CN110108166A - 一种无人飞机频谱侦测与反制一体化装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于无人飞机领域，提供了一种无人飞机频谱侦测与反制一体化装置和控制方法。装置包括云台、射频切换开关、处理器和多个频段的干扰器，云台上放置有天线、控制器、电机驱动模块、方位角控制电机、干扰器开关控制电路、射频切换开关控制电路和数据传输和接收线路；其中，天线、射频切换开关和处理器依次电连接，控制器分别与电机驱动模块、干扰器开关控制电路、射频切换开关控制电路和数据传输和接收线路电连接，干扰器开关控制电路与干扰器电连接，射频切换开关控制电路与射频切换开关电连接，数据传输和接收线路与处理器电连接，干扰器还与射频切换开关电连接。本发明可将无人飞机频谱侦测与反制一体化，适应快速部署，同时降低成本。

Description

一种无人飞机频谱侦测与反制一体化装置和控制方法

技术领域

本发明属于无人飞机领域，尤其涉及一种无人飞机频谱侦测与反制一体化装置和控制方法。

背景技术

伴随着无人飞机销量的快速上升，无人飞机违规、违法事件层出不穷，给各类公共安全构成严重威胁，无人飞机“黑飞”造成航班大面积延误与日俱增。同时，故意利用无人飞机在重点区域进行犯罪的案件也逐渐浮出水面。针对新形势新问题，国家相关部门虽然发布了通过实名登记，禁飞令等相关法规，但是如果没有技术手段，无法对违规者进行识别惩处。同时那些有明确犯罪目的罪犯也不会被一些法规约束而停止无人飞机入侵犯罪活动。因此对于敏感要害区域的部门和单位来说，能够有效地发现并禁止无人飞机入侵是十分必要和迫切的。

为了发现并禁止无人飞机入侵，现有技术是分别采用无人飞机频谱侦测设备和无人飞机反制设备这两种独立的不同的设备，因此使用不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人飞机频谱侦测与反制一体化装置和无人飞机频谱侦测与反制一体化控制方法，旨在解决为了发现并禁止无人飞机入侵，分别采用无人飞机频谱侦测设备和无人飞机反制设备这两种独立的不同的设备，因此使用不方便的问题。

第一方面，本发明提供了一种无人飞机频谱侦测与反制一体化装置，包括云台、射频切换开关、处理器和多个频段的干扰器，云台上放置有天线、控制器、电机驱动模块、方位角控制电机、干扰器开关控制电路、射频切换开关控制电路和数据传输和接收线路；其中，天线、射频切换开关和处理器依次电连接，控制器分别与电机驱动模块、干扰器开关控制电路、射频切换开关控制电路和数据传输和接收线路电连接，电机驱动模块还与方位角控制电机电连接，干扰器开关控制电路与干扰器电连接，射频切换开关控制电路与射频切换开关电连接，数据传输和接收线路与处理器电连接，干扰器还与射频切换开关电连接。

第二方面，本发明提供了一种无人飞机频谱侦测与反制一体化控制方法，包括以下步骤：

S101、控制器接收用户选择的或者控制器自动启动的进入侦测流程指令或进入反制流程指令；

S102、当控制器接收到进入侦测流程指令时，控制器读取预先设置的扫描工作频段数据和无人飞机频谱特征数据库中的数据，将天线切换到接收通路，将天线接收的信号传输至处理器，控制云台旋转，进行无人飞机的识别和方位角定位，处理器识别出结果后进行报警处理；

当控制器接收到进入反制流程指令时，控制云台旋转到侦测到的无人飞机方位角位置，将天线切换到发射通路，处理器根据侦测到的无人飞机的工作频段控制对应工作频段的干扰器使能发射，天线接收并发射干扰器发射的信号。

在本发明中，由于无人飞机频谱侦测与反制一体化装置包括云台、射频切换开关、处理器和多个频段的干扰器，云台上放置有天线、控制器、电机驱动模块、方位角控制电机、干扰器开关控制电路、射频切换开关控制电路和数据传输和接收线路。因此可将无人飞机频谱侦测与反制一体化，而不是简单叠加，适应快速部署，同时降低成本。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的无人飞机频谱侦测与反制一体化装置的结构示意图。

图2是本发明实施例二提供的无人飞机频谱侦测与反制一体化控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

请参阅图1，本发明实施例一提供的无人飞机频谱侦测与反制一体化装置包括云台11、滑环12、射频切换开关13、处理器14、多个频段的干扰器15和合路器16，云台11上放置有天线111、控制器112、电机驱动模块120、俯仰角控制电机113、方位角控制电机114、干扰器开关控制电路115、射频切换开关控制电路116和数据传输和接收线路117；其中，天线111、滑环12、射频切换开关13和处理器14依次电连接，控制器112分别与电机驱动模块120、干扰器开关控制电路115、射频切换开关控制电路116和数据传输和接收线路117电连接，电机驱动模块120还与俯仰角控制电机113和方位角控制电机114电连接，干扰器开关控制电路115通过滑环12与干扰器15电连接，射频切换开关控制电路116通过滑环12与射频切换开关13电连接，数据传输和接收线路117通过滑环12与处理器14电连接，干扰器15通过合路器16与射频切换开关13电连接。

在本发明实施例一中，也可以不包括合路器，干扰器与射频切换开关直接电连接，这种情况下，射频切换开关是单刀N掷的射频切换开关，N大于或等于干扰器的频段数加1。

在本发明实施例一中，合路器也可以由单刀N掷的射频开关替代，这种情况下，N大于或等于干扰器的频段数。采用合路器的好处是可以同时发出所有合路频段的干扰信号，采用单刀N掷的射频开关，则只能分时发出不同频段的干扰信号。

在本发明实施例一中，也可以不包括俯仰角控制电机113，不过控制角度的精度没有同时包括俯仰角控制电机113和方位角控制电机114的情况下的精度高。天线111和射频切换开关13之间也可以不通过滑环12连接，而是采用其他可将天线111和射频切换开关13之间的信号进行传输的方式连接。干扰器开关控制电路115也可以不通过滑环12与干扰器15电连接，而是采用其他可将干扰器开关控制电路115与干扰器15之间信号进行传输的方式连接；射频切换开关控制电路116也可以不通过滑环12与射频切换开关13电连接，而是采用其他可将射频切换开关控制电路116与射频切换开关13之间信号进行传输的方式连接；数据传输和接收线路117也可以不通过滑环12与处理器14电连接，而是采用其他可将数据传输和接收线路117与处理器14之间信号进行传输的方式连接。滑环12的作用是可以实现360度连续旋转同时保证传输的线路和频谱线缆不被绞断。

在本发明实施例一中，天线111可以是全频段宽带对数周期天线。采用全频段宽带对数周期天线相对于现有技术常采用的喇叭天线好处在于：喇叭天线比较笨重，需要大电流电机驱动，导致产生很大的电磁干扰，直接干扰到侦测信号的接收；而全频段宽带对数周期天线只需要小电流电机驱动，因此不会干扰到侦测信号的接收；而且全频段宽带对数周期天线既可以作为低功率天线，又可以作为高功率天线，可以使无人飞机频谱侦测与反制共用一个天线。

在本发明实施例一中，无人飞机频谱侦测与反制一体化装置还可以包括分别与控制器112电连接的霍尔模块118和光电模块119。霍尔模块118和光电模块119用于控制俯仰角控制电机113的方位角的角度定位和控制方位角控制电机114的俯仰角的角度定位，因此相较于现有技术采用机器碰撞接触点弹簧，由于不需要机器反复碰撞，所以耐用可靠。

在本发明实施例一中，干扰器15可以包括5.8GHz干扰器、1.5GHz干扰器、2.4GHz干扰器、900MHz干扰器中的任意组合。

发明实施例一提供的无人飞机频谱侦测与反制一体化装置的工作原理如下：

光电模块和霍尔模块的作用：因为确定全频段宽带对数周期天线具体的方位角和俯仰角需要有一个原点作为基准，才能依据这个基准来计算出需要俯仰角控制电机和方位角控制电机旋转过的角度去知道全频段宽带对数周期天线具体的方位角和俯仰角；原理：标定方位角原理是俯仰角控制电机和方位角控制电机旋转，当通过挡板时，会挡住光电模块，使得光电模块输出的电压发生变化，这时控制器就会因为这个变化，而感受到俯仰角控制电机和方位角控制电机已经达到了原点，进而知道天线方位角就在原点位置，俯仰角原点标定则是霍尔模块当磁铁经过霍尔模块上方，会使霍尔模块发生电压的变化，进而使控制器能够感受到这种变化，标定这个位置为俯仰角的原点。当水平旋转到光电模块，则认为角度为0度，当垂直运动到-30度时，霍尔模块感应到，则认为是-30度，俯仰角控制电机向相反的方向往上抬直到90度角时，方向反向。

电机驱动模块的作用：经过标定好的方位角和俯仰角原点后，需要到达某个方位角和俯仰角或者在平常侦测时对特定方位角和俯仰角范围进行扫描，就需要控制器控制电机驱动模块进而驱动俯仰角控制电机和方位角控制电机旋转到控制器指定位置，同时记录下俯仰角控制电机和方位角控制电机带动全频段宽带对数周期天线指向的方位角和俯仰角；原理：当标定好原点后，控制器给指令让电机驱动模块驱动俯仰角控制电机和方位角控制电机旋转，俯仰角控制电机和方位角控制电机人旋转是有规律的，一个控制器指令能够让电机驱动模块驱动俯仰角控制电机和方位角控制电机旋转多少角度是固定的，只要知道控制器给电机驱动模块发了多少指令便可知道俯仰角控制电机和方位角控制电机旋转了多少角度，同时记录下来。

数据传输和接收线路的作用：把俯仰角控制电机和方位角控制电机转动的具体方位角和俯仰角信息经过滑环下传给处理器，并接收和执行处理器下达的各种指令。原理：通过控制器自带通信功能模块便可执行，只要设置好芯片自带的通信功能模块，在硬件设计时连接好对应发射和接收引脚与处理器的通信功能模块，两边都设置好相同的通信协议，这样就能进行通信了。

射频切换开关控制电路的作用：当控制器经滑环接收到处理器的指令需要侦测时，就需要控制器控制射频切换开关控制电路，使射频切换开关切换到侦测链路上，使得全频段宽带对数周期天线能够通过射频线缆连接到处理器上，当控制器接收到处理器的指令需要反制时，就需要控制器控制射频切换开关控制电路，使射频切换开关切换到反制链路，使得全频段宽带对数周期天线能够通过射频线缆连接到干扰器上；原理：通过控制器的高低电压来达到控制射频切换开关来切换不同链路。

干扰器开关控制电路的作用：反制时，开启干扰器，通过反制链路，从全频段宽带对数周期天线发射出来。原理：控制器通过高低电压来通过干扰器开关控制电路控制干扰器，使干扰器能开启或关闭。

合路器的作用：因为无人飞机使用了不同频段，如5.8GHz，2.4GHz，1.5GHz，900MHz等，因此根据需要，选择不同频段的干扰器对无人飞机进行干扰，合路器则是把所有频段的干扰信号合成一路，从一个射频端口向外发出。

无人飞机频谱侦测与反制一体化装置的工作过程如下：

当发明实施例一提供的无人飞机频谱侦测与反制一体化装置开启，需要对云台的方位角和俯仰角到原点作位置标定，当处理器发出侦测指令，控制器需要控制射频切换开关切换到侦测链路，发指令给电机驱动模块驱动俯仰角控制电机和方位角控制电机旋转，把走过的方位角和俯仰角的位置信息通过滑环实时下传到处理器处理，同时，将天线接收的频谱信号通过滑环，传输到处理器来处理，这样就认为是在这个方位角和俯仰角的位置接收到的频谱信号，当发现无人飞机频谱信号特征时，记录下无人飞机的方位角和俯仰角，发出无人飞机警报；当处理器发出反制指令，控制器控制射频切换开关切换到反制链路，发指令给电机驱动模块驱动俯仰角控制电机和方位角控制电机旋转，走到发现无人飞机的方位角和俯仰角，等待干扰器发射干扰信号，当处理器发出反制时，控制器接收并执行指令，经滑环将连通到干扰器的开关线路开启，启动干扰器，因为无人飞机使用不同频段，当在某一频段发现无人飞机时，就选择开启这一频段的干扰器，经过合路器、射频切换开关和滑环，从同一个天线发出干扰信号，完成反制过程。从而达到侦测与反制一体化的目的。

实施例二：

请参阅图2，本发明实施例二提供的无人飞机频谱侦测与反制一体化控制方法包括以下步骤：

S101、控制器接收用户选择的或者控制器自动启动的进入侦测流程指令或进入反制流程指令。

在本发明实施例二中，在S101之前，所述方法还包括：

控制器控制云台复位到初始位置。

S102、当控制器接收到进入侦测流程指令时，控制器读取预先设置的扫描工作频段数据和无人飞机频谱特征数据库中的数据，将天线切换到接收通路，将天线接收的信号传输至处理器，控制云台旋转，进行无人飞机的识别和方位角定位，处理器识别出结果后进行报警处理；

当控制器接收到进入反制流程指令时，控制云台旋转到侦测到的无人飞机方位角位置，将天线切换到发射通路，处理器根据侦测到的无人飞机的工作频段控制对应工作频段的干扰器使能发射，天线接收并发射干扰器发射的信号。

在本发明实施例二中，所述控制云台旋转，进行无人飞机的识别和方位角定位时，还包括：进行无人飞机的俯仰角定位。所述控制云台旋转到侦测到的无人飞机方位角位置具体为：控制云台旋转到侦测到的无人飞机方位角和俯仰角位置。

所述将天线接收的信号传输至处理器具体为：通过滑环将天线接收的信号传输至处理器。所述天线接收并发射干扰器发射的信号具体为：天线通过滑环接收并发射干扰器发射的信号。

在本发明实施例二中，无人飞机频谱特征数据库包括消费级无人飞机的频谱特征数据库和无人飞机的频谱特征数据库。

在本发明实施例二中，所述进行无人飞机的识别和方位角定位，处理器识别出结果后进行报警处理具体包括以下步骤：

S2011、判断无人飞机的信号带宽是否大于预设值(如3.5MHz)；

S2012、如果大于预设值，则判断为无人飞机图传信号，小于设定值，则判断为跳频信号；

S2013、如果是无人飞机图传信号，则逐一对比无人飞机图传信号特征数据库中的信号持续时间和间隔时间对，如果符合则判断为该型号，并记录单周和多周中的电平最大值，最后取最大电平时的方位角和俯仰角为该无人飞机的方位角和俯仰角；

如果是跳频信号，则逐一对无人飞机跳频信号特征数据库中的跳频时间和跳频信号持续时间，如果符合则判断为该型号，再判断无人飞机跳频信号特征数据库中的数据是上行还是下行，如果是上行，则判断为该型号的遥控信号；如果是下行，则判断为无人飞机数据信号，并在一周或者多周信号中取最大的电平值，该电平值对应的方位角和俯仰角就是该无人飞机遥控器或者无人飞机的方位角和俯仰角；

S2013、以声音或者图片报警输出。

在本发明实施例二中，所述控制器控制云台复位到初始位置具体包括以下步骤：

S3011、控制器控制开启控制方位角的电机水平旋转和控制俯仰角的电机垂直移动；

S3012、控制器判断水平位置是否到达光电模块的位置和判断垂直位置是否到达霍尔模块的位置，如果到达则停止控制方位角的电机水平旋转和停止控制俯仰角的电机垂直移动。

所述控制云台旋转具体包括以下步骤：

S4011、控制器控制开启控制方位角的电机水平旋转；

S4012、控制器判断水平位置是否到达光电模块的位置，如果到达则将天线角度数据置为0°；

根据预先设置的俯仰角位置范围，控制器控制开启控制俯仰角的电机往上运动或往下运动，到达垂直上限位置，则下降指定的俯仰角数据(如10°)；直到垂直下限位置时，则上抬指定的俯仰角数据(如10°)；

S4013、如此反复运动，直到收到停止旋转指令。

所述控制云台旋转到侦测到的无人飞机方位角和俯仰角位置具体包括以下步骤：

S5011、控制器将侦测到的无人飞机方位角转换为控制方位角的电机的水平旋转步数；控制器将侦测到的无人飞机俯仰角转换为控制俯仰角的电机的垂直移动步数；

S5012、控制器控制开启控制方位角的电机水平旋转和控制俯仰角的电机垂直移动；

S5013、控制器判断水平位置是否到达控制方位角的电机的水平旋转步数和判断垂直位置是否到达控制俯仰角的电机的垂直移动步数，如果到达，则停止控制方位角的电机水平旋转和停止控制俯仰角的电机垂直移动。

在本发明中，由于无人飞机频谱侦测与反制一体化装置包括云台、射频切换开关、处理器和多个频段的干扰器，云台上放置有天线、控制器、电机驱动模块、方位角控制电机、干扰器开关控制电路、射频切换开关控制电路和数据传输和接收线路。因此可将无人飞机频谱侦测与反制一体化，而不是简单叠加，适应快速部署，同时降低成本。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人飞机频谱侦测与反制一体化装置，其特征在于，包括云台、射频切换开关、处理器和多个频段的干扰器，云台上放置有天线、控制器、电机驱动模块、方位角控制电机、干扰器开关控制电路、射频切换开关控制电路和数据传输和接收线路；其中，天线、射频切换开关和处理器依次电连接，控制器分别与电机驱动模块、干扰器开关控制电路、射频切换开关控制电路和数据传输和接收线路电连接，电机驱动模块还与方位角控制电机电连接，干扰器开关控制电路与干扰器电连接，射频切换开关控制电路与射频切换开关电连接，数据传输和接收线路与处理器电连接，干扰器还与射频切换开关电连接。

2.如权利要求1所述的无人飞机频谱侦测与反制一体化装置，其特征在于，所述无人飞机频谱侦测与反制一体化装置还包括与电机驱动模块电连接的俯仰角控制电机。

3.如权利要求1所述的无人飞机频谱侦测与反制一体化装置，其特征在于，当干扰器与射频切换开关直接电连接时，所述射频切换开关是单刀N掷的射频切换开关，N大于或等于干扰器的频段数加1；或者，

所述干扰器是通过合路器或单刀N掷的射频开关与射频切换开关电连接，N大于或等于干扰器的频段数。

4.如权利要求1所述的无人飞机频谱侦测与反制一体化装置，其特征在于，所述无人飞机频谱侦测与反制一体化装置还包括滑环，天线和射频切换开关之间通过滑环连接；或者，

所述无人飞机频谱侦测与反制一体化装置还包括滑环，干扰器开关控制电路通过滑环与干扰器电连接，射频切换开关控制电路通过滑环与射频切换开关电连接，数据传输和接收线路通过滑环与处理器电连接。

5.如权利要求1所述的无人飞机频谱侦测与反制一体化装置，其特征在于，所述天线是全频段宽带对数周期天线；

所述无人飞机频谱侦测与反制一体化装置还包括与控制器电连接的霍尔模块和光电模块。

6.一种无人飞机频谱侦测与反制一体化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101、控制器接收用户选择的或者控制器自动启动的进入侦测流程指令或进入反制流程指令；

S102、当控制器接收到进入侦测流程指令时，控制器读取预先设置的扫描工作频段数据和无人飞机频谱特征数据库中的数据，将天线切换到接收通路，将天线接收的信号传输至处理器，控制云台旋转，进行无人飞机的识别和方位角定位，处理器识别出结果后进行报警处理；

当控制器接收到进入反制流程指令时，控制云台旋转到侦测到的无人飞机方位角位置，将天线切换到发射通路，处理器根据侦测到的无人飞机的工作频段控制对应工作频段的干扰器使能发射，天线接收并发射干扰器发射的信号。

7.如权利要求6所述的无人飞机频谱侦测与反制一体化控制方法，其特征在于，所述控制云台旋转，进行无人飞机的识别和方位角定位时，还包括：进行无人飞机的俯仰角定位；

所述控制云台旋转到侦测到的无人飞机方位角位置具体为：控制云台旋转到侦测到的无人飞机方位角和俯仰角位置。

8.如权利要求6所述的无人飞机频谱侦测与反制一体化控制方法，其特征在于，所述将天线接收的信号传输至处理器具体为：通过滑环将天线接收的信号传输至处理器；

所述天线接收并发射干扰器发射的信号具体为：天线通过滑环接收并发射干扰器发射的信号。

9.如权利要求6所述的无人飞机频谱侦测与反制一体化控制方法，其特征在于，所述进行无人飞机的识别和方位角定位，处理器识别出结果后进行报警处理具体包括以下步骤：

S2011、判断无人飞机的信号带宽是否大于预设值；

S2012、如果大于预设值，则判断为无人飞机图传信号，小于设定值，则判断为跳频信号；

S2013、如果是无人飞机图传信号，则逐一对比无人飞机图传信号特征数据库中的信号持续时间和间隔时间对，如果符合则判断为该型号，并记录单周和多周中的电平最大值，最后取最大电平时的方位角和俯仰角为该无人飞机的方位角和俯仰角；

如果是跳频信号，则逐一对无人飞机跳频信号特征数据库中的跳频时间和跳频信号持续时间，如果符合则判断为该型号，再判断无人飞机跳频信号特征数据库中的数据是上行还是下行，如果是上行，则判断为该型号的遥控信号；如果是下行，则判断为无人飞机数据信号，并在一周或者多周信号中取最大的电平值，该电平值对应的方位角和俯仰角就是该无人飞机遥控器或者无人飞机的方位角和俯仰角；

S2013、以声音或者图片报警输出。

10.如权利要求6所述的无人飞机频谱侦测与反制一体化控制方法，其特征在于，在S101之前，所述方法还包括：控制器控制云台复位到初始位置；

所述控制器控制云台复位到初始位置具体包括以下步骤：

S3011、控制器控制开启控制方位角的电机水平旋转和控制俯仰角的电机垂直移动；

S3012、控制器判断水平位置是否到达光电模块的位置和判断垂直位置是否到达霍尔模块的位置，如果到达则停止控制方位角的电机水平旋转和停止控制俯仰角的电机垂直移动；

所述控制云台旋转具体包括以下步骤：

S4011、控制器控制开启控制方位角的电机水平旋转；

S4012、控制器判断水平位置是否到达光电模块的位置，如果到达则将天线角度数据置为0°；

根据预先设置的俯仰角位置范围，控制器控制开启控制俯仰角的电机往上运动或往下运动，到达垂直上限位置，则下降指定的俯仰角数据；直到垂直下限位置时，则上抬指定的俯仰角数据；

S4013、如此反复运动，直到收到停止旋转指令；

所述控制云台旋转到侦测到的无人飞机方位角和俯仰角位置具体包括以下步骤：

S5011、控制器将侦测到的无人飞机方位角转换为控制方位角的电机的水平旋转步数；控制器将侦测到的无人飞机俯仰角转换为控制俯仰角的电机的垂直移动步数；

S5012、控制器控制开启控制方位角的电机水平旋转和控制俯仰角的电机垂直移动；

S5013、控制器判断水平位置是否到达控制方位角的电机的水平旋转步数和判断垂直位置是否到达控制俯仰角的电机的垂直移动步数，如果到达，则停止控制方位角的电机水平旋转和停止控制俯仰角的电机垂直移动。