步骤S7包括：

S71.设提取的射频传输链路在数据库中包含L′无线传播特征的数据集；

S72.对于第l个特征数据集，l＝1,2,3,...,L′，进行如下处理：

第一步、计算

式中，X_m表示第l个特征数据集中的数据，m＝1,2,3,...,M，M为数据个数；

第二步、初始化S₀＝0；

第三步、计算

第四步、根据S_i,i＝1,2,...,M绘制S_i累积统计图，累积统计图的极值点，估计出为一个变化点m_l，在该时间点，被动无源信号检测飞行器的射频链路被阻挡；

第五步、定义S_diff＝S_max-S_min，其中

第六步、随机产生N个数据集，每个数据集均为第l个特征数据集中M个数据的重新排列，其中，第n个随机产生的数据集为

第七步、对于数据集

计算

第八步、初始化

第九步、计算

第十步、定义

其中

第十一步、重复第七步到第十步，直至N个数据集中，每一个数据集的

均计算完成；

第十二步、计算阻挡概率：

其中X表示N个数据集中，

小于S_diff的数据集数目；

S73.从L′无线传播特征的数据集，重新选择一个无线传播特征数据集，重复进行步骤S72，得到对应的阻挡概率，直至检测到Z个变化点的阻挡概率PR_l≥PR_p时，计算变化点：

计算阻挡概率：

式中，PR_p设定的阈值参数。

其中，所述的步骤S8包括：判断射频传输链路的阻挡概率PR是否超过预设值：若是，探测站判定射频传输链路阻挡被飞行物阻挡，输出射频传输链路阻挡信息，所述射频传输链路阻挡信息包括：源站定位信息，探测站定位信息和无线传播电波特征；若否，返回步骤S6继续对射频传输链路的无线传播特征进行跟踪检测。

在本申请的实施例中，所述无线传播特征包括信号带宽、功率、相干时间、多径条数、多径延迟扩展、相干带宽、多普勒频移、多普勒扩展、多普勒扩展内省、衰落特性、K因子和方向性。所述的已知信号源站包括移动通信信号源站、卫星信号源站、导航信号源站和广播电视信号源站。

综上，本发明选择平均信号功率大于设定阈值的信号源站作为源站站点，避免了较低信号功率对射频阻挡预估产生的不利影响；同时，本发明根据无线信号的无线电特征，选择特定无线信号，在对应的时间周期或频率周期内建立探测站与各个源站站点之间的射频传输链路，避免了信号不稳定时对射频阻挡估计产生的不利影响；并且，本发明中跟踪检测到无线传播特征变化时，提取对应的射频传输链路，并通过无线传播特征变化的M个参数，计算射频传输链路阻挡概率PR，，相比于通过单一功率变化进行射频链路阻挡估计，显著提高了射频阻挡估计的准确性；因此本发明能够准确地估计出探测区域内的射频阻挡情况，输出阻挡估计信息，为飞行器的检测提供准确的依据。

Claims (8)

1.一种用于飞行器无源检测的无线链路遮挡估计方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.在探测区域内布置探测站；

S2.在L个时刻内，探测站对周围已知信号源站的无线信号进行探测接收，选择L个时刻内平均信号功率大于设定阈值的信号源站作为源站站点，探测站与各个源站站点建立通讯；

S3.确定探测站与源站站点的定位信息；

S4.探测站对来自各个源站站点的无线信号进行选择，在对应的时间周期或频率周期建立各源站站点与探测站的射频传输链路；

S5.探测站对射频传输链路的无线传播特征进行学习，建立相关的无线传播特征与射频传输链路数据库；

S6.探测站对射频传输链路的无线传播特征进行跟踪检测，在检测到无线传播特征变化时，提取对应的射频传输链路；

S7.探测站根据历史无线传播特征与射频传输链路数据库，获得对应射频传输链路中，无线传播特征变化的参数，计算射频传输链路阻挡概率PR；

所述的步骤S7包括：

S71.设提取的射频传输链路在数据库中包含L′无线传播特征的数据集；

S72.对于第l个特征数据集，l＝1,2,3,...,L′，进行如下处理：

第一步、计算

式中，X_m表示第l个特征数据集中的数据，m＝1,2,3,...,M，M为数据个数；

第二步、初始化S₀＝0；

第三步、计算

第四步、根据S_i,i＝1,2,...,M绘制S_i累积统计图，累积统计图的极值点，估计出为一个变化点m_l，在该变化点，被动无源信号检测飞行器的射频链路被阻挡；

第五步、定义S_diff＝S_max-S_min，其中

第六步、随机产生N个数据集，每个数据集均为第l个特征数据集中M个数据的重新排列，其中，第n个随机产生的数据集为

第七步、对于数据集

计算

第八步、初始化

第九步、计算

第十步、定义

其中

第十一步、重复第七步到第十步，直至N个数据集中，每一个数据集的

均计算完成；

第十二步、计算阻挡概率：

其中X表示N个数据集中，

小于S_diff的数据集数目；

S73.从L′无线传播特征的数据集，重新选择一个无线传播特征数据集，重复进行步骤S72，得到对应的阻挡概率，直至检测到Z个变化点的阻挡概率PR_l≥PR_p时，计算变化点：

计算阻挡概率：

式中，PR_p设定的阈值参数；

S8.在射频传输链路的阻挡概率PR超过预设值时，探测站判定射频传输链路阻挡被飞行物阻挡，输出射频传输链路阻挡信息。

2.根据权利要求1所述的一种用于飞行器无源检测的无线链路遮挡估计方法，其特征在于：所述步骤S2包括：

在L个时刻内，探测站对周围已知信号源的无线信号进行探测接收；

对于每一个信号源站，探测站在接收其无线信号时，在L个时刻内计算探测站与该信号源站之间的平均信号功率；

将平均信号功率大于设定阈值PL的信号源站作为源站站点，探测站与各个源站站点建立通讯。

3.根据权利要求1所述的一种用于飞行器无源检测的无线链路遮挡估计方法，其特征在于：所述步骤S4包括：

探测站实时接收来自各个源站站点的无线信号；

根据无线信号的无线电特征，选择特定无线信号，在对应的时间周期或频率周期内建立探测站与各个源站站点之间的射频传输链路；所述无线电特征包括帧格式、发射功率和带宽；所述射频传输链路包括源站定位信息、探测站定位信息、以及射频传输链路的时间周期或频率周期。

4.根据权利要求3所述的一种用于飞行器无源检测的无线链路遮挡估计方法，其特征在于：所述特定无线信号的选择方式包括：

无线信号在特定的时间周期内无线电特征平稳；

无线信号在特定的频率周期内无线电特征平稳；

无线信号在特定的时间频率周期内无线电特征平稳。

5.根据权利要求1所述的一种用于飞行器无源检测的无线链路遮挡估计方法，其特征在于：所述步骤S6包括：

探测站对每一个射频传输链路的无线传播特征进行跟踪检测；

在对任一射频传输链路的无线传播特征进行跟踪检测时，判断该射频传输链路的无线传播特征是否发生变化：

若是，提取对应的射频传输链路；

若否，继续对该射频传输链路的无线传播特征进行跟踪检测。

6.根据权利要求1所述的一种用于飞行器无源检测的无线链路遮挡估计方法，其特征在于：所述的步骤S8包括：

判断射频传输链路的阻挡概率PR是否超过预设值：

若是，探测站判定射频传输链路阻挡被飞行物阻挡，输出射频传输链路阻挡信息，所述射频传输链路阻挡信息包括：源站定位信息，探测站定位信息和无线传播电波特征；

若否，返回步骤S6继续对射频传输链路的无线传播特征进行跟踪检测。

7.根据权利要求1所述的一种用于飞行器无源检测的无线链路遮挡估计方法，其特征在于：所述无线传播特征包括信号带宽、功率、相干时间、多径条数、多径延迟扩展、相干带宽、多普勒频移、多普勒扩展、多普勒扩展内省、衰落特性、K因子和方向性。

8.根据权利要求1所述的一种用于飞行器无源检测的无线链路遮挡估计方法，其特征在于：所述的已知信号源站包括移动通信信号源站、卫星信号源站、导航信号源站和广播电视信号源站。

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