CN109270581B - 基于八阵元多频段复合阵列天线的无人机探测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于八阵元多频段复合阵列天线的无人机探测装置及方法，涉及无人机探测装置技术领域。所述探测装置包括天线阵列、接收机、嵌入式主机以及上位机，所述天线阵列包括八个天线阵元，所述八个天线阵元呈圆周设置，且所述天线阵元与天线阵元之间的距离相等，所述八个天线阵元的输出端与所述接收机的信号输入端连接，所述接收机与所述嵌入式主机通过USB3.0接口进行连接，所述嵌入式主机与所述上位机之间通过LAN接口双向连接。所述无人机探测装置具有频段覆盖范围广、产品可靠性高以及重量轻等优点。

Description

基于八阵元多频段复合阵列天线的无人机探测装置及方法

技术领域

本发明涉及无人机探测装置技术领域，尤其涉及一种基于八阵元多频段复合阵列天线的无人机探测装置及方法。

背景技术

近年来，随着商业无人机的大量应用，黑飞无人机导致的安全问题已越来越受到关注，由此而引出的如何探测黑飞无人机也已成为一个热点话题。在已有的技术和设备中，一般为单一频段或者两个频段的无人机探测设备。单频段或两频段无人机探测设备的主要探测对象是目前市面上比较常见的大疆无人机的工作频段（2.4GHz和5.8GHz）。探测设备一般分为四个部分，即双频段天线、接收机、嵌入式主控模块和转台四个部分，如图1所示，其中双频段天线、接收机和嵌入式主控模块是置于转台之上的，设备的探测频段一般只覆盖2.4GHz和5.8GHz。

在具体操作使用时，首先转动转台进行360度方位的周扫，双频段探测天线将周扫的无线电信号接入接收机，接收机和嵌入式主控模块协调工作，对天线过来的无线电信号进行采集分析处理，根据处理的频谱结果，对入侵无人机的方位和距离进行示意，并将测试结果上传上位机电脑进行显示预警。

现有的单频段或者两频段的无人机探测设备由于采用的是单阵元天线，为了提高黑飞无人机的探测速度，降低漏警率，则必然要提高转台的转速，转速的提高带来的最大的问题就是转台的使用寿命问题，转台使用寿命其中最重要的就是滑环的使用寿命，以转台3秒一圈，全天候24小时工作，则一年转台需要旋转1000万圈，而国产滑环的寿命一般在1000万圈左右，所以从设计角度来看，滑环的使用是需要一年一换，从而带来了售后维修成本的大幅度提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种频段覆盖范围广、产品可靠性高、重量轻的基于八阵元多频段复合阵列天线的无人机探测装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于八阵元多频段复合阵列天线的无人机探测装置，其特征在于：包括天线阵列、接收机、嵌入式主机以及上位机，所述天线阵列包括八个天线阵元，所述八个天线阵元呈圆周设置，且所述天线阵元与天线阵元之间的距离相等，所述八个天线阵元的输出端与所述接收机的信号输入端连接，所述接收机与所述嵌入式主机通过USB3.0接口进行连接，所述嵌入式主机与所述上位机之间通过LAN接口双向连接；无线电信号经过天线阵列接收后，通过接收机内的宽带低噪放模块处理，然后再将宽带低噪放模块处理的信号输入到下变频和AD 采集模块进行处理，AD 采集后的数据经过嵌入式主机的频谱分析后，通过上位机进行无人机特征信号分析比对识别，如符合数据库中相应的无人机型号，则提示报警。

进一步的技术方案在于：每个所述天线阵元包括840MHz-930MHz天线模块、1410MHz-1460MHz天线模块、2.4GHz-2.5GHz天线模块以及5.725GHz-5.850GHz天线模块，所述840MHz-930MHz天线模块的输出端与第一异频合路器的一个输入端连接，所述1410MHz-1460MHz天线模块的输出端与第一异频合路器的另一个输入端连接，2.4GHz-2.5GHz天线模块的输出端与第二异频合路器的一个输入端连接，5.725GHz-5.850GHz天线模块的输出端与第二异频合路器的另一个输入端连接，八个第一异频合路器的输出端分别与第一单刀八掷同轴开关的分接线端连接，第一单刀八掷同轴开关的总接线端与第一接收机的信号输入端连接，八个第二异频合路器的输出端分别与第二单刀八掷同轴开关的分接线端连接，第二单刀八掷同轴开关的总接线端与第二接收机的信号输入端连接，所述第一接收机以及第二接收机的输出端与所述嵌入式主机的信号输入端连接。

本发明还公开了一种基于所述无人机探测装置的无人机探测方法，其特征在于：

无人机探测装置加电工作后，上位机启动，通过以太网将配置参数设置到两个接收机，同时启动两个单刀八掷同轴开关，在八个天线阵元中循环扫描，接收机对天线阵元所接收的射频信号进行宽带低噪放处理以及下变频和AD变换后，通过嵌入式主机将处理后的中频数字信号进行分析与频谱计算，同时将频谱计算的结果上传给上位机，通过上位机进行无人机特征信号分析比对识别并图显，如符合数据库中相应的无人机型号，则提示报警。

进一步的技术方案在于：所述方法包括人工控制模式和自动值守模式，在所述自动值守模式时所述无人机探测装置按照1.5秒单个天线阵元扫描的速度，对采集天线接收到的无线电信号进行采样、频谱分析、图形显示和无人机信号识别，天线阵列360°的扫描时间是12秒每圈，通过对无线电信号的识别分析，判断是否存在无人机通信，如果有无人机通信信号且信号最强，则判定为当前方向有无人机，发出警报；在所述人工控制模式时，由用户负责控制电扫速度及方向，所述无人机探测装置不断采集无人机信号并识别分析，由用户根据识别结果，判别是否存在无人机信号。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过采用天线阵列的方法，将传统单一天线对空360度机械扫描的形式改变成天线阵列对空360度固定扫描的形式，提高了360°的周扫速度，能够迅速发现定位黑飞无人机，系统的实时性得到了极大提高，同时降低了结构的复杂度，取消了转动电机和滑环，大大提高了系统的可靠性。增加了探测频段，除原有2.4GHz和5.8GHz频段外，还涵盖了840MHz、915MHz和1.4GHz频段，进一步的提高了对黑飞无人机的探测频段的范围。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有技术的双频段探测设备的原理框图；

图2是本发明实施例所述无人机探测装置的原理框图；

图3是本发明实施例中所述天线阵元的原理框图；

图4是本发明实施例中所述探测装置的信号处理流程；

图5是本发明实施例中所述装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图2所示本发明实施例公开了一种基于八阵元多频段复合阵列天线的无人机探测装置，包括天线阵列、接收机、嵌入式主机以及上位机。所述天线阵列包括八个天线阵元，所述八个天线阵元呈圆周设置，且所述天线阵元与天线阵元之间的距离相等，所述八个天线阵元的输出端与所述接收机的信号输入端连接，所述接收机与所述嵌入式主机通过USB3.0接口进行连接，所述嵌入式主机与所述上位机之间通过LAN接口双向连接；无线电信号经过天线阵列接收后，通过接收机内的宽带低噪放模块处理，然后再将宽带低噪放模块处理的信号输入到下变频和AD 采集模块进行处理，AD 采集后的数据经过嵌入式主机的频谱分析后，通过上位机进行无人机特征信号分析比对识别，如符合数据库中相应的无人机型号，则提示报警，如图4所示。

进一步的，如图3所示，每个所述天线阵元包括840MHz-930MHz天线模块、1410MHz-1460MHz天线模块、2.4GHz-2.5GHz天线模块以及5.725GHz-5.850GHz天线模块，所述840MHz-930MHz天线模块的输出端与第一异频合路器的一个输入端连接，所述1410MHz-1460MHz天线模块的输出端与第一异频合路器的另一个输入端连接，2.4GHz-2.5GHz天线模块的输出端与第二异频合路器的一个输入端连接，5.725GHz-5.850GHz天线模块的输出端与第二异频合路器的另一个输入端连接，八个第一异频合路器的输出端分别与第一单刀八掷同轴开关的分接线端连接，第一单刀八掷同轴开关的总接线端与第一接收机的信号输入端连接，八个第二异频合路器的输出端分别与第二单刀八掷同轴开关的分接线端连接，第二单刀八掷同轴开关的总接线端与第二接收机的信号输入端连接，所述第一接收机以及第二接收机的输出端与所述嵌入式主机的信号输入端连接。

上位机是整个探测装置的核心，一方面它完成接收机的变频采样参数的设置和数字信号的处理、频谱计算等工作；另一方面，它协调整个测试装置的调度和指挥：天线阵列的电子切换；无人机特征信号的识别、比对和记录以及人机交互等等。

本发明还公开了一种无人机探测方法：无人机探测装置加电工作后，上位机启动，通过以太网将配置参数设置到两个接收机，同时启动两个单刀八掷同轴开关，在八个天线阵元中循环扫描，接收机对天线阵元所接收的射频信号进行宽带低噪放处理以及下变频和AD变换后，通过嵌入式主机将处理后的中频数字信号进行分析与频谱计算，同时将频谱计算的结果上传给上位机，通过上位机进行无人机特征信号分析比对识别并图显，如符合数据库中相应的无人机型号，则提示报警。

进一步的，如图5所示，所述探测装置包括人工控制模式和自动值守模式，在所述自动值守模式时所述无人机探测装置按照1.5秒单个天线阵元扫描的速度，对采集天线接收到的无线电信号进行采样、频谱分析、图形显示和无人机信号识别，天线阵列360°的扫描时间是12秒每圈，通过对无线电信号的识别分析，判断是否存在无人机通信，如果有无人机通信信号且信号最强，则判定为当前方向有无人机，发出警报；在所述人工控制模式时，由用户负责控制电扫速度及方向，所述无人机探测装置不断采集无人机信号并识别分析，由用户根据识别结果，判别是否存在无人机信号。

本发明所述探测装置利用复合阵列天线的方式，去除掉传统探测设备的电机、滑环等转动机构，极大的提高了产品可靠性，降低了设备的重量，适合于携行状态下使用；通过在原有2.4GHz和5.8GHz天线的基础上，增加840MHz、900MHz和1.4GHz的探测频段，增大了探测黑飞无人机的频段覆盖范围；且无线电探测方式受自然环境影响较小，可全天候值守。上位机与嵌入式主机之间通过以太网连接，实现网络化控制，可以进行组网探测，从而覆盖更大的区域范围，便于实施要害地域的无人机管控。

Claims (3)

1.一种基于八阵元多频段复合阵列天线的无人机探测装置，其特征在于：包括天线阵列、接收机、嵌入式主机以及上位机，所述天线阵列包括八个天线阵元，所述八个天线阵元呈圆周设置，且所述天线阵元与天线阵元之间的距离相等，所述八个天线阵元的输出端与所述接收机的信号输入端连接，所述接收机与所述嵌入式主机通过USB3.0接口进行连接，所述嵌入式主机与所述上位机之间通过LAN接口双向连接；无线电信号经过天线阵列接收后，通过接收机内的宽带低噪放模块处理，然后再将宽带低噪放模块处理的信号输入到下变频和AD 采集模块进行处理，AD 采集后的数据经过嵌入式主机的频谱分析后，通过上位机进行无人机特征信号分析比对识别，如果符合数据库中相应的无人机型号，则提示报警；

每个所述天线阵元包括840MHz-930MHz天线模块、1410MHz-1460MHz天线模块、2.4GHz-2.5GHz天线模块以及5.725GHz-5.850GHz天线模块，所述840MHz-930MHz天线模块的输出端与第一异频合路器的一个输入端连接，所述1410MHz-1460MHz天线模块的输出端与第一异频合路器的另一个输入端连接，2.4GHz-2.5GHz天线模块的输出端与第二异频合路器的一个输入端连接，5.725GHz-5.850GHz天线模块的输出端与第二异频合路器的另一个输入端连接，八个第一异频合路器的输出端分别与第一单刀八掷同轴开关的分接线端连接，第一单刀八掷同轴开关的总接线端与第一接收机的信号输入端连接，八个第二异频合路器的输出端分别与第二单刀八掷同轴开关的分接线端连接，第二单刀八掷同轴开关的总接线端与第二接收机的信号输入端连接，所述第一接收机以及第二接收机的输出端与所述嵌入式主机的信号输入端连接。

2.一种基于权利要求1所述的无人机探测装置的无人机探测方法，其特征在于：

无人机探测装置加电工作后，上位机启动，通过以太网将配置参数设置到两个接收机，同时启动两个单刀八掷同轴开关，在八个天线阵元中循环扫描，接收机对天线阵元所接收的射频信号进行宽带低噪放处理以及下变频和AD变换后，通过嵌入式主机将处理后的中频数字信号进行分析与频谱计算，同时将频谱计算的结果上传给上位机，通过上位机进行无人机特征信号的分析比对识别并显示，如果符合数据库中相应的无人机型号，则提示报警。

3.如权利要求2所述的无人机探测方法，其特征在于：所述方法包括人工控制模式和自动值守模式，在所述自动值守模式时所述无人机探测装置按照1.5秒单个天线阵元扫描的速度，对采集天线接收到的无线电信号进行采样、频谱分析、图形显示和无人机信号识别，天线阵列360°的扫描时间是12秒每圈，通过对无线电信号的识别分析，判断是否存在无人机通信，如果有无人机通信信号且信号最强，则判定为当前方向有无人机，发出警报；在所述人工控制模式时，由用户负责控制电扫速度及方向，所述无人机探测装置不断采集无人机信号并识别分析，由用户根据识别结果，判别是否存在无人机信号。