CN108964830B - 一种无人机干扰定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机干扰定位系统,包括:无人机、扫频仪、高增益天线、微型电脑、GPS、电子罗盘、无线网卡以及遥控端;扫频仪、高增益天线、微型电脑、GPS、电子罗盘及无线网卡均设置在无人机上,扫频仪、高增益天线、GPS、电子罗盘及无线网卡分别与微型电脑连接,微型电脑、无人机分别与遥控端通信连接,遥控端用于控制无人机的飞行及查看干扰测试数据。本发明能够实现空中干扰排查,快速定位干扰源位置,无需人工爬楼,减少物业协调,提升工作效率。

Description

一种无人机干扰定位系统
技术领域
本发明涉及空中检测领域,尤其涉及一种无人机干扰定位系统。
背景技术
在一些大城市周边分布着许多大大小小的城中村,由于建筑楼层高且分布密集,导致普通的手机信号难以做到深度覆盖。因此,很多城中村房东出于出租利益未经许可私自安装无质量保证的信号放大器,给基站网络带来了大量的反向连锁干扰,干扰导致手机用户有信号但无法正常通话和上网,给用户和运营商都带来巨大的经济损失。
目前,干扰排查方法均是通过人工使用手提式频谱仪和八木天线定位干扰源,设备沉重,携带不够方便,扫频过程中矢量数据无法准确记录。而且这个方法要求工作人员必须爬上楼顶,由于大部分城中村业主对排查存在抗拒心理,不愿开放楼顶配合工作,需要与物业等多方人员介入进行协调,导致干扰源确认工作效率低下。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种无人机干扰定位系统,其能够实现空中干扰排查,快速定位干扰源位置,无需人工爬楼,减少物业协调,提升工作效率。
本发明的目的采用如下技术方案实现:
一种无人机干扰定位系统,包括:无人机、扫频仪、高增益天线、微型电脑、GPS、电子罗盘、无线网卡以及遥控端;所述扫频仪、所述高增益天线、所述微型电脑、所述GPS、所述电子罗盘及所述无线网卡均设置在所述无人机上,所述扫频仪、所述高增益天线、所述GPS、所述电子罗盘及所述无线网卡分别与所述微型电脑连接,所述微型电脑、所述无人机分别与所述遥控端通信连接,所述遥控端用于控制所述无人机的飞行及查看干扰测试数据;
所述微型电脑具有处理器和存储器,所述存储器存储有可执行程序,所述处理器可读取所述存储器中的可执行程序以实现以下方法:
获取所述扫频仪、所述GPS及所述电子罗盘所采集的数据并存入数据库,其中,所述扫频仪采集干扰信号的强度,所述GPS采集所述无人机的位置信息,所述电子罗盘采集干扰信号的方向信息;
根据所述扫频仪、所述GPS及所述电子罗盘所采集的数据生成扫频波形并存入数据库;
根据所述干扰信号的强度及其对应的位置信息和方向信息,连接网络地图的API接口,在地图上生成干扰热力图;
根据干扰热力图确定干扰源区域后,利用多点定位干扰源法确定干扰源位置并存入数据库。
进一步地,所述无人机干扰定位系统还包括摄像头,所述摄像头设置在所述无人机上,所述摄像头与所述微型电脑连接。
进一步地,所述根据所述干扰信号的强度及其对应的位置信息,连接网络地图的API接口,在地图上生成干扰热力图具体为:
加载网络地图;
根据指定的扫描区域和频率值,获取对应的热力图测试数据,所述热力图测试数据为:干扰信号的强度及其对应的位置信息和方向信息;
将热力图测试数据栅格化;
将栅格化的数据转换成为热力图的打点数据;
将热力图打点数据加载到地图上。
进一步地,所述多点定位干扰源法具体为:
获取所述无人机位于采集点时所述扫频仪、所述GPS及所述电子罗盘所采集的数据,其中,采集点至少为两个,所述扫频仪采集干扰信号的强度数据,所述GPS采集所述无人机的位置信息,所述电子罗盘采集干扰信号所对应的角度数据;
根据各个采集点的所述干扰信号的强度数据、位置信息及对应的角度数据确定干扰源位置。
进一步地,所述无人机在采集点进行180度至360度的旋转以供所述扫频仪、所述GPS及所述电子罗盘采集不同角度上的数据。
进一步地,所述根据所述干扰信号的强度数据及对应的角度数据确定干扰源位置具体为:
获取两个扫描点的干扰信号强度最高的角度,利用经纬度与角度的换算法,获得干扰源位置的经纬度并在地图上显示。
进一步地,所述经纬度与角度的换算法为:
其中,第一扫描点的经纬度:(x1,y1),第二扫描点的经纬度:(x2,y2),干扰源位置的经纬度:(x,y),α:第一扫描点的干扰信号最高的角度,β:第二扫描点的干扰信号最高的角度。
进一步地,所述根据所述干扰信号的强度数据及对应的角度数据确定干扰源位置具体为:
获取各个扫描点的干扰信号强度最强的角度;
计算各个扫描点的误差范围角;
根据各个误差范围角交叉形成的多边形区域来确定干扰源区域;
根据不规则多边形的中心确定法,取多边形角度最小的三个顶点,构成一个三角形,该三角形的中心即为干扰源的位置。
进一步地,还包括测试手机,所述遥控端与所述测试手机无线通信连接,所述遥控端用于供测试人员设置测试任务,所述测试手机包括中央处理器及存储器,所述存储器存储有可执行程序,所述中央处理器可读取所述存储器中的可执行程序以执行以下方法:
根据所述遥控端设置的测试任务来新建任务;
获取工参数据并建立工参数据库;
启动网络测试并实时获取所述测试手机的GPS的高度信息,测试数据包括:小区信息、信号强度、质量及速率;
将测试数据及所述测试数据对应的高度信息存入所述工参数据库中;
连接网络地图的API接口,将测试数据、高度信息以及工参数据转换成测试打点信号,并将所述测试打点信号实时显示在地图上。
进一步地,所述测试手机所执行的方法还包括:
获取运营商基站的网络数据并将所述网络数据进行在线地图的经纬度转换;
在地图上显示运营商基站信息;
在地图上将所述测试打点信号与对应的运营商基站相连。
相比现有技术,本发明的有益效果在于:
该无人机干扰定位系统,通过无人机搭载扫频仪、高增益天线、微型电脑、摄像头、GPS、电子罗盘及无线网卡,通过扫频仪、高增益天线、GPS及电子罗盘获取干扰信号的强度信息及对应的位置信息,通过微型电脑对所获取的干扰信号的强度信息及对应的位置信息进行数据处理,实现从空中快速定位干扰源位置,无需人工爬楼,减少物业协调,提升工作效率。
附图说明
图1为本发明提供的一种无人机干扰定位系统的系统结构图,图中虚线表示仅是设置在无人机上,与无人机并无物理连接或者无线连接,实线表示无线连接,带箭头实线表示物理连接;
图2为本发明提供的一种无人机干扰定位系统的工作流程图;
图3为本发明提供的一种无人机干扰定位系统的工作流程中的干扰热力图生成流程图。
具体实施方式
下面,结合附图以及具体实施方式,对本发明做进一步描述,需要说明的是,在不相冲突的前提下,以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
请参阅图1至图3,一种无人机干扰定位系统,包括:无人机、扫频仪、高增益天线、微型电脑、GPS、电子罗盘、无线网卡以及遥控端;扫频仪、高增益天线、微型电脑、GPS、电子罗盘及无线网卡均设置在无人机上,扫频仪、高增益天线、GPS、电子罗盘及无线网卡分别与微型电脑连接,微型电脑、无人机分别与遥控端通信连接,遥控端用于控制无人机的飞行及查看干扰测试数据;
微型电脑具有处理器和存储器,存储器存储有可执行程序,处理器可读取存储器中的可执行程序以实现以下方法:
S1、获取扫频仪、GPS及电子罗盘所采集的数据并存入数据库,其中,扫频仪采集干扰信号的强度,GPS采集无人机的位置信息,电子罗盘采集干扰信号的方向信息;
S2、根据扫频仪、GPS及电子罗盘所采集的数据生成扫频波形并存入数据库;
S3、根据干扰信号的强度及其对应的位置信息和方向信息,连接网络地图的API接口,在地图上生成干扰热力图;
S4、根据干扰热力图确定干扰源区域后,利用多点定位干扰源法确定干扰源位置并存入数据库。
作为一种优选的实施方式,无人机干扰定位系统还包括摄像头,摄像头设置在无人机上,摄像头与微型电脑连接。优选地,在完成一次干扰测试之后,会自动将所有的干扰数据压缩打包上传至服务器,以便工作人员可随时下载查看干扰数据。
该无人机干扰定位系统的工作方式为:
地面遥控端的工作人员控制无人机在疑似干扰源区域进行盘查式飞行,使得无人机所携带的扫频仪、GPS及电子罗盘可获取疑似干扰源区域的干扰信号的干扰强度及其对应的位置信息,微型电脑获取扫频仪、GPS及电子罗盘所采集的数据并对其进行数据处理,生成扫频波形、干扰热力图以及确定干扰源位置,并且在完成干扰排查之后,通过无线网卡将数据库里关于干扰排查的所有数据进行压缩后上传至服务器,使得工作人员可随时下载查看相关数据信息,其中,服务器可为FTP或HTTP服务器。通过实时联网,将干扰数据实时上传到服务器,可实现在后台远端的干扰同步分析支持,还可实现建立城市网络干扰覆盖大数据库,与运营商的基站干扰数据进行关联对接,实现数据的精确分析管理和分享。此外,微型电脑还会获取摄像头的图像数据并将其压缩打包存入数据库,方便工作人员后续根据图像数据到目的地查找干扰源以解决干扰问题。
微型电脑获取扫频仪的数据并生成扫频波形的流程为:调用接口;提取扫频仪参数;调用扫频仪读写模块;写入数据库;图形化显示数据。扫频波形采用波形平滑处理,并且分别显示实时值、平均值以及最大值的波形图,各个波形图的峰值处显示其数值。波形平滑处理通过平均法进行,即求同一时刻邻近4个频点的实时值的平均强度值;平均值为在同一个频点当前时刻的前后100个采样点的实时值的平均值;最大值为在同一个频点当前时刻的前后100个采样点的实时值的最大值。
作为一种优选的实施方式,网络地图可为百度地图、高德地图或谷歌地图。
作为一种优选的实施方式,根据干扰信号的强度及其对应的位置信息和方向信息,连接网络地图的API接口,在地图上生成干扰热力图具体为:
S31、加载网络地图;
S32、根据指定的扫描区域和频率值,获取对应的热力图测试数据,所述热力图测试数据为:干扰信号的强度及其对应的位置信息和方向信息;
S33、将热力图测试数据栅格化;
S34、将栅格化的数据转换成为热力图的打点数据;
S35、将热力图打点数据加载到地图上。
通过连接在线网络地图的API接口,在地图上实现地理化渲染,在地图上通过预设门限和颜色呈现,并且通过栅格计算的方式实现聚合功能,在地图放大缩小时均可实现热力图的效果,从而达到在地图上进行打点呈现的目的,在地图上生成干扰热力图,使得工作人员可直接从地图上直观地确定干扰源所在的区域位置。此外,干扰热力图根据干扰信号的强度设置不同颜色进行呈现,使得工作人员可以直观地从颜色上判断干扰强度,方便判断干扰源的位置。
在本实施例中,干扰热力图的干扰信号强度范围设置为-140至-20dBm,干扰门限设置为-86dBm,干扰图里颜色从弱到强依次为:深蓝、浅蓝、绿、浅绿、黄、红。
作为一种优选的实施方式,多点定位干扰源法具体为:
获取无人机位于采集点时扫频仪、GPS及电子罗盘所采集的数据,其中,采集点至少为两个,扫频仪采集干扰信号的强度数据,GPS采集无人机的位置信息,电子罗盘采集干扰信号所对应的角度数据;
根据各个采集点的干扰信号的强度数据、位置信息及对应的角度数据确定干扰源位置。
在确定了干扰源所在的区域之后,控制无人机在干扰源区域接近边缘处的多个位置点采集各个位置点处多个方向上的干扰强度,通过各个位置点的干扰强度及其对应的方向来确定干扰源所在的位置。
作为一种优选的实施方式,无人机在采集点进行180度至360度的旋转以供扫频仪、GPS及电子罗盘采集不同角度上的数据。无人机需要进行旋转以使扫频仪能够采集多个方向的干扰信号强度,为了保证干扰强度最大的方向的准确性,无人机的旋转角度需要在180度至360度之间。
在本实施例中,在进行旋转扫描过程中,生成一个雷达团,以显示每个方向的强度变化,在扫描完一次以后,在在线地图上显示带经纬度和方向角的打点箭头。
作为一种优选的实施方式,根据所述干扰信号的强度数据及对应的角度数据确定干扰源位置具体为:
获取两个扫描点的干扰信号强度最高的角度,利用经纬度与角度的换算法,获得干扰源位置的经纬度并在地图上打点显示干扰源位置。
进一步地,经纬度与角度的换算法为:
其中,第一扫描点的经纬度:(x1,y1),第二扫描点的经纬度:(x2,y2),干扰源位置的经纬度:(x,y),α:第一扫描点的干扰信号最高的角度,β:第二扫描点的干扰信号最高的角度。
根据以上经纬度与角度的换算法进行计算,得出目标干扰源位置点的经纬度,然后在地图上进行打点显示,显示以该点为圆心,半径为10米的圆圈,该圆圈的范围即为干扰源位置。
作为一种优选的实施方式,根据所述干扰信号的强度数据及对应的角度数据确定干扰源位置具体为:
获取各个扫描点的干扰信号强度最强的角度;
计算各个扫描点的误差范围角;
根据各个误差范围角交叉形成的多边形区域来确定干扰源区域;
根据不规则多边形的中心确定法,取多边形角度最小的三个顶点,构成一个三角形,该三角形的中心即为干扰源的位置。
正常情况下,干扰强度越高,越对准目标干扰源,误差范围角就越小,各个点的误差范围角通过以下公式进行计算获得:
首先定义在强度区间(X,Y),强度的单位为dB,范围角取值为M、K、N,范围角的单位为度,然后分别判断各点强度,来决定各个点的范围角取值。例如,具有三个扫描点,各个扫描点的强度的最大值分别为:Pa、Pb、Pc,范围角的取值过程如下:
情况1:
如果P>=Y时,默认该扫描点的误差范围角的角度为N;
情况2:
如果P<=X时,默认该扫描点的误差范围角的角度为M;
情况3:
如果X<P<Y时,则需要进行计算获得该扫描点的误差范围角的角度K,
首先计算在强度区间(X,Y)内,每单位强度(dB)所对应的误差范围角的角度变化:△=(N-M)/(Y-X),
假设实际强度为Z,则角度K=M+△*(Z-X)=M+(N-M)/(Y-X)*(Z-X)。
进一步地,还包括测试手机,所述遥控端与所述测试手机无线通信连接,所述遥控端用于供测试人员设置测试任务,测试手机包括中央处理器及存储器,存储器存储有可执行程序,中央处理器可读取存储器中的可执行程序以执行以下方法:
根据遥控端设置的测试任务来新建任务;
获取工参数据并建立工参数据库;
启动网络测试并实时获取测试手机的GPS的高度信息,测试数据包括:小区信息、信号强度、质量及速率;
将测试数据及测试数据对应的高度信息存入工参数据库中;
连接网络地图的API接口,将测试数据、高度信息以及工参数据转换成测试打点信号,并将测试打点信号实时显示在地图上。
通过以上结构,在进行干扰定位的同时,也可进行网络信号测试。通过无人机搭载测试手机进行信号测试,解决传统人工在山区、河道等特殊区域测试成本高、协调难、耗时长等问题,通过测试手机采集经纬度、高度、信号强度以及质量,可以对各个特殊区域进行三维测试,并实时将数据回传至遥控端。由于手机GPS的高度精确度不高,因此使用基于差分的GPS算法来进行高度修正,以保证数据的准确性。此外,在测试过程中还可获取网络信令并进行保存。
作为一种优选的实施方式,测试手机所执行的方法还包括:
获取运营商基站的网络数据并将网络数据进行在线地图的经纬度转换;
在地图上显示运营商基站信息;
在地图上将测试打点信号与对应的运营商基站相连。
获取运营商基站的网络数据的方式为:根据预定到的基站台帐模板进行规范导入,在导入基站数据的过程中连接网络以便进行在线地图的经纬度的转换。通过将基站与测试打点信号进行连接,方便测试用于判断当前手机接收信号是从哪个基站发射出来,辅助判断是否存在基站信号越区覆盖或者相邻基站邻区漏配等问题。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式,不能以此来限定本发明保护的范围,本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种无人机干扰定位系统,其特征在于,包括:无人机、扫频仪、高增益天线、微型电脑、GPS、电子罗盘、无线网卡以及遥控端;所述扫频仪、所述高增益天线、所述微型电脑、所述GPS、所述电子罗盘及所述无线网卡均设置在所述无人机上,所述扫频仪、所述高增益天线、所述GPS、所述电子罗盘及所述无线网卡分别与所述微型电脑连接,所述微型电脑、所述无人机分别与所述遥控端通信连接,所述遥控端用于控制所述无人机的飞行及查看干扰测试数据;
所述微型电脑具有处理器和存储器,所述存储器存储有可执行程序,所述处理器可读取所述存储器中的可执行程序以实现以下方法:
获取所述扫频仪、所述GPS及所述电子罗盘所采集的数据并存入数据库,其中,所述扫频仪采集疑似干扰源区域范围内的干扰信号的强度,所述GPS采集所述无人机的位置信息,所述电子罗盘采集干扰信号的方向信息;
根据所述扫频仪、所述GPS及所述电子罗盘所采集的数据生成扫频波形并存入数据库;
根据所述干扰信号的强度及其对应的位置信息和方向信息,连接网络地图的API接口,在地图上生成干扰热力图;
根据干扰热力图确定干扰源区域后,在干扰源区域的边缘处选取多个采集点以通过所述扫频仪、所述GPS及所述电子罗盘采集所述采集点的数据,从而利用多点定位干扰源法确定干扰源位置并存入数据库。
2.如权利要求1所述的无人机干扰定位系统,其特征在于,所述无人机干扰定位系统还包括摄像头,所述摄像头设置在所述无人机上,所述摄像头与所述微型电脑连接。
3.如权利要求1所述的无人机干扰定位系统,其特征在于,所述根据所述干扰信号的强度及其对应的位置信息和方向信息,连接网络地图的API接口,在地图上生成干扰热力图具体为:
加载网络地图;
根据指定的扫描区域和频率值,获取对应的热力图测试数据,所述热力图测试数据为:干扰信号的强度及其对应的位置信息和方向信息;
将热力图测试数据栅格化;
将栅格化的数据转换成为热力图的打点数据;
将热力图打点数据加载到地图上。
4.如权利要求1所述的无人机干扰定位系统,其特征在于,所述多点定位干扰源法具体为:
获取所述无人机位于采集点时所述扫频仪、所述GPS及所述电子罗盘所采集的数据,其中,采集点至少为两个,所述扫频仪采集干扰信号的强度数据,所述GPS采集所述无人机的位置信息,所述电子罗盘采集干扰信号所对应的角度数据;
根据各个采集点的所述干扰信号的强度数据、位置信息及对应的角度数据确定干扰源位置。
5.如权利要求4所述的无人机干扰定位系统,其特征在于,所述无人机在采集点进行180度至360度的旋转以供所述扫频仪、所述GPS及所述电子罗盘采集不同角度上的数据。
6.如权利要求4所述的无人机干扰定位系统,其特征在于,确定所述干扰源位置具体为:
获取两个扫描点处干扰信号强度最高时所对应的角度,利用经纬度与角度的换算法,获得干扰源位置的经纬度并在地图上显示。
7.如权利要求6所述的无人机干扰定位系统,其特征在于,所述经纬度与角度的换算法为:
其中,第一扫描点的经纬度:(x1,y1),第二扫描点的经纬度:(x2,y2),干扰源位置的经纬度:(x,y),α:第一扫描点处干扰信号强调最高时所对应的角度,β:第二扫描点处干扰信号强度最高时所对应的角度。
8.如权利要求4所述的无人机干扰定位系统,其特征在于,确定所述干扰源位置具体为:
获取各个扫描点的干扰信号强度最强的角度;
计算各个扫描点的误差范围角;
根据各个误差范围角交叉形成的多边形区域来确定干扰源区域;
根据不规则多边形的中心确定法,取多边形角度最小的三个顶点,构成一个三角形,该三角形的中心即为干扰源的位置。
9.如权利要求1至8任一项所述的无人机干扰定位系统,其特征在于,还包括测试手机,所述遥控端与所述测试手机无线通信连接,所述遥控端用于供测试人员设置测试任务,所述测试手机包括中央处理器及存储器,所述存储器存储有可执行程序,所述中央处理器可读取所述存储器中的可执行程序以执行以下方法:
根据所述遥控端设置的测试任务来新建任务;
获取工参数据并建立工参数据库;
启动网络测试并实时获取所述测试手机的GPS的高度信息,测试数据包括:小区信息、信号强度、质量及速率;
将测试数据及所述测试数据对应的高度信息存入所述工参数据库中;
连接网络地图的API接口,将测试数据、高度信息以及工参数据转换成测试打点信号,并将所述测试打点信号实时显示在地图上。
10.如权利要求9所述的无人机干扰定位系统,其特征在于,所述测试手机所执行的方法还包括:
获取运营商基站的网络数据并将所述网络数据进行在线地图的经纬度转换;
在地图上显示运营商基站信息;
在地图上将所述测试打点信号与对应的运营商基站相连。
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