CN108880735A - 一种基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统，包括定向接收天线、多天线协同处理器、中央显控器、能源通信模块和分布式红外干扰器。本发明采用分布式红外干扰的方案，通过对保护区域分布式放置红外干扰器，解决了当前民用无人机红外干扰领域采用单一干扰器带来的干扰效率低，所需功耗大，干扰效果不理想等问题。同时采用定线接收天线，通过对无人机信号的空间信号分布进行分析，从而得到无人机的坐标，实施干扰。

Description

一种基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统和方法

技术领域

本发明涉及无人机拦截技术领域，具体涉及无人机红外干扰的方法和相关装置,特别是 一种基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统和方法。

背景技术

近年来，随着信息、控制、通讯等领域技术的不断发展成熟，使得无人机具有成本低、 体积小、重量轻、易操纵、灵活性好、适应性强、稳定性高等优点,带动了无人机产业的整 体飞速发展,促使消费级和工业级无人机的使用门槛逐渐降低,在民用及军事领域都得到了 广泛应用。根据数据统计,2015年全球无人机大约销售58.7万架,其中军用无人机约占3％， 民用无人机占97％。民用无人机销量中,专业级无人机销量约17.1万架,消费级无人机销量 约39.9万架。2011年至2015年，中国企业大疆创新在全球的销售额增加了近100倍，目 前综合实力排名全球首位。据长江证券预测，到2020年大众消费类无人机市场空间260亿 元人民币，专业发烧类市场空间40亿元人民币；行业应用类市场空间815亿元人民币，总体 上2020年行业产值将超过千亿。

目前国内外在反无人机领域研究主要针对无人机飞行电磁干扰或诱骗等，主要有四种类 型，阻断干扰型、暴力摧毁型、系统控制型和物理捕捉型。而无人机的红外干扰研究相对较 少。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰 系统，采用定向接收对无人机进行预警识别，结合多天线联合定位技术、移动物体追踪技术 及红外对抗技术，实现对特定区域的红外防护，对红外防护区域的分布式无人机进行红外干 扰。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统，包括定向接收天线、多天线协同 处理器、中央显控器、能源通信模块和分布式红外干扰器；

所述定向天线包括信号接收器、天线控制器和天线云台。所述天线云台包括驱动舵机和 天线基座。所述信号接收器和天线云台通讯连接于所述天线控制器。

所述多天线协同处理器包括通讯单元、天线协同调度单元。所述天线协同调度单元通讯 连接于所述通讯单元。

所述中央显控器包括中央控制单元、显示台、交互单元、告警单元。所述显示台、所述 交互单元及所述告警单元通讯连接于所述中央控制单元。

所述分布式红外干扰器包括大功率红外干扰灯及红外干扰器控制单元。所述红外干扰器 控制单元通讯连接于所述大功率红外干扰灯。

所述能源通信装置包括供能装置、通信装置。供能装置电性连接于所述定向接收天线、 所述多天线协同处理器、所述中央显控器及所述分布式红外干扰器。所述通信装置通讯连接 于所述天线控制器、所述通讯单元、所述中央控制单元和所述红外干扰器控制单元。

需要说明的是，所述信号接收器可用来接收来自特定方向的无人机信号，并将接收到的 信号强度及其对应的方向角传至所述天线控制器。所述天线控制器将收到的无人机信号进行 分析，得出无人机信号强度最强的方位，将此方位发给所述多天线协同处理器的通讯单元， 同时控制所述天线云台将所述信号接收器转至无人机信号最强的方位。所述天线云台的驱动 舵机可控制信号接收器进行全方位的转向；所述天线基座对整个定向天线结构起到支撑保护 的作用。

需要说明的是，所述通信单元将各个分布于指定位置的定向接收天线的传回的无人机方 位信号发给天线协同调度单元。所述协同调度单元根据各个定向天线所处的指定位置以及各 个定向天线观测到的信号最强的方位，进行分析，计算出入侵无人机的位置，并将无人机的 位置发送给中央线控器及分布式干扰器。

需要说明的是，所述中央控制单元将接收到无人机方位信号转换为图像形式，并在所述 显示台实时的显示出来。所述交互单元可与中央显控器进行交互，进行干扰强度、干扰模式 等设置。所述告警单元在接收到无人机入侵的信号后，可发出报警信号。

需要说明的是，所述大功率红外干扰灯采用色温为6000k氙气灯，可对入侵无人机的红 外传感器产生极大干扰。

需要说明的是，分布式红外干扰器分为两种干扰强度：分别为普通干扰和强力干扰，可 通过对所述大功率红外干扰灯的发出功率进行调节来实现。所述分布式红外干扰灯的干扰模 式分为三种模式：智能干扰模式、锁定干扰模式及自定义干扰模式。所述智能干扰模式结合 了人工智能算法，可依据入侵无人机的位置，智能选择干扰效果最好的分布式红外干扰器进 行干扰。所述锁定干扰模式即用户设定需要干扰的区域，一旦无人机入侵，则设定干扰区的 所有红外干扰器会同时开启。所述自定义干扰模式，则可允许用户通过编写c语言程序，设 计符合用户需求的干扰方式，以满足用户的多样化需求。

需要说明的是，所述分布式红外干扰器是呈网状分布的，对目标保护区域进行划分，形 成多个干扰子区间，在各个子区间内分布多个所述分布式红外干扰器。通过采取分布式布置 干扰器的方式，降低了对无人机进行有效干扰所需的功率，避免了长距离干扰过程中造成的 能量损失。同时在一个干扰子区间内布置多个分布式红外干扰器，可多角度对无人机进行干 扰，提高了干扰的效果。此外当干扰子区间内的某个分布式红外干扰器发生故障时，仍能采 用其他干扰器进行干扰。

利用上述基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统进行无人机红外干扰的方法， 包括如下步骤：

(1)系统进行初始化。将所述分布式红外干扰器分别放置到指定区域，形成多个干扰子 区间，每个干扰子区间内都有多个红外干扰器独立的放置。所述定向接收天线分别放置到三 个基点位置，建立空间坐标系，通过三个定向接收天线接收到的信号的强度以及接收到的信 号最强的方位角，将得到三个关于入侵无人机的位置坐标的信息联立，再根据三个定向接收 天线的基点位置，即可得到入侵无人机的空间坐标。所述中央显控器进行初始化，对天线定 位的精度的相关参数进行校正，对所述的分布式红外干扰器进行调试，确保能正常工作。

(2)系统初始化结束后，进入定向接收天线巡航状态。定向接收天线对目标区域进行扫 描式的巡航监控。当定向接收天线接收到无人机信号后，多天线协同处理器将各个定向接收 天线接收到的无人机信号最强的方位角及对应信号强度进行分析计算，得到入侵无人机的空 间坐标。将入侵无人机的空间坐标发送至中央控显器。

(3)中央控显台接收到入侵无人机的空间坐标后，首先控制告警单元发出告警信号，请 同时在显示台显示出入侵无人机的空间坐标及对应的干扰子区间。中央控制器按照预先设置 的干扰模式这里假设预设的干扰模式为智能干扰模式，根据入侵无人机的空间坐标，计算出 干扰效果最优的方案，智能选择对应的分布式红外干扰器进行干扰，发送相应指令至红外干 扰器控制单元。

(4)通过智能选择选中的分布式红外干扰器接收到指令，进入干扰状态。首先进行大功 率红外干扰灯方向的调整，红外干扰器控制单元根据无人机的位置，以及自身放置位置，选 择出大功率红外干扰灯的最佳指向，使干扰效果达到最佳。接着大功率红外干扰灯开启，对 入侵无人机进行干扰。通过分布于入侵无人机干扰区间多个大功率红外干扰灯从多个角度进 行干扰，保证了干扰效果，实现了对入侵无人机的分布式的多方位红外干扰。

(5)在干扰实施过程中，定向接收天线对无人机进行追踪，多天线协同处理器不断的将 无人机的空间坐标发送给中央显控器，中央显控器根据入侵无人机的空间坐标不断的调整需 要开启的分布式红外干扰器的位置，关闭无需开启的分布式红外干扰器。在分布式红外干扰 器调整的过程中，新开启的大功率红外干扰灯在红外干扰器控制单元的控制下，转向最佳指 向；已开启的分布式大功率的红外干扰灯则根据入侵无人机位置的变化进行指向调整。通过 以上两种调整手段，确保分布式的红外干扰器的选择最优，大功率红外干扰器的指向最优， 保证干扰的有效进行。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明完善了反无人机技术，实现了对无人机分布式红外干扰，针对当前无人机干扰手 段单一，创新的采用分布式红外干扰的方式，实现对无人机的红外干扰。采用多个定向接收 天线实现无人机的追踪，采用智能干扰算法，选择合适的分布式红外干扰器，降低了对干扰 器的功率要求，提高了干扰效果。通过红外干扰的方式，保障了人们的信息安全，采用了分 布式的干扰技术，避免了能量的损失和对保护区域产生光学污染，保证了保护区域内生产生 活的正常进行。

附图说明

图1为本发明的系统原理示意图；

图2为本发明的干扰实施流程示意图；

图3为本发明中智能干扰示意图；

图4为本发明中子区间干扰模拟图；

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为 前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

如图1所示，一种基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统，包括定向接收天线 102、多天线协同处理器101、中央显控器103、能源通信模块和分布式红外干扰器104。

所述定向天线包102括信号接收器102C、天线控制器(102B)和天线云台(102A)。所述 天线云台102A包括驱动舵机和天线基座。所述信号接收器102C和天线云台102A通讯连接 于所述天线控制器。

所述多天线协同处理器101包括通讯单元101B、天线协同调度单元101A。所述天线协 同调度单元101A通讯连接于所述通讯单元101B。

所述中央显控器103包括中央控制单元103D、显示台103C、交互单元103B、告警单元 103A。所述显示台103C、所述交互单元103B及所述告警单元103A通讯连接于所述中央控制单元103D。

所述分布式红外干扰器104包括大功率红外干扰灯104A及红外干扰器控制单元104B。 所述红外干扰器控制单元104B通讯连接于所述大功率红外干扰灯104A。

所述能源通信装置包括供能装置、通信装置。供能装置电性连接于所述定向接收天线 102、所述多天线协同处理器101、所述中央显控器103及所述分布式红外干扰器104。所述 通信装置通讯连接于所述天线控制器102B、所述通讯单元101B、所述中央控制单元103D 和所述红外干扰器控制单元104B。

需要说明的是，所述信号接收器102C可用来接收来自特定方向的无人机信号，并将接 收到的信号强度及其对应的方向角传至所述天线控制器102B。所述天线控制器102B将收到 的无人机信号进行分析，得出无人机信号强度最强的方位，将此方位发给所述多天线协同处 理器101的通讯单元101A，同时控制所述天线云台102A将所述信号接收器102C转至无人 机信号最强的方位。所述天线云台102A的驱动舵机可控制信号接收器102C进行全方位的转 向；所述天线基座对整个定向天线结构起到支撑保护的作用。

需要说明的是，所述通信单元102B将各个分布于指定位置的定向接收天线102的传回 的无人机方位信号发给天线协同调度单元101A。所述天线协同调度单元101A根据各个定向 天线所处的指定位置以及各个定向天线观测到的信号最强的方位，进行分析，计算出入侵无 人机的位置，并将无人机的位置发送给中央显控器103及分布式干扰器104。

需要说明的是，所述中央控制单元103D将接收到无人机方位信号转换为图像形式，并 在所述显示台103C实时的显示出来。所述交互单元103B可与中央显控器103进行交互，进 行干扰强度、干扰模式等设置。所述告警单元103A在接收到无人机入侵的信号后，可发出 报警信号。

需要说明的是，所述大功率红外干扰灯104A采用色温为6000k氙气灯，可对入侵无人 机的红外传感器产生极大干扰。

需要说明的是，分布式红外干扰器104分为两种干扰强度：分别为普通干扰和强力干扰， 可通过对所述大功率红外干扰灯104A的发出功率进行调节来实现。所述分布式红外干扰器 104的干扰模式分为三种模式：智能干扰模式、锁定干扰模式及自定义干扰模式。所述智能 干扰模式结合了人工智能算法，可依据入侵无人机的位置，智能选择干扰效果最好的分布式 红外干扰器104进行干扰。所述锁定干扰模式即用户设定需要干扰的区域，一旦无人机入侵， 则设定干扰区的所有分布式红外干扰器104会同时开启。所述自定义干扰模式，则可允许用 户通过编写c语言程序，设计符合用户需求的干扰方式，以满足用户的多样化需求。

需要说明的是，所述分布式红外干扰器104是呈网状分布的，对目标保护区域进行划分， 形成多个干扰子区间，在各个子区间内分布多个所分布式红外干扰器104。通过采取分布式 布置干扰器的方式，降低了对无人机进行有效干扰所需的功率，避免了长距离干扰过程中造 成的能量损失。同时在一个干扰子区间内布置多个分布式红外干扰器104，可多角度对无人 机进行干扰，提高了干扰的效果。此外当干扰子区间内的某个分布式红外干扰器104发生故 障时，仍能采用其他分布式红外干扰器104进行干扰。

如图2-4所示，利用上述基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统进行无人机红 外干扰的方法，包括如下步骤：

(1)系统进行初始化201。将所述分布式红外干扰器104分别放置到指定区域，形成多 个干扰子区间，每个干扰子区间内都有多个分布式红外干扰器104独立的放置。所述定向接 收天线102分别放置到三个基点位置，建立空间坐标系，通过三个定向接收天线102接收到 的信号的强度以及接收到的信号最强的方位角，将得到三个关于入侵无人机的位置坐标的信 息联立，再根据三个定向接收天线102的基点位置，即可得到入侵无人机的空间坐标。所述 中央显控器103进行初始化，对天线定位的精度的相关参数进行校正，对所述的分布式红外 干扰器104进行调试，确保能正常工作。

(2)系统初始化结束后，进入定向接收天线巡航状态202。定向接收天线102对目标区 域进行扫描式的巡航监控。当定向接收天线102接收到无人机信号后203，多天线协同处理 器101将各个定向接收天线102接收到的无人机信号最强的方位角及对应信号强度进行分析 计算，得到入侵无人机的空间坐标204。将入侵无人机的空间坐标发送至中央控显器103。

(3)中央控显台接收到入侵无人机的空间坐标后301，首先控制告警单元发出告警信号， 请同时在显示台103C显示出入侵无人机的空间坐标及对应的干扰子区间。中央显控器103 按照预先设置的干扰模式，本实施例的干扰模式为智能干扰模式，根据入侵无人机的空间坐 标，计算出干扰效果最优的方案，智能选择对应的分布式红外干扰器进行干扰，发送相应指 令至红外干扰器控制单元303。

(4)通过智能选择选中的分布式红外干扰器102接收到指令，进入干扰状态。首先进行 大功率红外干扰灯104A方向的调整，红外干扰器控制单元104B根据无人机的位置，以及自 身放置位置，选择出大功率红外干扰灯的最佳指向，使干扰效果达到最佳304。接着大功率 红外干扰灯开启，对入侵无人机进行干扰205。通过分布于入侵无人机干扰区间多个大功率 红外干扰灯104A从多个角度进行干扰，保证了干扰效果，实现了对入侵无人机的分布式的 多方位红外干扰。

(5)在干扰实施过程中，定向接收天线102对无人机402进行追踪，如入侵无人机402 撤出目标保护区域206，则结束干扰306，返回定向巡航202；如入侵无人机402未撤离，则多天线协同处理器101不断的将无人机的空间坐标发送给中央显控器103，中央显控器103 根据入侵无人机402的空间坐标不断的调整需要开启的分布式红外干扰器401的位置，关闭 无需开启的分布式红外干扰器403。在分布式红外干扰器调整的过程中，新开启的大功率红 外干扰灯在红外干扰器控制单元的控制下，转向最佳指向；已开启的分布式红外干扰器401 则根据入侵无人机位置的变化进行指向调整305。通过以上两种调整手段，确保分布式红外 干扰器104选择的最优，大功率红外干扰灯104A的指向最优，保证干扰的有效进行。

实施例

系统启动后，进行初始化设置，完成空间坐标系建立，检查各个部件是否正常工作。初 始化结束后定向接收天线开始进行巡航，并进入下一步。

定向接收天线在巡航过程中，发现了入侵无人机信号，多天线协同处理器启动，根据入 侵无人机信号在空间的分布，计算出无人机的空间坐标。

中央显控台获得入侵无人机的空间坐标，告警单元发出警报，中央控制器判断入侵无人 机上所属的干扰子区间，根据设定的模式，选择需要开启的分布式红外干扰器。

需要开启红外干扰器控制单元获得无人机空间坐标，根据无人机的位置，选择大功率红 外干扰灯的方位角和俯仰角，开始实施干扰。

定向接收天线对入侵无人机进行持续跟踪。中央显控台则根据入侵无人机的坐标，判断 入侵无人机上所属的干扰区间是否变更，如未变更则持续对入侵无人机进行干扰；；如发生 变更，则返回步骤3。

随着社会的发展，人们对隐私及安全问题越来越关注，无人机利用其低空作业，隐蔽性 强的优势，发展迅猛，因此民用反无人机技术越来越受人们的重视。本发明是一种基于定向 接收天线的分布式无人机红外干扰系统，完善了反无人机技术，通过定向接收天线获得无人 机的空间坐标，对一系列的红外干扰器进行分布式放置，实现了对入侵无人机的分布式红外 干扰。同时解决了通过红外对无人机进行干扰实施时出现的干扰效率低，干扰效果差，所需 的干扰器材要求高等问题。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和 变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统，包括定向接收天线、多天线协同处理器、中央显控器、能源通信模块和分布式红外干扰器；

所述定向天线包括信号接收器、天线控制器和天线云台，所述天线云台包括驱动舵机和天线基座，所述信号接收器和天线云台通讯连接于所述天线控制器；

所述多天线协同处理器包括通讯单元、天线协同调度单元，所述天线协同调度单元通讯连接于所述通讯单元；

所述中央显控器包括中央控制单元、显示台、交互单元、告警单元，所述显示台、所述交互单元及所述告警单元通讯连接于所述中央控制单元；

所述分布式红外干扰器包括大功率红外干扰灯及红外干扰器控制单元，所述红外干扰器控制单元通讯连接于所述大功率红外干扰灯。

2.根据权利要求1所述的基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统，其特征在于，所述能源通信装置包括供能装置、通信装置；供能装置电性连接于所述定向接收天线、所述多天线协同处理器、所述中央显控器及所述分布式红外干扰器；所述通信装置通讯连接于所述天线控制器、所述通讯单元、所述中央控制单元和所述红外干扰器控制单元。

3.根据权利要求1所述的基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统，其特征在于，所述定向接收天线采用巡航的方式对保护区域进行循环的信号扫描，分析保护区域内是否出现无人机信号，以判别无人机是否入侵。

4.根据权利要求1所述的基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统，其特征在于，对于入侵无人机的定位，可通过三个定向接收天线以分别放置在三个基点的方式，建立空间坐标系；根据三个定向接天线接收到的无人机信号在空间的分布的不同，进而确定无人机的坐标。

5.根据权利要求4所述的基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统，其特征在于，所述定向接收天线单个使用时进行巡航扫描，当发现无人机入侵后，分布于三个基点的定向接收天线通过所述多天线协同处理器进行协同信号分析，综合分析三个定向接收天线的接收信号，实现入侵无人机定位。

6.根据权利要求1所述的基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统，其特征在于，所述分布式红外干扰器是分布于各个干扰子区间的，通过判别入侵无人机所属的干扰自区间，以干扰子区间为划分依据进行入侵无人机的红外干扰。

7.根据权利要求1所述的基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统，其特征在于，所述分布式红外干扰器是具有多种干扰模式可供选择的，并允许用户通过C语言的形式编写干扰脚本，定制符合用户需求的干扰模式。

8.根据权利要求1所述的基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统，其特征在于，所述分布式红外干扰器可根据入侵无人机在干扰自区间的位置，选择适当的分布式红外干扰器进行干扰；同时被选中的分布式红外干扰器亦会根据入侵无人机的位置，选择合适的方位角及俯仰角进行干扰。

9.根据权利要求1所述的针对无人机的定向式光学干扰系统，其特征在于，所述分布式红外干扰器是分布在保护区域的多个位置的，一个干扰子区间内亦包含多个分布式红外干扰器。

10.利用上述任一权利要求所述的基于定向接收天线的分布式无人机红外干扰系统进行无人机红外干扰的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)系统进行初始化，将所述分布式红外干扰器分别放置到指定区域，形成多个干扰子区间，每个干扰子区间内都有多个红外干扰器独立的放置；所述定向接收天线分别放置到三个基点位置，建立空间坐标系，通过三个定向接收天线接收到的信号的强度以及接收到的信号最强的方位角，将得到三个关于入侵无人机的位置坐标的信息联立，再根据三个定向接收天线的基点位置，即可得到入侵无人机的空间坐标；所述中央显控器进行初始化，对天线定位的精度的相关参数进行校正，对所述的分布式红外干扰器进行调试，确保能正常工作；

(2)系统初始化结束后，进入定向接收天线巡航状态；定向接收天线对目标区域进行扫描式的巡航监控；当定向接收天线接收到无人机信号后，多天线协同处理器将各个定向接收天线接收到的无人机信号最强的方位角及对应信号强度进行分析计算，得到入侵无人机的空间坐标；将入侵无人机的空间坐标发送至中央控显器；

(3)中央控显台接收到入侵无人机的空间坐标后，首先控制告警单元发出告警信号，请同时在显示台显示出入侵无人机的空间坐标及对应的干扰子区间；中央控制器按照预先设置的干扰模式，根据入侵无人机的空间坐标，计算出干扰效果最优的方案，智能选择对应的分布式红外干扰器进行干扰，发送相应指令至红外干扰器控制单元；

(4)通过智能选择选中的分布式红外干扰器接收到指令，进入干扰状态；首先进行大功率红外干扰灯方向的调整，红外干扰器控制单元根据无人机的位置，以及自身放置位置，选择出大功率红外干扰灯的的最佳指向，使干扰效果达到最佳；接着大功率红外干扰灯开启，对入侵无人机进行干扰；通过分布于入侵无人机干扰区间多个大功率红外干扰灯从多个角度进行干扰；

(5)在干扰实施过程中，定向接收天线对无人机进行追踪，多天线协同处理器不断的将无人机的空间坐标发送给中央显控器，中央显控器根据入侵无人机的空间坐标不断的调整需要开启的分布式红外干扰器的位置，关闭无需开启的分布式红外干扰器；在分布式红外干扰器调整的过程中，新开启的大功率红外干扰灯在红外干扰器控制单元的控制下，转向最佳指向；已开启的分布式大功率的红外干扰灯则根据入侵无人机位置的变化进行指向调整。