CN110045328B - 基于小型无人机平台的反黑飞无人机探测定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于小型无人机平台的反黑飞无人机探测定位方法，包括：探测无人机飞行至预设高度后，启动无源侦察系统，搜索黑飞无人机辐射的信号，探测空域中的黑飞无人机；若探测到黑飞无人机，记录位置信息，并启动测向功能，探测黑飞无人机对无源侦察系统的方位角；控制探测无人机旋转该角度，使得黑飞无人机对无源侦察系统的方位角为0度，并控制探测无人机沿无源侦察系统新的阵列排列方向飞行预设距离，再次记录探测无人机的位置信息及测得的新方位角信息；判断记录位置信息的数量是否达到预设数量；若是，将探测信息发送至地面站子系统，地面站子系统对接收到的数据进行处理得到黑飞无人机的位置，实现黑飞无人机远距离高精度的定位。

Description

基于小型无人机平台的反黑飞无人机探测定位方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种反黑飞无人机探测定位方法。

背景技术

随着小型无人机行业的快速发展，黑飞无人机在威胁公众安全、侵犯公众隐私、干扰重大活动等方面的不良案例越来越多，未来很有可能成为人们日常生活及大型活动的重大威胁源，以此对低空安防提出了迫切的需求，通过对黑飞无人机的探测定位实现预警、防御以及管控具有十分重要的现实意义。

目前，主要基于地基或车载平台实现一定空域范围内黑飞无人机的探测发现，常见的方法有雷达探测、光学探测、声音探测、无源侦察探测等。但对于地基平台或者车载平台来说，存在两个缺点：1)由于黑飞无人机一般飞行高度较低，导致在进行远距离探测时，黑飞无人机与各种探测系统形成的探测角度非常小，且易受建筑物遮挡影响，因此基于地基或车载平台的探测系统的探测距离非常有限；2)基于地基平台或者车载平台进行探测定位时，需要同时测量黑飞无人机的俯仰角和方位角，是一个二维测向问题，测向系统结构远比一维测向系统要复杂；3)单个地基无源侦察探测系统只能测向不能定位，多个地基无源侦察系统能够定位，但是布站不便，应用场景受限。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于小型无人机平台的反黑飞无人机探测定位方法，该方法基于小型无人机平台的无源侦察系统侦收空域中黑飞无人机的测控链路信号和图传链路信号，并利用小型无人机平台的机动性为无源侦察系统形成等效多站，从而实现对黑飞无人机的远距离定位。

本发明提供的技术方案如下：

一种基于小型无人机平台的反黑飞无人机探测定位方法，应用于无人机探测定位系统，所述无人机探测定位系统中包括：通信连接的空中子系统及地面站子系统，其中，所述空中子系统中包括搭载有一维无源侦察系统的小型探测无人机；所述反黑飞无人机探测定位方法包括：

S10探测无人机飞行至预设高度后，启动无源侦察系统，搜索黑飞无人机辐射的测控链路信号及图传链路信号，探测空域中是否存在黑飞无人机；

S20若无源侦察系统探测到黑飞无人机，记录探测无人机的位置信息，并启动无源侦察系统测向功能，采用常规干涉仪测向方法探测得到黑飞无人机对无源侦察系统的方位角信息；

S30控制探测无人机旋转，旋转角度为S20所得方位角，使得黑飞无人机对无源侦察系统的方位角为0度，并控制探测无人机沿无源侦察系统新的阵列排列方向飞行预设距离，无源侦察系统再次记录探测无人机的位置信息，并采用常规干涉仪测向方法探测得到黑飞无人机对无源侦察系统的新方位角信息；

S40无源侦察系统判断记录探测无人机位置信息的数量及黑飞无人机方位角信息的数量是否达到预设数量；若是，跳转至步骤S50，否则跳转至步骤S30；

S50无源侦察系统将记录的所有的探测无人机的位置信息及黑飞无人机的方位角信息发送至地面站子系统，地面站子系统采用多点交叉定位方法对接收到的数据进行处理得到黑飞无人机的位置。

在本发明提供的基于小型无人机平台的反黑飞无人机探测定位方法中，基于小型探测无人机中搭载的无源侦察系统侦收空域中黑飞无人机的测控链路信号或图传链路信号，并利用探测无人机的机动性为无源侦察系统形成等效多站，实现对黑飞无人机的远距离定位。另外，该方法利用探测无人机升空探测，避免了建筑物遮挡问题，因而探测距离较远；而且无人机升空后，黑飞无人机相对无源侦察系统的俯仰角很小，将二维测向转化为一维测向问题，利用一维无源侦察系统即可实现侦察测向，大大降低了探测系统的复杂度。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及实现方式予以进一步说明。

图1为本发明中反黑飞无人机探测定位方法流程示意图；

图2为本发明无源侦察系统中侦收接收机结构框图；

图3为本发明无源侦察系统中测向接收机结构框图；

图4为本发明反黑飞无人机第一次测向示意图；

图5为本发明第一次测向后控制探测无人机旋转调整阵列排列方向示意图；

图6为本发明反黑飞无人机探测定位方法的应用场景示意图；

图7为本发明中地面站对子系统对黑飞无人机的定位示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。

本发明提供了一种基于小型无人机平台的反黑飞无人机探测定位方法，应用于无人机探测定位系统，具体该无人机探测定位系统中包括：通信连接的空中子系统及地面站子系统，且空中子系统中包括搭载有一维无源侦察系统的小型探测无人机。如图1所示，在该反黑飞无人机探测定位方法中包括：

S10探测无人机飞行至预设高度后，启动无源侦察系统对黑飞无人机进行探测，搜索黑飞无人机辐射的测控链路信号及图传链路信号，探测空域中是否存在黑飞无人机；

S20若无源侦察系统探测到黑飞无人机，记录探测无人机的位置信息，并采用常规干涉仪测向方法探测得到黑飞无人机对无源侦察系统的方位角信息；

S30控制探测无人机旋转，旋转角度为S20所得方位角，使得黑飞无人机对无源侦察系统的方位角为0度，并控制探测无人机沿无源侦察系统阵列排列方向(无源侦察系统中天线的阵列排列方向)飞行预设距离，无源侦察系统再次记录探测无人机的位置信息，并采用常规干涉仪测向方法探测得到黑飞无人机对无源侦察系统的新方位角信息；

S40无源侦察系统判断记录探测无人机位置信息的数量及黑飞无人机方位角信息的数量是否达到预设数量；若是，跳转至步骤S50，否则跳转至步骤S30；

S50无源侦察系统将记录的所有的探测无人机的位置信息及黑飞无人机的方位角信息发送至地面站子系统，以此地面站子系统采用多点交叉定位方法对接收到的数据进行处理得到黑飞无人机的位置。

在该反黑飞无人机探测定位方法中，探测无人机升空至一定高度后，启动无源侦察系统开始对黑飞无人机进行探测，且探测发现空域中存在黑飞无人机后开始测向。具体，探测无人机飞行时为无源侦察系统提供大等效多站，保证无源侦察系统在各位置处进行测向精确得到黑飞无人机的方位角，并通过图传链路将探测无人机的位置信息及黑飞无人机的方位角信息下发给地面站子系统，以此地面站子系统利用多点交叉定位的方法得到黑飞无人机的准确位置并标记在地图上。

在实际应用中，黑飞无人机的常规飞行高度为200m(米)左右，是以，探测无人机升空至150m(米)左右，当黑飞无人机距离在1km(千米)以上时，对无源侦察系统的俯仰角在(-5°，5°)之内。由于俯仰角范围较小，故采用一维无源侦察系统开始对黑飞无人机进行探测测向。

在无源侦察系统中，通过内置的侦收接收机(工作频率为常规测控链路与图传链路频率)接收黑飞无人机的测控链路信号或图传链路信号，具体，如图2所示，侦收接收机中至少包括接收通道、模数转换模块(图示中A/D)、时频分析模块及频谱检测模块。在侦测过程中，侦收接收机通过接收通道侦收到黑飞无人机的测控链路信号或图传链路信号之后，经过放大、滤波、下变频及模数转换得到数字信号y(t)(t为离散时间变量)，之后经过时频分析模块的分析、频谱检测模块的检测判断是否接收到黑飞无人机的测控链路信号或图传链路信号。若判断检测到黑飞无人机的测控链路信号或图传链路信号，则判断空域中存在黑飞无人机，则进入后续的测向操作；否则，继续保持侦收过程，不启动测向操作。

无源侦察系统采用一维多单元阵列接收机组成的测向接收机对黑飞无人机进行测向，如图3所示，每路接收机中包括：放大滤波模块、下变频模块、模数转换模块及FFT模块，以此，测向接收机接收到黑飞无人机的测控链路信号或图传链路信号之后，随即对接收到的测控链路信号或图传链路信号进行放大、滤波、下变频及模数转换操作得到数字信号x_n(t)，其中，n＝1,2,...,N，N为测向接收机中通道的数量，t为离散时间变量；接着，分别对每路数字信号x_n(t)进行FFT(傅里叶变换)变换得到频谱信号X_i(f)，并经过鉴相依次提取各路的相位φ_i，其中，f为频率，i＝1,2,...,N；最后，任意计算两路信号对应相位的相位差，并根据相位差解模糊方法得到黑飞无人机对无源侦察系统的方位角信息。

基于此，如图4所示，在探测过程中，无源侦察系统探测发现存在黑飞无人机后，随即记录探测无人机的位置信息，并记为p₀＝(x₀,y₀,z₀)，之后启动测向操作，利用常规干涉仪测向方法测量获得黑飞无人机对无源侦察系统形成的方位角信息(探测无人机和黑飞无人机间的连线方向与地理垂直方向间的夹角)，将该角度记为θ₀；之后，如图5所示，控制探测无人机旋转，旋转角度为θ₀，使得黑飞无人机对无源侦察系统的方位角为0度，并如图6所示控制探测无人机沿无源侦察系统新的阵列排列方向飞行，在飞行距离d₁后，记录探测无人机的新位置p₁＝(x₁,y₁,z₁)，并测向获得黑飞无人机对无源侦察系统形成的新方位角信息(探测无人机和黑飞无人机间的连线方向与飞行方向的垂直方向间的夹角)，记该角度为θ₁；以此重复，分别记录各次探测的探测无人机位置信息及黑飞无人机对无源侦察系统的方位角信息，分别记为p_m＝(x_m,y_m,z_m)与角度θ_m，其中，m＝1,2,…,M,M为大于3的整数(飞行距离d₁之后，继续飞行距离d₂时，得到黑飞无人机的角度θ₂，探测无人机的位置p₂；继续飞行距离d₃时，得到黑飞无人机的角度θ₃，以及探测无人机的位置p₃，以此类推)，直到无源侦察系统判断记录探测无人机位置信息的数量及黑飞无人机方位角信息的数量达到预设数量停止侦测。无源侦察系统停止侦察后，随即将探测数据发送至地面站子系统，地面站子系统接收到探测数据后，根据探测无人机的位置信息及黑飞无人机的方位角信息画出相应的直线，得到所有直线相交点的位置坐标，对所有相交点位置坐标进行平均处理进而得到黑飞无人机的位置。

在一实例中，无源侦察系统探测得到探测无人机的4个位置信息及相应的4个方位角信息，地面站子系统接收到探测数据后，根据探测无人机的位置信息及方位角信息画出相应的4条两两相交的直线，得到6个相交点，对该6个相交点的坐标位置进行平均处理即得到黑飞无人机的位置，完成黑飞无人机的探测定位，如图7所示。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于小型无人机平台的反黑飞无人机探测定位方法，其特征在于，应用于无人机探测定位系统，所述无人机探测定位系统中包括：通信连接的空中子系统及地面站子系统，其中，所述空中子系统中包括搭载有一维无源侦察系统的小型探测无人机；所述反黑飞无人机探测定位方法包括：

S10探测无人机飞行至预设高度后，启动无源侦察系统，搜索黑飞无人机辐射的测控链路信号及图传链路信号，探测空域中是否存在黑飞无人机；

S20若无源侦察系统探测到黑飞无人机，记录探测无人机的位置信息，并启动无源侦察系统测向功能，采用常规干涉仪测向方法探测得到黑飞无人机对无源侦察系统的方位角信息；无源侦察系统采用一维多单元阵列接收机组成的测向接收机对黑飞无人机进行测向；

S30控制探测无人机旋转，旋转角度为S20所得方位角，使得黑飞无人机对无源侦察系统的方位角为0度，并控制探测无人机沿无源侦察系统新的阵列排列方向飞行预设距离，无源侦察系统再次记录探测无人机的位置信息，并采用常规干涉仪测向方法探测得到黑飞无人机对无源侦察系统的新方位角信息；在飞行距离d₁后，记录探测无人机的新位置p₁＝(x₁,y₁,z₁)，并测向获得黑飞无人机对无源侦察系统形成的新方位角信息，即探测无人机和黑飞无人机间的连线方向与飞行方向的垂直方向间的夹角，记为θ₁；以此重复，分别记录各次探测的探测无人机位置信息及黑飞无人机对无源侦察系统的方位角信息，分别记为p_m＝(x_m,y_m,z_m)与θ_m，其中，m＝1,2,…,M,M为大于3的整数；

S40无源侦察系统判断记录探测无人机位置信息的数量及黑飞无人机方位角信息的数量是否达到预设数量；若是，跳转至步骤S50，否则跳转至步骤S30；

S50无源侦察系统将记录的所有的探测无人机的位置信息及黑飞无人机的方位角信息发送至地面站子系统，地面站子系统采用多点交叉定位方法对接收到的数据进行处理得到黑飞无人机的位置。

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