CN109297497B - 对无人机操控者溯源的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种对无人机操控者溯源的方法及系统，其采集雷达探测的目标数据和频谱探测的目标数据；推算每个频谱探测目标的首次发现位置信息，并构建频谱溯源信息；然后依次将单个未关联雷达探测目标的方位角与所有未关联频谱探测目标的相同时刻方位角之间的差值绝对值与预设频谱关联门限进行比较，根据比较结果判断雷达探测目标与频谱探测目标是否关联；最后计算在频谱探测目标首次发现时刻，与其关联的雷达探测目标的雷达溯源信息；所述频谱探测目标的溯源信息与雷达探测目标溯源信息的交集即为对无人机操控者的溯源信息，从而快速定位无人机操作者位置，为执法者快速控制无人机操作者提供技术手段。

Description

对无人机操控者溯源的方法及系统

技术领域

本发明涉及反无人机技术领域，具体涉及一种对无人机操控者溯源的方法及系统。

背景技术

近几年，各种民用消费级无人机的应用呈爆炸式增长，给生产生活带来了便利。同时这些飞行器具有飞行高度低、速度慢，雷达反射面积小(所谓“低慢小”航空器目标)，在地面难以发现等特点，导致有关部门难以对无人机进行管控，特别是对重点目标、重点区域和重大活动产生的威胁也日益突出。如何对违规无人机进行管控已成为一个热点问题，而如果能通过技术手段得到溯源信息，抓捕到操作者，则能对“黑飞”者巨大震撼效果。溯源信息这里指的是无人机操控者位置或无人机起飞点的位置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能够对无人机飞行器进行溯源，从而提高反无人机系统对无人机操控者溯源能力的方法及系统。

一种对无人机操控者溯源的方法，所述对无人机操控者溯源的方法包括以下步骤：

S1、采集雷达探测的目标数据和频谱探测的目标数据；

S2、推算每个频谱探测目标的首次发现位置信息，并构建频谱溯源信息；

S3、依次将单个未关联雷达探测目标的方位角与所有未关联频谱探测目标的相同时刻方位角之间的差值绝对值与预设频谱关联门限进行比较，根据比较结果判断雷达探测目标与频谱探测目标是否关联；

S4、计算在频谱探测目标首次发现时刻，与其关联的雷达探测目标的雷达溯源信息；

S5、所述频谱探测目标的溯源信息与雷达探测目标溯源信息的交集即为对无人机操控者的溯源信息。

一种对无人机操控者溯源的系统，所述对无人机操控者溯源的系统包括如下功能模块：

目标数据采集模块，用于采集雷达探测的目标数据和频谱探测的目标数据；

频谱溯源信息构建模块，用于推算每个频谱探测目标的首次发现位置信息，并构建频谱溯源信息；

目标关联判断模块，用于将未关联雷达探测目标的方位角与未关联频谱探测目标的相同时刻方位角之间的差值绝对值与预设频谱关联门限进行比较，根据比较结果判断雷达探测目标与频谱探测目标是否关联；

雷达溯源信息构建模块，用于计算在频谱探测目标首次发现时刻，与其关联的雷达探测目标的雷达溯源信息；

无人机溯源模块，用于所述频谱探测目标的溯源信息与雷达探测目标溯源信息的交集即为对无人机操控者的溯源信息。

本发明所述对无人机操控者溯源的方法及系统，其通过分析频谱首次探测信息推算频谱溯源区域，并通过对频谱探测设备和雷达探测的无人机位置进行关联分析，推算得到雷达溯源区域，最后根据频谱溯源区域和以及雷达溯源区域的重叠区域推算出无人机起飞位置，从而快速定位无人机操作者位置，为执法者快速控制无人机操作者提供技术手段，提高对重点目标、重点区域和重大活动的安全保障。

附图说明

图1是本发明所述对无人机操控者溯源的方法的流程框图；

图2是图1中步骤S2的流程框图；

图3是图1中步骤S3的流程框图；

图4是图1中步骤S4的流程框图；

图5是本发明所述对无人机操控者溯源的系统的模块框图；

图6是本发明所述频谱溯源信息构建模块的单元框图；

图7是本发明所述目标关联判断模块的单元框图；

图8是本发明所述雷达溯源信息构建模块的单元框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种对无人机操控者溯源的方法，如图1所示，所述对无人机操控者溯源的方法包括以下步骤：

S1、采集雷达探测的目标数据和频谱探测的目标数据。

通过雷达探测装置对无人机进行探测得到雷达探测的目标数据，设雷达探测目标为Pr(Dr，Or，Tr)，其中，Dr为雷达探测装置安装位置与雷达探测目标之间的距离，Or为雷达探测目标的雷达探测方位；Tr为雷达探测目标的雷达探测时刻；通过频谱探测装置对无人机进行探测得到频谱探测的目标数据，设频谱探测目标为Pp(Dp，Op，Tp)，其中，Dp为频谱探测装置安装位置与频谱探测目标之间的距离，Op为频谱探测目标的频谱探测方位；Tp为频谱探测目标的频谱探测时刻；分别将雷达探测的目标数据和频谱探测的目标数据保存到雷达探测目标列表、频谱探测目标列表中。其中，所述雷达探测目标列表如表1所示，所述频谱探测目标列表如表2所示：

表1

表2

S2、推算每个频谱探测目标的首次发现位置信息，并构建频谱溯源信息。

如图2所示，所述步骤S2包括如下分步骤：

S21、配置无人机平均速度、频谱关联门限以及频谱最大有效作用距离；

S22、遍历所有频谱探测目标，提取每个频谱探测目标的首次频谱探测时刻和首次频谱探测方位角；

S23、根据预设的频谱关联门限和频谱最大有效作用距离、以及频谱探测目标的首次频谱探测方位角构建频谱溯源信息。

具体的，根据实际应用中的经验数据，可以配置无人机平均速度Vm＝10米/秒、频谱关联门限A0＝10度，频谱最大有效作用距离R＝8公里；遍历所有频谱探测目标，提取每个频谱探测目标的首次频谱探测时刻Tp0和首次频谱探测方位角Op0，将频谱探测目标编号以及该目标首次频谱探测时刻Tp0和首次频谱探测方位角Op0填入关联与溯源信息列表中；并以频谱安装位置为圆心、频谱最大有效作用距离为半径、频谱关联门限的两倍为圆心角，且以频谱探测目标首次发现的频谱探测方位角为正北角度构建频谱溯源信息的扇形区域。所述关联与溯源信息列表如表3所示：

表3

S3、依次将单个未关联雷达探测目标的方位角与所有未关联频谱探测目标的相同时刻方位角之间的差值绝对值与预设频谱关联门限进行比较，根据比较结果判断雷达探测目标与频谱探测目标是否关联。

如图3所示，所述步骤S3包括如下分步骤：

S31、随机选取一个未关联的雷达探测目标和一个未关联的频谱探测目标；

S32、依次将单个未关联雷达探测目标的方位角与所有未关联频谱探测目标的相同时刻方位角之间的差值绝对值与预设频谱关联门限进行比较；

S33、如果未关联雷达探测目标的方位角与未关联频谱探测目标的方位角之间的差值绝对值小于预设频谱关联门限，则判断雷达探测目标与频谱探测目标相关联；

S34、如果未关联雷达探测目标的方位角与未关联频谱探测目标的方位角之间的差值绝对值小于预设频谱关联门限，则判断雷达探测目标与频谱探测目标不关联。

具体的，从雷达探测目标列表中，随机选取一个未关联的雷达探测目标，提取该雷达探测目标在Tr1时刻的方位角Or1，将Or1与频谱探测目标列表中所有未关联的频谱探测目标在Tr1时刻的方位角Op1之间的差值绝对值，与预设频谱关联门限A0进行比较，即判断是否满足|Or1-Op1|<A0，如果,差值绝对值小于预设频谱关联门限，则判断雷达探测目标与频谱探测目标相关联，此时Tr1即为关联时刻，则代表雷达探测装置和频谱探测装置探测到的是同一个目标无人机，反之则判断雷达探测目标与频谱探测目标不关联，直至将雷达探测目标列表中的所有未关联的雷达探测目标均完成上述关联计算。具体的，所述未关联的雷达探测目标为编号还未写入关联与溯源信息列表中的雷达探测目标，所述未关联的频谱探测目标为在关联与溯源信息列表中没有对应的雷达探测目标编号的频谱探测目标。

S4、计算在频谱探测目标首次发现时刻，与其关联的雷达探测目标的雷达溯源信息。

如图4所示，所述步骤S4包括如下分步骤：

S41、提取频谱探测目标的首次频谱探测时刻，以及与之相关联的雷达探测目标的雷达更新时刻；

S42、计算频谱探测目标的首次频谱探测时刻和与之相关联的雷达探测目标的雷达探测目标关联时刻之间的相差时段，并结合预设无人机平均速度计算无人机在该相差时段内的飞行距离；

S43、根据雷达探测目标的雷达探测距离和雷达探测方位角、以及所述飞行距离计算得到雷达溯源信息。

具体的，所述雷达溯源信息为以雷达探测目标探测位置为圆心、无人机在相互关联的频谱探测目标和雷达探测目标的首次频谱探测时刻和雷达探测目标关联时刻之间的相差时段所飞行的距离为半径的圆形区域。

假设频谱探测目标的首次频谱探测时刻为Tp1，之相关联的雷达探测目标的雷达探测目标关联时刻为Tr1，Tp1与Tr1的相差时段为Dt，无人机以速度Vm经过Dt时间飞行的距离记为Rm，Rm＝Vm*Dt，则在Tp1时刻无人机可能的位置是以(Dr1，Or1)为圆心，半径为Rm的圆形区域，即雷达探测目标溯源信息为以(Dr1，Or1)为圆心，半径为Rm的圆形区域。

S5、所述频谱探测目标的溯源信息与雷达探测目标溯源信息的交集即为对无人机操控者的溯源信息。

本发明所述对无人机操控者溯源的方法，其通过分析频谱首次探测信息推算频谱溯源区域，并通过对频谱探测设备和雷达探测的无人机位置进行关联分析，推算得到雷达溯源区域，最后根据频谱溯源区域和以及雷达溯源区域的重叠区域推算出无人机起飞位置，从而快速定位无人机操作者位置，为执法者快速控制无人机操作者提供技术手段，提高对重点目标、重点区域和重大活动的安全保障能力。

基于上述对无人机操控者溯源的方法，本发明还提供一种对无人机操控者溯源的系统，如图5所示，所述对无人机操控者溯源的系统包括如下功能模块：

目标数据采集模块，用于采集雷达探测的目标数据和频谱探测的目标数据；

频谱溯源信息构建模块，用于推算每个频谱探测目标的首次发现位置信息，并构建频谱溯源信息；

目标关联判断模块，用于将未关联雷达探测目标的方位角与未关联频谱探测目标的方位角之间的差值绝对值与预设频谱关联门限进行比较，根据比较结果判断雷达探测目标与频谱探测目标是否关联；

雷达溯源信息构建模块，用于计算在频谱探测目标首次发现时刻，与其关联的雷达探测目标的雷达溯源信息；

无人机溯源模块，用于所述频谱探测目标的溯源信息与雷达探测目标溯源信息的交集即为对无人机操控者的溯源信息。

其中，如图6所示，所述频谱溯源信息构建模块包括如下功能单元：

信息配置单元，用于配置无人机平均速度、频谱关联门限以及频谱最大有效作用距离；

频谱信息提取单元，用于遍历所有频谱探测目标，提取每个频谱探测目标的首次频谱探测时刻和首次频谱探测方位角；

构建频谱溯源单元，用于根据预设的频谱关联门限和频谱最大有效作用距离、以及频谱探测目标的首次频谱探测方位角构建频谱溯源信息。

其中，如图7所示，所述目标关联判断模块包括如下功能单元：

目标选取单元，用于随机选取一个未关联的雷达探测目标和一个未关联的频谱探测目标；

差值比较单元，用于将未关联雷达探测目标的方位角和未关联频谱探测目标的方位角之间的差值绝对值，与预设频谱关联门限进行比较，

关联判断单元，用于如果未关联雷达探测目标的方位角与未关联频谱探测目标的方位角之间的差值绝对值小于预设频谱关联门限，则判断雷达探测目标与频谱探测目标相关联；

非关联判断单元，用于如果未关联雷达探测目标的方位角与未关联频谱探测目标的方位角之间的差值绝对值小于预设频谱关联门限，则判断雷达探测目标与频谱探测目标不关联。

其中，如图8所示，所述雷达溯源信息构建模块包括如下功能单元：

时刻提取单元，用于提取频谱探测目标的首次频谱探测时刻，以及与之相关联的雷达探测目标的雷达更新时刻；

溯源参数计算单元，用于计算频谱探测目标的首次频谱探测时刻和与之相关联的雷达探测目标的雷达探测目标关联时刻之间的相差时段，并结合预设无人机平均速度计算无人机在该相差时段内的飞行距离；

构建雷达溯源单元，用于根据雷达探测目标的雷达探测距离和雷达探测方位角、以及所述飞行距离计算得到雷达溯源信息。

以上装置实施例与方法实施例是一一对应的，装置实施例简略之处，参见方法实施例即可。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能性一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应超过本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机储存器、内存、只读存储器、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其他形式的存储介质中。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种对无人机操控者溯源的方法，其特征在于，所述对无人机操控者溯源的方法包括以下步骤：

S1、采集雷达探测的目标数据和频谱探测的目标数据；

S2、推算每个频谱探测目标的首次发现位置信息，并构建频谱溯源信息；所述频谱溯源信息为以频谱安装位置为圆心、频谱最大有效作用距离为半径、频谱关联门限的两倍为圆心角，且以频谱探测目标首次发现的频谱探测方位角为正北角度构建频谱溯源信息的扇形区域；所述步骤S2包括如下分步骤：

S21、配置无人机平均速度、频谱关联门限以及频谱最大有效作用距离；

S22、遍历所有频谱探测目标，提取每个频谱探测目标的首次频谱探测时刻和首次频谱探测方位角；

S23、根据预设的频谱关联门限和频谱最大有效作用距离、以及频谱探测目标的首次频谱探测方位角构建频谱溯源信息；

S3、依次将单个未关联雷达探测目标的方位角与所有未关联频谱探测目标的相同时刻方位角之间的差值绝对值与预设频谱关联门限进行比较，根据比较结果判断雷达探测目标与频谱探测目标是否关联；所述步骤S3包括如下分步骤：

S31、随机选取一个未关联的雷达探测目标和一个未关联的频谱探测目标；

S32、依次将单个未关联雷达探测目标的方位角与所有未关联频谱探测目标的方位角之间的差值绝对值与预设频谱关联门限进行比较；

S33、如果未关联雷达探测目标的方位角与未关联频谱探测目标的方位角之间的差值绝对值小于预设频谱关联门限，则判断雷达探测目标与频谱探测目标相关联；

S34、如果未关联雷达探测目标的方位角与未关联频谱探测目标的方位角之间的差值绝对值小于预设频谱关联门限，则判断雷达探测目标与频谱探测目标不关联；

S4、计算在频谱探测目标首次发现时刻，与其关联的雷达探测目标的雷达溯源信息；所述雷达溯源信息为以雷达探测目标探测位置为圆心、无人机在相互关联的频谱探测目标和雷达探测目标的首次频谱探测时刻和雷达探测目标关联时刻之间的相差时段所飞行的距离为半径的圆形区域；所述步骤S4包括如下分步骤：

S41、提取频谱探测目标的首次频谱探测时刻，以及与之相关联的雷达探测目标的雷达目标更新时刻为关联时刻；

S42、计算频谱探测目标的首次频谱探测时刻和与之相关联的雷达探测目标的雷达探测目标关联时刻之间的相差时段，并结合预设无人机平均速度计算无人机在该相差时段内的飞行距离；

S43、根据雷达探测目标的雷达探测距离和雷达探测方位角、以及所述飞行距离计算得到雷达溯源信息；

S5、所述频谱探测目标的溯源信息与雷达探测目标溯源信息的交集即为对无人机操控者的溯源信息。

2.根据权利要求1所述对无人机操控者溯源的方法，其特征在于，所述频谱溯源信息为以频谱安装位置为圆心、频谱最大有效作用距离为半径、频谱关联门限的两倍为圆心角，且以频谱探测目标首次发现的频谱探测方位角为正北角度的扇形区域。

3.根据权利要求1所述对无人机操控者溯源的方法，其特征在于，所述雷达溯源信息为以雷达探测目标探测位置为圆心、无人机在相互关联的频谱探测目标和雷达探测目标的首次频谱探测时刻和雷达探测目标关联时刻之间的相差时段所飞行的距离为半径的圆形区域。

4.一种对无人机操控者溯源的系统，其特征在于，所述对无人机操控者溯源的系统包括如下功能模块：

目标数据采集模块，用于采集雷达探测的目标数据和频谱探测的目标数据；

频谱溯源信息构建模块，用于推算每个频谱探测目标的首次发现位置信息，并构建频谱溯源信息；所述频谱溯源信息为以频谱安装位置为圆心、频谱最大有效作用距离为半径、频谱关联门限的两倍为圆心角，且以频谱探测目标首次发现的频谱探测方位角为正北角度构建频谱溯源信息的扇形区域；所述频谱溯源信息构建模块包括如下功能单元：

信息配置单元，用于配置无人机平均速度、频谱关联门限以及频谱最大有效作用距离；

频谱信息提取单元，用于遍历所有频谱探测目标，提取每个频谱探测目标的首次频谱探测时刻和首次频谱探测方位角；

构建频谱溯源单元，用于根据预设的频谱关联门限和频谱最大有效作用距离、以及频谱探测目标的首次频谱探测方位角构建频谱溯源信息；

目标关联判断模块，用于将未关联雷达探测目标的方位角与未关联频谱探测目标的相同时刻方位角之间的差值绝对值与预设频谱关联门限进行比较，根据比较结果判断雷达探测目标与频谱探测目标是否关联；所述目标关联判断模块包括如下功能单元：

目标选取单元，用于随机选取一个未关联的雷达探测目标和一个未关联的频谱探测目标；

差值比较单元，用于将未关联雷达探测目标的方位角和未关联频谱探测目标的方位角之间的差值绝对值，与预设频谱关联门限进行比较，

关联判断单元，用于如果未关联雷达探测目标的方位角与未关联频谱探测目标的方位角之间的差值绝对值小于预设频谱关联门限，则判断雷达探测目标与频谱探测目标相关联；

非关联判断单元，用于如果未关联雷达探测目标的方位角与未关联频谱探测目标的方位角之间的差值绝对值小于预设频谱关联门限，则判断雷达探测目标与频谱探测目标不关联；

雷达溯源信息构建模块，用于计算在频谱探测目标首次发现时刻，与其关联的雷达探测目标的雷达溯源信息；所述雷达溯源信息为以雷达探测目标探测位置为圆心、无人机在相互关联的频谱探测目标和雷达探测目标的首次频谱探测时刻和雷达探测目标关联时刻之间的相差时段所飞行的距离为半径的圆形区域；所述雷达溯源信息构建模块包括如下功能单元：

时刻提取单元，用于提取频谱探测目标的首次频谱探测时刻，以及与之相关联的雷达探测目标的雷达更新时刻；

溯源参数计算单元，用于计算频谱探测目标的首次频谱探测时刻和与之相关联的雷达探测目标的雷达探测目标关联时刻之间的相差时段，并结合预设无人机平均速度计算无人机在该相差时段内的飞行距离；

构建雷达溯源单元，用于根据雷达探测目标的雷达探测距离和雷达探测方位角、以及所述飞行距离计算得到雷达溯源信息；

无人机溯源模块，用于所述频谱探测目标的溯源信息与雷达探测目标溯源信息的交集即为对无人机操控者的溯源信息。

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