CN108896957A - 一种无人机操控信号源的定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的无人机操控信号源定位系统，安装于追踪无人机上，定位系统包括追踪无人机定位与导航模块、阵列天线、信号处理模块、信号源定位模块和通信模块，追踪无人机定位与导航模块用于获取追踪无人机在多个不同测量点的位置信息及水平方向信息并将信息发送给信号源定位模块；阵列天线用于接收目标无人机的操控信号；信号处理模块接收阵列天线发送的操控信号并对操控信号进行处理，得到操控信号的来向；信号源定位模块根据追踪无人机测量的自身位置信息和操控信号的来向采用定位算法对目标无人机的操控信号源进行定位。采用无人机从空中对目标无人机操控信号源进行追踪，视野广、无遮挡，能及时根据测量数据计算出目标无人机操控信号源的位置。

Description

一种无人机操控信号源的定位系统及方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机操控信号源的定位系统及方法。

背景技术

近年来，无人机技术发展异常迅猛，随之产生的无资质、未申请空域的无人机“黑飞”事件也频繁出现。这些“黑飞”无人机，不仅存在诸多隐患，更有甚者，侵入到了民航机场净空区域，扰乱空中交通秩序，危害空中交通安全。因此，伴随着无人机技术的发展，反无人机技术也在发展，电磁干扰、声波干扰、直接捕获等反无人机技术应运而生。这些反无人机技术在不同程度上对“黑飞”无人机发挥了制约作用，但其反制方式主要是针对空中“黑飞”无人机，而对地面的无人机操控者无法进行定位，因而对“黑飞”无人机操控者的制约和“震慑”作用很有限。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种无人机操控信号源的定位系统，对“黑飞”无人机操控信号源进行准确定位，以便管理人员及时对“黑飞”操控者实施管控。

第一方面，本发明提供的一种无人机操控信号源定位系统，所述无人机操控信号源定位系统安装于追踪无人机上，所述定位系统包括追踪无人机定位与导航模块、阵列天线、信号处理模块、信号源定位模块和通信模块，

所述追踪无人机定位与导航模块用于获取追踪无人机在多个不同测量点的位置信息及水平方向信息并将信息发送给信号源定位模块；

所述阵列天线用于接收目标无人机的操控信号，并将所述操控信号发送给信号处理模块；

所述信号处理模块接收阵列天线发送的操控信号并对操控信号进行处理，得到操控信号的来向，并将操控信号来向信息发送给信号源定位模块；

所述信号源定位模块接收追踪无人机定位与导航模块和信号处理模块发送的信息，采用定位算法对目标无人机的操控信号源进行定位，将定位结果发送给通信模块；

所述通信模块用于将所述定位结果发送给地面终端。

本发明实施例提供的无人机操控信号源定位系统，将定位系统安装在追踪无人机上，采用无人机从空中对目标无人机操控信号源进行追踪，视野广、无遮挡、视线好，追踪无人机的运动速度快，可快速得到测量数据，能及时根据测量数据计算出目标无人机操控信号源的位置。

采用多个不同测量点测量，根据测量的数据进行定位计算，使定位系统的定位准确度高。

第二方面，本发明提供的无人机操控信号源定位方法，具体包括以下步骤：

追踪无人机升空后，在多个不同位置作为测量点测量自身的位置数据及方向信息；

利用阵列天线接收目标无人机操控信号，信号处理模块根据目标无人机操控信号测算目标无人机操控信号的来向；

信号源定位模块根据追踪无人机的位置数据、方向信息和目标无人机操控信号的来向采用定位算法计算目标无人机操控信号源位置。

本发明实施例的无人机操控信号源定位方法，采用多个不同测量点测量，根据测量的数据进行定位计算，使定位系统的定位准确度高。

本发明的有益效果：

1.本发明实施例提供的无人机操控信号源定位系统，将定位系统安装在追踪无人机上，采用无人机从空中对目标无人机操控信号源进行追踪，视野广、无遮挡、视线好，追踪无人机的运动速度快，可快速得到测量数据，能及时根据测量数据计算出目标无人机操控信号源的位置。

2.本发明实施例提供的无人机操控信号源定位系统，采用多个不同测量点测量，根据测量的数据进行定位计算，使定位系统的定位准确度高。

3.本发明实施例的无人机操控信号源定位方法，采用多个不同测量点测量，根据测量的数据进行定位计算，计算出的位置坐标准确度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1示出了本发明所提供的一种无人机操控信号源的定位系统的第一实施例的原理框图；

图2示出了本发明所提供的一种无人机操控信号源的定位方法的第一实施例的流程图；

图3示出了无人机操控信号源定位方法的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在以下实施例中所述的目标无人机为“黑飞”无人机。

如图1所示，示出了本发明所提供的一种无人机操控信号源的定位系统第一实施例的原理框图，无人机操控信号源的定位系统安装于专用的追踪无人机上，定位系统包括追踪无人机定位与导航模块1、阵列天线2、信号处理模块3、信号源定位模块4和通信模块5，所述追踪无人机定位与导航模块1用于获取追踪无人机在多个不同测量点的位置信息及水平方向信息并将信息发送给信号源定位模块。追踪无人机定位与导航模块1可由GPS定位模块与惯导系统构成，以获取追踪无人机的GPS定位信息及水平方向信息。追踪无人机定位与导航模块获取的追踪无人机位置与方向数据送给信号源定位模块用于对目标无人机操控信号源进行定位。目前大多数无人机均配备GPS定位系统与惯导系统，可以直接引接追踪无人机方位数据。阵列天线2用于接收目标无人机的操控信号，并将所述操控信号发送给信号处理模块，阵列天线的赋形有线形、圆形等，简单起见，本实施例采用线形阵列天线。信号处理模块3接收阵列天线发送的操控信号并对操控信号进行处理，得到操控信号的来向，并将操控信号来向信息发送给信号源定位模块，利用阵列天线测量信号来向采用现有成熟的算法。信号源定位模块4接收追踪无人机定位与导航模块和信号处理模块发送的信息，采用定位算法对目标无人机的操控信号源进行定位，将定位结果发送给通信模块；所述通信模块5用于将所述定位结果发送给地面终端。

信号源定位模块中采用的定位算法具体包括：

根据目标无人机操控信号相对阵列天线的入射角数据确定目标无人机操控信号的来向；

将第一测量点所在的位置作为建立定位坐标系的原点，设定目标无人机操控信号源在定位坐标系中某一点，在第一测量点进行姿态校正以使阵列天线的阵元分布方向与定位坐标系横轴方向一致，后续测量点以第一测量点为参考点，将测量点的经纬度坐标转换为局部直角坐标；

根据目标无人机操控信号源的坐标、追踪无人机在测量点的坐标和目标无人机操控信号源相对阵列天线的入射角建立位置函数关系式，根据多个位置函数关系式建立方程组，计算出目标无人机操控信号源的局部直角坐标；

将所述目标无人机操控信号源的局部直角坐标转换成经纬度坐标，得到目标无人机操控信号源地理位置。

本发明实施例提供的无人机操控信号源的定位系统，将定位系统安装在追踪无人机上，采用无人机从空中对目标无人机操控信号源进行追踪，视野广、无遮挡、视线好，追踪无人机的运动速度快，可快速得到测量数据，能及时根据测量数据计算出目标无人机操控信号源的位置。且采用多个不同测量点测量，根据测量的数据进行定位计算，使定位系统的定位准确度高。

如图2所示，示出了本发明提供的一种无人机操控信号源的定位方法的第一实施例的流程图，

S1:追踪无人机升空后，在多个不同位置作为测量点测量自身的位置数据及方向信息；

S2:利用阵列天线接收目标无人机操控信号，信号处理模块根据目标无人机操控信号测算目标无人机操控信号的来向；

S3:信号源定位模块根据追踪无人机的位置数据、方向信息和目标无人机操控信号的来向采用定位算法计算目标无人机操控信号源位置。

定位算法具体包括：

根据目标无人机操控信号相对阵列天线的入射角数据确定目标无人机操控信号的来向；

将第一测量点所在的位置作为建立定位坐标系的原点，设定目标无人机操控信号源在定位坐标系中某一点，在第一测量点进行姿态校正以使阵列天线的阵元分布方向与定位坐标系横轴方向一致，后续测量点以第一测量点为参考点，将测量点的经纬度坐标转换为局部直角坐标；

根据目标无人机操控信号源的坐标、追踪无人机在测量点的坐标和目标无人机操控信号源相对阵列天线的入射角建立位置函数关系式，根据多个位置函数关系式建立方程组，计算出目标无人机操控信号源的局部直角坐标；

将所述目标无人机操控信号源的局部直角坐标转换成经纬度坐标，得到目标无人机操控信号源地理位置。

以下采用追踪无人机进行N次测量为例对无人机操控信号源的定位方法进行详细说明：

当出现目标无人机时追踪无人机升空后，在第一个测量点进行自身位置测量、姿态校正及操控信号测量。将第一个测量点作为建立定位坐标系的原点，后续测量点以第一个测量点为参考点，将测量点的经纬度坐标转换为局部直角坐标。通常追踪无人机的飞行高度相对水平移动范围较小，高度误差对水平定位结果的影响可以忽略，因此建立水平定位的二维直角坐标系。在第一个测量点，追踪无人机进行姿态校正，使阵列天线的阵元分布方向与坐标系横轴方向一致。在图3所示的坐标系下，设目标无人机操控源的位置为D(x，y)，第一个测量点追踪无人机位于坐标原点O，测量到的操控信号相对阵列天线的入射角为α₀，三者间存在数学关系的公式为：

y＝ctanα₀·x

其中，ctan(·)表示余切函数。

在第一个测量点完成测量后，追踪无人机移动位置，到第二个测量点。设第二个测量点的位置坐标为(x₁，y₁)，且追踪无人机相对第一个测量点存在水平旋转，即阵列天线相对第一个测量点存在水平旋转，旋转角度为β₁，测量到目标无人机操控信号相对阵列天线的入射角为α₁。此时目标无人机操控者位置、第二个测量点位置、测量到的信号入射角三者间存在数学关系的公式为：

y-y₁＝ctan(α₁+β₁)·(x-x₁)

在第二个测量点完成测量后，追踪无人机移动到第三个测量点。设第三个测量点的位置坐标为(x₂，y₂)，且追踪无人机相对第一个测量点存在水平旋转，即阵列天线相对第一个测量点存在水平旋转，旋转角度为β₂，测量到的目标无人机的操控信号相对阵列天线的入射角为α₂。此时存在数学关系的公式为：

y-y₂＝ctan(α₂+β₂)·(x-x₂)

依此类推，设追踪无人机在空中N个不同位置进行了N次测量，则可以得到关于目标无人机操控信号源位置、追踪无人机所在测量点位置、在测量点测量到操控信号的入射角三者间关系的N个数学方程，联立表示为：

以上联立方程组中，每一个方程含有关于目标无人机操控信号源位置D(x,y)未知数x,y，理论上，只需要两次测量就可以确定操控者位置坐标。但是，多次测量有助于提高定位精度，更准确地对操控者进行定位。对于N(N>2)次测量的情形，上述定位方程组为超定方程组，可以采用最小二乘法求解，得到目标无人机操控信号源位置D(x,y)，将无人机操控信号源所在位置的局部直角坐标，通过坐标变换，将局部直角坐标转换为经纬度坐标，得到无人机操控信号源所在地理位置。

本发明实施例的无人机操控信号源的定位方法，采用多个不同测量点测量，根据测量的数据进行定位计算，计算出的位置坐标准确度高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种无人机操控信号源定位系统，其特征在于，所述无人机操控信号源定位系统安装于追踪无人机上，所述定位系统包括追踪无人机定位与导航模块、阵列天线、信号处理模块、信号源定位模块和通信模块，

所述追踪无人机定位与导航模块用于获取追踪无人机在多个不同测量点的位置信息及水平方向信息并将信息发送给信号源定位模块；

所述阵列天线用于接收目标无人机的操控信号，并将所述操控信号发送给信号处理模块；

所述信号处理模块接收阵列天线发送的操控信号并对操控信号进行处理，得到操控信号的来向，并将操控信号来向信息发送给信号源定位模块；

所述信号源定位模块接收追踪无人机定位与导航模块和信号处理模块发送的信息，根据追踪无人机测量的自身位置信息和操控信号的来向采用定位算法对目标无人机的操控信号源进行定位，将定位结果发送给通信模块；

所述通信模块用于将所述定位结果发送给地面终端。

2.如权利要求1所述的无人机操控信号源定位系统，其特征在于，所述阵列天线采用线形阵列天线。

3.如权利要求1所述的无人机操控信号源定位系统，其特征在于，所述追踪无人机定位与导航模块由GPS定位模块和惯导系统组成。

4.如权利要求1所述的无人机操控信号源定位系统，其特征在于，所述信号源定位模块采用的定位算法对目标无人机的操控信号源进行定位的具体方法包括：

根据目标无人机操控信号相对阵列天线的入射角数据确定目标无人机操控信号的来向；

将追踪无人机第一个测量点所在的位置作为建立定位坐标系的原点，设定目标无人机操控信号源在定位坐标系中某一点，在第一测量点进行姿态校正以使阵列天线的阵元分布方向与定位坐标系横轴方向一致，后续测量点以第一测量点为参考点，将测量点的经纬度坐标转换为局部直角坐标；

根据目标无人机操控信号源的坐标、追踪无人机在测量点的坐标和目标无人机操控信号源相对阵列天线的入射角建立位置函数关系式，根据多个位置函数关系式建立方程组，计算出目标无人机操控信号源的局部直角坐标；

将所述目标无人机操控信号源的局部直角坐标转换成经纬度坐标，得到目标无人机操控信号源地理位置。

5.一种无人机操控信号源定位方法，其特征在于，具体包括以下步骤，

追踪无人机升空后，在多个不同位置作为测量点测量自身的位置数据及方向信息；

利用阵列天线接收目标无人机操控信号，信号处理模块根据目标无人机操控信号测算目标无人机操控信号的来向；

信号源定位模块根据追踪无人机的位置数据、方向信息和目标无人机操控信号的来向采用定位算法计算目标无人机操控信号源位置。

6.如权利要求5所述的无人机操控信号源定位方法，其特征在于，

所述定位算法具体包括：

根据目标无人机操控信号相对阵列天线的入射角数据确定目标无人机操控信号的来向；

将第一测量点所在的位置作为建立定位坐标系的原点，设定目标无人机操控信号源在定位坐标系中某一点，在第一测量点进行姿态校正以使阵列天线的阵元分布方向与定位坐标系横轴方向一致，后续测量点以第一测量点为参考点，将测量点的经纬度坐标转换为局部直角坐标；

根据目标无人机操控信号源的坐标、追踪无人机在测量点的坐标和目标无人机操控信号源相对阵列天线的入射角建立位置函数关系式，根据多个位置函数关系式建立方程组，计算出目标无人机操控信号源的局部直角坐标；

将所述目标无人机操控信号源的局部直角坐标转换成经纬度坐标，得到目标无人机操控信号源地理位置。