CN109541327A - 一种用于反无人机系统的敌我识别装置及方法 - Google Patents

一种用于反无人机系统的敌我识别装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于反无人机系统的敌我识别装置及方法，该装置包括无人机监测仪和敌我识别监控中心；所述无人机监测仪包括接收天线、射频通道单元、信号监测模组、控制单元、无线通信单元A和存储单元；所述射频通道单元、信号监测模组、无线通信单元A和存储单元均连接所述控制单元；所述接收天线、射频通道单元和信号监测模组依次连接；所述敌我识别监控中心包括上位机和无线通信单元B；所述无线通信单元A和无线通信单元B进行无线通信连接。该敌我识别系统不需要对现有无人机进行结构改造或设备加装，避免了对己方无人机造成性能影响和构成安全隐患。

Description

一种用于反无人机系统的敌我识别装置及方法
技术领域
本发明涉及反无人机领域，具体地，涉及一种用于反无人机系统的敌我识别装置及方法。
背景技术
科技进步让无人机得以大量普及和应用，在军事、遥感、电力、农业、物流、交通、娱乐等各行各业发展迅猛，势不可挡。而这也给了不法分子可乘之机，对党政军要地、军事基地、机场、国家战略设施、重要基础设施等构成了巨大威胁，如何有效防控非法或敌意无人机，已成为涉及国家、社会及军事安全的重要课题。
当前，反无人机技术得以快速发展并不断成熟，公安、军队及无线电管理等部门已开始在许多党、政、军要地、边境口岸或边境线、高戒备监狱及大型户外活动区域部署各种类型的反无人机系统。这些反无人机系统主要采用了无线电监测、雷达探测、光电监视等侦测技术和无线电干扰、激光、捕获网等反制技术，部分反无人机系统还实现了自动化和无人值守。
对于部署有自动化反无人机系统的单位，例如监狱、边境线、军事基地及一些大型重要活动，很多都需要飞行自身的无人机执行空中巡视、警戒、监控或航拍任务，这就需要反无人机系统能自动识别、区分并分别处置我方与敌方无人机。一种方法是采用常规的“敌我识别”方法，即在无人机上加装敌我识别应答装置，通过反无人机系统在地面的敌我识别询问装置与无人机载应答装置进行“询问--应答”，实现反无人机系统对我方无人机的识别。但这种方法存在一大缺陷：需要在无人机上加装无线电应答装置。虽然该装置可以体积很小、重量很轻，但因需要收、发无线电，这就需要其具有较好的接收灵敏度和发射功率，由于大多数“低慢小”型无人机的电池容量很小，只能支持无人机飞行很短的时间，载重量和搭载空间都很有限，特别是本身集成了复杂的无线通讯设备，这无疑会给无人机在能耗、载重、安装空间等方面带来很大额外负担和困难，必然会影响无人机原有的飞行时间、飞行平稳性、可靠性和安全性等性能；此外，后期加装的无线应答器与无人机原有的无线通信设备之间因难以进行充分、周密的电磁兼容设计和试验，还可能影响无人机的无线通信性能，构成安全隐患，所以这种方法在具体实施时难度较大，可行性较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于反无人机系统的敌我识别装置及方法，用于解决在部署有反无人机系统的区域飞行自身无人机而又不影响反无人机系统对在该区域同时出现的其它非法无人机进行侦测和打击的难题，与常规的敌我识别方法和装置相比，该敌我识别方法和装置不需要对我方现有无人机进行结构改造或设备加装，避免了对己方无人机造成性能影响和构成安全隐患。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种用于反无人机系统的敌我识别装置，包括无人机监测仪和敌我识别监控中心；
所述无人机监测仪包括接收天线、射频通道单元、信号监测模组、控制单元、无线通信单元A和存储单元；所述射频通道单元、信号监测模组、无线通信单元A和存储单元均连接所述控制单元；所述接收天线、射频通道单元和信号监测模组依次连接；
所述敌我识别监控中心包括上位机和无线通信单元B；
所述无线通信单元A和无线通信单元B进行无线通信连接。
进一步，所述射频通道单元包括二选一电子开关，以及和二选一电子开关两输入端分别连接的低端低噪声放大器、高端低噪声放大器；所述接收天线包括低端低噪宽带天线和高端宽带天线；所述低端低噪声放大器和高端低噪声放大器的输入端分别连接低端低噪宽带天线和高端宽带天线。
进一步，所述信号监测模组包括相连接的下变频单元和信号处理单元；
所述下变频单元包括依次连接的前置放大器、带通滤波器、混频器、低通滤波器、中频放大器和中频滤波器；
所述信号处理单元包括依次连接的A/D转换器、FPGA处理器、数字下变频器和数字信号处理器；
所述中频滤波器连接A/D转换器。
进一步，所述上位机为智能终端、笔记本电脑、台式电脑或IPAD。
进一步，还包括显示单元，所述显示单元连接所述控制单元，用于显示无人机的无线电信号参数信息。
进一步，还包括扬声器，所述扬声器连接所述控制单元。
进一步，还包括相连接的GPS天线和GPS接收机；所述GPS接收机连接所述控制单元，用于测量无人机监测仪的位置信息。
第二方面，本发明提供了一种用于反无人机系统的敌我识别方法，该方法基于上述所述的敌我识别装置，包括以下步骤：
在我方无人机和遥控器开启信号发射前，控制单元控制射频通道单元和信号监测模组在预设时间段内连续在130M～6GHz频段范围内进行频谱扫描、信号提取和参数测量，得到第一信号组信息并存入存储单元；
在我方无人机和遥控器设备开启信号发射后，控制单元控制射频通道单元和信号监测模组在预设时间段内连续对130M～6GHz频段范围内进行频谱扫描、信号提取和参数测量，得到第二信号组信息；
将第二信号组信息和第一信号组信息进行比对，得到我方无人机信号和遥控器信号信息；
控制单元通过无线通信单元A向敌我识别监控中心上传我方无人机信号和遥控器信号信息；
敌我识别监控中心通过无线通信单元B接收我方无人机信号和遥控器信号信息，并将该我方无人机信号和遥控器信号信息传输到上位机，作为我方无人机的特征信号信息；
敌我识别监控中心后续将从其他无人机监测系统或装置获取的无人机和遥控器信号信息与该特征信号信息进行比较，以区分我方、敌方无人机和遥控器。
进一步，该方法还包括：
GPS接收机通过GPS天线接收GPS卫星信号，不断获取我方飞控手的位置信息，并传输给控制单元；
控制单元将该位置信息定时传输给敌我识别监控中心的上位机，并在GIS上实时显示我方飞控手的位置信息。
进一步，该方法还包括：无人机监测仪的控制单元控制信号监测模组持续监测我方无人机信号和遥控器信号，直至遥控器信号消失或无人机和遥控器信号均消失，控制单元分别控制显示单元和扬声器进行显示和语音提示飞行任务结束，并通过无线通信单元A向敌我识别监控中心上传我方飞行任务结束信息；敌我识别监控中心接收、显示和记录飞行任务结束信息，取消对该无人机和遥控器信号的保护，至此对我方无人机飞行的监护工作全部结束。
本发明的有益效果是：
本发明解决了在部署有反无人机系统的重要区域飞行自身无人机而又不影响反无人机系统对在该区域同时出现的其它非法无人机(包括同款型无人机)进行侦测和打击的难题，能发现、识别和区别在同一区域内飞行的我方无人机和敌方无人机，与常规的敌我识别装置相比，该装置不需要对无人机进行结构改造或设备加装，避免了对己方无人机造成性能影响和构成安全隐患。
附图说明
图1为本发明的敌我识别装置原理框图；
图2为本发明的下变频单元原理框图；
图3为本发明的信号处理单元原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1至图3所示，本发明为了解决在部署有反无人机系统的重要区域飞行自身无人机而又不影响反无人机系统对在该区域同时出现的其它非法无人机(包括同款型无人机)进行侦测和打击的难题，提出了一种用于反无人机系统的敌我识别装置，包括无人机监测仪和敌我识别监控中心；所述无人机监测仪包括接收天线、射频通道单元、信号监测模组、控制单元、无线通信单元A和存储单元；所述射频通道单元、信号监测模组、无线通信单元A和存储单元均连接所述控制单元；所述接收天线、射频通道单元和信号监测模组依次连接；所述敌我识别监控中心包括上位机和无线通信单元B；所述无线通信单元A和无线通信单元B进行无线通信连接，用于将无人机监测仪监测的无线电信号参数信息传输给敌我识别监控中心。所述上位机为智能终端、笔记本电脑、台式电脑或IPAD，用于显示我方当前执行飞行任务的无人机信号及其遥控器信号的参数(包括中心频率、信号带宽、调制模式、场强、跳频频率组和同频序列等)、我方无人机飞控手当前位置信息。
其中，射频通道单元包括二选一电子开关，以及和二选一电子开关两输入端分别连接的低端低噪声放大器、高端低噪声放大器；所述接收天线包括低端低噪宽带天线和高端宽带天线；所述低端低噪声放大器和高端低噪声放大器的输入端分别连接低端宽带天线和高端宽带天线。其中，低端宽带天线接收频率为130M～1.5GHz的无线电信号，高端宽带天线接收频率为1.5G～6GHz的无线电信号；射频通道单元能对130M～6GHz的无线电信号进行放大及通道选择。
本发明中，信号监测模组包括相连接的下变频单元和信号处理单元，实现对输入信号的变频、A/D变换、FFT变换、数字下变频(DDC)、频谱扫描、信号识别和参数测量，从而实现对我方无人机和遥控器信号的守候式监测。所述下变频单元包括依次连接的前置放大器、带通滤波器、混频器、低通滤波器、中频放大器和中频滤波器；前置放大器用于对所述无线电信号进行低噪声放大；带通滤波器用于滤掉经过前置放大后的所需频段外的带外信号；混频器用于对经过滤波后的无线电信号进行混频，得到中频模拟信号；低通滤波器用于对中频模拟信号进行低通滤波，滤掉中频最大频率以上的信号；中频放大器用于对滤波后的中频模拟信号进行放大；中频滤波器用于对中频模拟信号进行中频滤波，滤掉除中频带宽以外的其它信号。所述信号处理单元包括依次连接的A/D转换器、FPGA处理器、数字下变频器和数字信号处理器；所述中频滤波器连接A/D转换器。A/D转换器用于将所述放大后的中频模拟信号转换为中频数字信号；FPGA处理器用于对中频数字信号进行FFT变换，实现信号从时域到频域的转换，得到中频频谱数据；数字下变频器用于对指定信号的中频频谱数据进行下变频运算，得到信号的零中频频谱数据；数字信号处理器对信号进行ITU参数测量和信号分析识别，ITU参数包括中心频率、信号带宽、调制模式、场强或幅度等。还包括显示单元，所述显示单元连接所述控制单元，用于显示无人机和遥控器的无线电信号参数信息。
本发明中，还包括扬声器、相连接的GPS天线和GPS接收机，所述扬声器、GPS接收机均连接所述控制单元。GPS接收机用于接收全球定位系统(GPS)卫星信号并确定无人机监测仪(即我方飞控手)当前所处位置，并传输给控制单元；控制单元用于接收GPS接收机发送的位置信息，将从信号处理单元传输获得的无人机和遥控器的无线电信号参数及从GPS接收机传输获得的无人机监测仪位置信息传输给显示单元并通过无线通信单元传输给敌我识别监控中心，控制扬声器播放无人机监测仪当前工作状态的语音信息。
基于上述敌我识别装置，本发明提供了一种用于反无人机系统的敌我识别方法，该方法基于上述所述的敌我识别装置，包括以下步骤：
在我方无人机和遥控器开启信号发射前，控制单元控制射频通道单元和信号监测模组在预设时间段内连续对130M～6GHz频段进行频谱扫描、信号提取和参数测量，得到第一信号组信息并存入存储单元；
在我方无人机和遥控器设备开启信号发射后，控制单元控制射频通道单元和信号监测模组在预设时间段内连续对130M～6GHz频段进行频谱扫描、信号提取和参数测量，得到第二信号组信息；
将第二信号组信息和第一信号组信息进行比对，得到我方无人机信号和遥控器信号信息；
控制单元通过无线通信单元A向敌我识别监控中心上传我方无人机信号和遥控器信号信息；
敌我识别监控中心通过无线通信单元B接收我方无人机信号和遥控器信号，并将该我方无人机信号和遥控器信号作为我方无人机和遥控器的特征信号；
敌我识别监控中心后续将从其他无人机监测系统或装置获取的无人机和遥控器信号与该特征信号进行比较，以区分我方、敌方无人机和遥控器。
该方法还包括：
GPS接收机通过GPS天线接收GPS卫星信号，不断获取无人机监测仪的位置信息，并传输给控制单元；
控制单元将该位置信息定时传输给敌我识别监控中心的上位机，并在GIS上实时显示监测仪的位置信息，即我方飞控手的位置。
该方法还包括：无人机监测仪的控制单元控制信号监测模组持续监测我方无人机信号和遥控器信号，直至遥控器信号消失或无人机信号和遥控器信号均消失，控制单元显示和语音提示飞行任务结束，并通过无线通信单元A向敌我识别监控中心上传我方飞行任务结束信息；敌我识别监控中心接收、显示和记录飞行任务结束信息，取消对该无人机和遥控器信号的保护，至此对我方无人机飞行的监护工作全部结束。
本发明工作过程为：
(1)在开始无人机飞行之前，我方飞控手将无人机监测仪背负在背上，手持无人机遥控器，将无人机放置距离飞控手3～5米远位置处，然后打开无人机监测仪电源开关，控制单元启动后控制扬声器播放提示语音“请确认未开启无人机和遥控器的电源，等待提示音”。
(2)控制单元控制射频通道单元和信号监测模组，对130M～6GHz频段进行频谱扫描、信号提取和参数测量，连续监测和测量15～20秒钟，计算统计所有信号参数(包括中心频率、信号带宽、调制模式和场强)，将全部信号信息存入存储单元。
(3)控制单元控制扬声器播放提示语音“现在请开启无人机和遥控器电源，等待提示音”。
(4)控制单元控制射频通道单元和信号监测模组，对130M～6GHz频段进行频谱扫描、信号提取和参数测量，与之前采集记录的信号组进行比对，发现最新出现的至少2个(或2组)幅度最大的信号，对该新信号进行测量和信号类型分析，如为宽带数字信号、模拟电视信号或出现的无人机的其他新体制信号，可确定是无人机发出信号；如为跳频信号、多频信号组或出现的遥控器的其他新体制信号，则可确定为遥控器发出信号。控制单元通过无线通信单元A向敌我识别监控中心上传该无人机信号和遥控器信号的参数信息。信号参数包括定频信号的中心频率、带宽和场强、跳频信号序列或多频信号组的频率组、带宽和场强等。然后，控制单元控制扬声器播放提示语音“您现在可以飞无人机了”。
(5)上位机通过无线通信单元B接收到我方无人机和遥控器信号信息，记录和显示该信息，并在后续将从其他无人机监测系统或装置获取的无人机和遥控器信号信息与该信号信息进行比较，以此区分我方、敌方无人机和遥控器，在干扰敌方无人机和遥控器信号时避开我方无人机和遥控器信号。
(6)GPS接收机通过GPS天线接收GPS卫星信号，不断获取无人机监测仪所在位置(即我方飞控手位置)的经、纬度和海拔高度信息，并传输给控制单元；控制单元将该位置信息定时传输给敌我识别监控中心的上位机，然后在GIS上实时显示该位置信息。
(7)无人机监测仪的控制单元控制信号监测模组持续监测已知的无人机和遥控器信号，直至遥控器信号消失或该两信号均消失，即认定本次我方无人机飞行结束。控制单元通过无线通信单元A向敌我识别监控中心上传“我方飞行任务结束”信息，控制扬声器播放提示语音“飞行任务结束，本监测仪将自动关闭”，然后自动关闭监测仪电源。
(8)敌我识别监控中心接收、显示和记录飞行任务结束信息，取消对该无人机和遥控器信号的保护，至此对我方无人机飞行的监护工作全部结束。
本发明的优点为：在无人机及其遥控器开启信号发射前，无人机监测仪通过频谱扫描、信号监测测量并通过统计获得我方无人机监测仪所在位置周边的电磁环境的背景噪声和信号信息；在无人机和遥控器开启信号发射后，无人机监测仪扫描监测获得全部信号并通过与开启前信号比对，获知我方无人机和遥控器发出的无线电信号信息；当前部分无人机能在飞行过程中根据电磁环境情况自动调配工作信号频率，此时无人机监测仪能根据信号切换在时间上的接续性及变换前后信号参数的相关性，快速扫描搜索和识别出调整的新无人机和遥控器信号，并将该新信号参数传输给敌我识别监控中心；由于对无人机和遥控器信号的实时、在线监测掌握，使得反无人机系统的无线电干扰设备能够准确地区分我方和敌方无人机及其遥控器信号，并可对敌方无人机和遥控器信号实施瞄准式干扰打击；当敌方无人机与我方无人机款型相同时，为了避免两者频率冲突而不能正常飞行，无人机会采用自动监测调配方式保证两者处于不同的工作频道，由于无人机监测仪在飞行前已采用最强信号原则获知并在整个飞行过程连续、实时地监测锁定了我方无人机和遥控器信号，所以能准确地识别和区分开同款型的我方与敌方的无人机和遥控器信号；能利用GPS接收机获得无人机监测仪(即我方飞控手)的动态、实时的位置信息，在敌我识别监控中心上位机的GIS软件上直观地显示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于反无人机系统的敌我识别装置，其特征在于，包括无线连接的无人机监测仪和敌我识别监控中心；
所述无人机监测仪包括接收天线、射频通道单元、信号监测模组、控制单元、无线通信单元A和存储单元；所述射频通道单元、信号监测模组、无线通信单元A和存储单元均连接所述控制单元；所述接收天线、射频通道单元和信号监测模组依次连接；
所述敌我识别监控中心包括上位机和无线通信单元B；
所述无线通信单元A和无线通信单元B无线通信连接。
2.根据权利要求1所述的用于反无人机系统的敌我识别装置，其特征在于，所述射频通道单元包括二选一电子开关，以及和二选一电子开关两输入端分别连接的低端低噪声放大器、高端低噪声放大器；所述接收天线包括低端宽带天线和高端宽带天线；所述低端低噪声放大器和高端低噪声放大器的输入端分别连接低端宽带天线和高端宽带天线。
3.根据权利要求1所述的用于反无人机系统的敌我识别装置，其特征在于，所述信号监测模组包括相连接的下变频单元和信号处理单元；
所述下变频单元包括依次连接的前置放大器、带通滤波器、混频器、低通滤波器、中频放大器和中频滤波器；
所述信号处理单元包括依次连接的A/D转换器、FPGA处理器、数字下变频器和数字信号处理器；
所述中频滤波器连接A/D转换器。
4.根据权利要求1所述的用于反无人机系统的敌我识别装置，其特征在于，所述上位机为智能终端、笔记本电脑、台式电脑或IPAD。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于反无人机系统的敌我识别装置，其特征在于，还包括显示单元，所述显示单元连接所述控制单元。
6.根据权利要求5所述的用于反无人机系统的敌我识别装置，其特征在于，还包括扬声器，所述扬声器连接所述控制单元。
7.根据权利要求6所述的用于反无人机系统的敌我识别装置，其特征在于，还包括相连接的GPS天线和GPS接收机；所述GPS接收机连接所述控制单元。
8.一种用于反无人机系统的敌我识别方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至7中任一项所述的敌我识别装置，包括以下步骤：
在我方无人机和遥控器开启信号发射前，控制单元控制射频通道单元和信号监测模组在预设时间段内连续在130M～6GHz频段范围内进行频谱扫描、信号提取和参数测量，得到第一信号组信息并存入存储单元；
在我方无人机和遥控器设备开启信号发射后，控制单元控制射频通道单元和信号监测模组在预设时间段内连续对130M～6GHz频段范围内进行频谱扫描、信号提取和参数测量，得到第二信号组信息；
将第二信号组信息和第一信号组信息进行比对，得到我方无人机信号和遥控器信号信息；
控制单元通过无线通信单元A向敌我识别监控中心上传我方无人机信号和遥控器信号信息；
敌我识别监控中心通过无线通信单元B接收我方无人机信号和遥控器信号信息，并将该我方无人机信号和遥控器信号信息传输到上位机，作为我方无人机的特征信号信息；
敌我识别监控中心后续将从其他无人机监测系统或装置获取的无人机和遥控器信号信息与该特征信号信息进行比较，以区分我方、敌方无人机和遥控器。
9.根据权利要求8所述的用于反无人机系统的敌我识别方法，其特征在于，该方法还包括：
GPS接收机通过GPS天线接收GPS卫星信号，不断获取我方飞控手的位置信息，并传输给控制单元；
控制单元将该位置信息定时传输给敌我识别监控中心的上位机，并在GIS上实时显示我方飞控手的位置信息。
10.根据权利要求8或9所述的用于反无人机系统的敌我识别方法，其特征在于，该方法还包括：无人机监测仪的控制单元控制信号监测模组持续监测我方无人机信号和遥控器信号，直至遥控器信号消失或无人机和遥控器信号均消失，控制单元分别控制显示单元和扬声器进行显示和语音提示飞行任务结束，并通过无线通信单元A向敌我识别监控中心上传我方飞行任务结束信息；敌我识别监控中心接收、显示和记录飞行任务结束信息，取消对该无人机和遥控器信号的保护，至此对我方无人机飞行的监护工作全部结束。
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CN209486190U (zh) * 2018-12-29 2019-10-11 深圳市和江无线电防务技术有限公司 一种用于反无人机系统的敌我识别装置

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