CN110289918A - 一种无线信号检测方法以及系统 - Google Patents

Abstract

一种无线信号检测方法以及系统，通过宽带样机进行信号采样，对采样信号进行快速傅里叶FFT变换，将时域信号变换为频域信号，得到宽带频谱信息；对频域信息中抽取窄带频谱信息；对窄带频谱信息进行IFFT时域转换，得到窄带时域信号，同步解调窄带时域信号，通过排列无线信号跳频序列和跳频间隔，实现无线信号的分类检测。使用该检测方法可同时检测多架、多种型号无人机，并且可以区别不同无人机；计算速度快，复杂度低。

Description

一种无线信号检测方法以及系统

技术领域

本发明属于无线信号技术领域，具体涉及一种无线信号的检测方法和系统，更具体的涉及一种无人机无线信号的检测方法和系统。

背景技术

无线信号检测是基于信号处理技术发展而快速进步的信号检测手段，广泛用于宽带信号和窄带信号的准确监测分析。当今人们在社会生产生活中使用了大量的无线产品，对无线产品进行检测、定位、分析、防御，准确检测出环境无线电信号的来源，有助于人们对无线产品做出正确的判断和处理。

日前，无人机产业出现了爆发性发展，越来越多的无人机被应用于各种场景，不仅包括合法应用，例如合法航拍、快递送货等，也包括非法应用，例如偷拍、投掷非法物体等。由于无人机的获得相对容易，而且价格低廉，越来越多的人可以使用无人机。在一些敏感区域，如体育馆、机场、政府大院等地点，仅凭法律手段已经无法很好地管制无人机。所以，需要专业设备对无人机进行检测，从而为无人机反制提供信息依托。目前，市场上的无人机检测设备对单台无人机可以做出较快的反应。然而，针对多台无人机的场景，检测速度非常慢，有时甚至会失效，从而无法及时为无人机反制设备提供有效信息。目前已有的无人机检测方法中，使用无线电技术检测无人机使用较为广泛。在无人机无线信号检测中，大致有两类检测方法：单纯频谱检测以及无人机信号同步与解调。

单纯频谱检测：检测一定频段内有没有跳频信号。如大疆精灵4系列无人机的遥控信号在2400～2483MHz之间跳频，每个跳频频点为1MHz左右窄带信号。此种检测技术无法区分多台无人机，也无法建立黑白名单。另外，由于蓝牙信号也是跳频信号，而且使用广发，所以此种仅针对单纯频谱检测的方案无法做到很高的检测正确率。而CN105099585B公开了一种无人机信号处理装置及其处理方法，该装置包括接收模块(1)、监控模块(2)、预警模块(3)、干扰模块(4)和发射模块(5)，预警模块(3)包括存储无人机频域数据的存储单元(10)和将频谱分析单元(9)发来的当前频域数据和存储单元(10)中存储的无人机频域数据比较的比较单元(11)，当比较结果处于预定范围内时，预警模块(3)发出警报，所述干扰模块(4)包括设定基带信号频率的基带信号发生器(12)、将基带信号调制为噪声信号的干扰调制器(13)、增加噪声功率的工作放大器(14)和将不同的噪声频带合并的合路器(15)。通过侦测无人机工作频段，提前预警无人机抵近飞行并阻止无人机抵近飞行至受保护的安防区域。此技术仅针对一定范围内的频谱进行检测，该检测的方案无法做到很高的检测正确率。

无人机信号同步与解调：尝试同步并解调无人机信号。此方法与单纯频谱检测最大的区别在于，此方法需要同步每个窄带频点上的信号，并且解调无人机信号。此方法优点在于检测正确率极高，缺点在于对多台无人机的调频序列检测速度非常慢。而CN106839882A公开了一种特殊区域入侵无人机预警拦截控制系统，包括侦测处置系统和控制指挥系统，该侦测处置系统包括：电子信号指令探测采集模块、雷达探测模块、光学矩阵远程探测系统、接管控制模块、无人机遥控信号数据链阻断干扰模块、捕网发射模块、信号数据定向模块和导航干扰信号发射模块；该控制指挥系统包括服务器、审批控制单元、无人机数据库模块、无人机数据比对模块和导航数据模块；在两个系统之间，以及每一系统的各部分之间分别通过有线或无线方式建立通信连接。通过环形布置多个侦测处置系统，在识别区域内对外来无人机进行侦测监控识别，在未进入核心保护区之前，将非法入侵无人机进行处置，来确保核心保护区的安全，但是由于需要进行大量数据处理，对多台无人机的调频序列检测速度非常慢。此外，采用无人机窄带信号检测方法，设备接收机需要在每个跳频频点处观测信号，即接收窄带信号，对其同步并解调。由于无人机遥控信号的频点极多，如几十甚至上万个跳频频点，所以通过接收窄带信号观测无人机的效率及其低下。

以上技术方案没有从根本上解决同时进行多台无人机检测防御的问题，本发明采用对无人机信号同步并解调技术，解决多台无人机的跳频序列快速检测与识别问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术反无人机系统中无人机检测设备无法实现多台无人机的同步准确监测识别难题，提出了宽带智能检测方法、频域窄带信号分离技术，包括宽带信号采样、时域频域信息的FFT转换，窄带信号抽取、窄带信息的频域时域IFFT转换，同步解调步骤等，无论是对单台还是多台无人机，均可以快速获取检测信息，为无人机智能干扰提供信息依据。

根据本发明一方面，提供一种无线信号检测方法，包括以下步骤：

1)宽带信号采样；

2)对采样信号进行快速傅里叶FFT变换，将时域信号变换为频域信号，得到宽带频谱信息；

3)对宽带频谱信息抽取窄带频谱信息，将目标的频点位置及窄带宽的频谱信息滤出，完成对宽带频谱信息抽取窄带频谱信息；

4)将步骤3)中的窄带频谱信息进行IFFT时域转换，得到时域信号；

5)同步解调窄带时域信号；

6)排列无线信号跳频序列和跳频间隔，实现无线信号的分类检测。

优选地，所述无线宽带信号采样通过宽带接收机进行采样。

优选地，其中无线信号为基于跳频的通信信号。

优选地，其中无线信号为无人机遥控信号、手机信号、对讲机信号、WIFI信号、蓝牙信号、ZigBee信号、GPS信号。

优选地，其中频域信息包括无线信号强度、无线信号持续时间、无线信号的时间戳和无线信号底噪。

优选地，其中步骤1)宽带信号采样后，对采样信号进行滤波、降采样预处理。

优选地，其中步骤2)快速傅里叶FFT变换后，需要进行恒虚警处理。

根据本发明另一面，提供一种无线信号检测系统，包括信号接收采集模块、信号处理模块、统计分析模块，信号处理模块对信号接收采集模块中的采用信号进行处理，统计分析模块对信号处理后的信息进行统计分析，其中信号处理模块包括快速傅里叶FFT转换模块、频谱信息提取模块、窄带信号抽取模块以及快速傅里叶反变换IFFT模块，同步解调模块。

优选地，还包括滤波降采样模块，对宽带信号进行预处理。

优选地，还包括恒虚警处理模块。

优选地，所述信号接收采集模块包括多点阵列自动检测单元。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

首先，本发明使用宽带接收机接收整个频段的宽带信号，例如，针对大疆精灵4，窄带接收机每次仅接收1MHz左右信号，而本发明宽带接收机一次性接收2400～2483MHz共83MHz宽带信号。在基带信号处理中，将每个窄带信号分离出来，从而进一步做信号同步与解调操作，提高无人机的检测效率，实现多台无人机同时检测。

其次，本发明将接收到的宽带信号通过FFT变换到频域，然后在频域将对应的窄带频谱抽取出来，然后通过IFFT变换到时域，而FFT和IFFT的计算复杂度远低于时域低通滤波器，总计算时间远小于传统的时域窄带信号分离技术。传统窄带信号分离方法采用时域信号滤波技术，针对每个窄带信号，将宽带接收信号做一次频率偏移并通过低通滤波器，然后通过下采样获取对应的窄带信号，频率偏移和低通滤波过程计算复杂度高，导致将窄带信号从宽带信号中分离出来的过程需要大量的计算，信号处理时间长。本发明可以在一次采样信号中，经过几十至几百毫秒的运算，将信号中所包含的所有无人机信号全部检测出来。

此外，本发明采用频域窄带信号分离技术，对于任意带宽、任意采样率的窄带信号均可精确分离。相比之下，时域窄带信号滤波受限于宽带信号采样率与窄带信号采样率的比例关系。如果此关系非整数倍，则会进一步提高时域信号滤波的复杂度。实际应用中，由于各种无人机的参数不一样，而宽带采样信号的采样率固定，因此，时域滤波的方式在多架无人机同时检测时，由于过于复杂而不适合于实际应用。相反，本发明提出的频域窄带信号分离技术则不受限于无人机的数量、无人机的调频参数和带宽等，该技术实际应用范围更广，可以应用于各种无线信号的检测，如大疆无人机、DIY无人机、工业无人机、无人驾驶、无线电导航、电台监测、卫星监测、航空监测、无线电紧急定位等。

具体实施方式

下面结合具体实施方式详细介绍本发明的内容。

一种无线信号检测方法，通过宽带采样，然后在频域抽取窄带信号进行检测对抽取后的窄带信号进行同步与解调，从而给出无人机的检测结果，具体实现过程为：通过宽带样机进行信号采样，对采样信号进行快速傅里叶FFT变换，将时域信号变换为频域信号，得到宽带频谱信息；对频域信息中抽取窄带频谱信息；对窄带频谱信息进行IFFT时域转换，得到窄带时域信号，同步解调窄带时域信号，通过排列无线信号跳频序列和跳频间隔，实现无线信号的分类检测。使用该检测方法可同时检测多架、多种型号无人机，并且可以区别不同无人机；计算速度快，复杂度低。

相应的无线信号检测系统包括信号接收采集模块、信号处理模块、统计分析模块，信号处理模块对信号接收采集模块中的采用信号进行处理，统计分析模块对信号处理后的信息进行统计分析，其中信号处理模块包括快速傅里叶FFT转换模块、频谱信息提取模块、窄带信号抽取模块以及反傅里叶转换IFFT模块，同步解调模块。

实施例1

一种无人机信号检测方法，具体实施步骤如下：

1)设置宽带接收机采样频率，接收机设置接收信号的中心频率为2450MHz，采样率为100MHz，接收到的每组信号所覆盖带宽为100MHz，包含所有2400～2500MHz中的所有信号；

2)快速傅里叶FFT转换，将宽带信号变换到频域；

3)窄带信号抽取，根据每个窄带信号的频谱参数，将其从宽带频谱抽取出来，以2405MHz为中心频率，1MHz带宽的窄带信号频谱抽取出来；

4)快速傅里叶反变换IFFT，将抽取出来的窄带频谱变换为时域；

5)同步和解调，对时域窄带信号做信号同步和解调；

6)统计分析，排列无人机的跳频序列和跳频间隔，实现大疆精灵4系列无人机在2400～2483MHz之间拥有30到50个跳频频道分类检测。

该检测方法的检测结果，需要一次宽带信号的FFT运算和N次窄带信号的IFFT运算，即可完成所有窄带信号的检测，其中，N表示需要检测的窄带信号数量。

实施例2

一种无人机信号检测系统，包括信号接收采集模块、信号处理模块、统计分析模块，信号处理模块对信号接收采集模块中的采用信号进行处理，统计分析模块对信号处理后的信息进行统计分析，其中信号处理模块包括快速傅里叶FFT转换模块、频谱信息提取模块、窄带信号抽取模块以及反傅里叶转换IFFT模块，同步解调模块，信号接收采集模块包括多点阵列自动检测单元。

本文中的具体实施方式仅是本发明的几个比较典型实施例，但是这样的描述并不用来以任何方式限定本发明，凡是本权利要求所保护的微波固体流量计信号处理方法以及系统范畴内均属于本发明范畴。

Claims (9)

1.一种无线信号检测方法，包括以下步骤：

1)宽带信号采样；

2)对采样信号进行快速傅里叶FFT变换，将时域信号变换为频域信号，得到宽带频谱信息；

3)对宽带频谱信息抽取窄带频谱信息；

4)将步骤3)中的窄带频谱信息进行IFFT时域转换，得到时域信号；

5)同步解调窄带时域信号；

6)排列无线信号跳频序列和跳频间隔，实现无线信号的分类检测。

2.如权利要求1所述的方法，所述无线宽带信号采样通过宽带接收机进行采样。

3.如权利要求1所述的方法，其中无线信号为基于跳频的通信信号。

4.如权利要求3所述的方法，其中无线信号为无人机遥控信号、手机信号、对讲机信号、WIFI信号、蓝牙信号、ZigBee信号、GPS信号。

5.如权利要求1所述的方法，其中频域信息包括无线信号强度、无线信号持续时间、无线信号的时间戳、无线信号底噪、无线信号幅度、相位、功率谱密度。

6.如权利要求1所述的方法，其中步骤2)快速傅里叶FFT变换后，需要进行恒虚警处理。

7.一种如权利要求1所述无线信号检测方法的检测系统，包括信号接收采集模块、信号处理模块、统计分析模块，信号处理模块对信号接收采集模块中的采用信号进行处理，统计分析模块对信号处理后的信息进行统计分析，其中信号处理模块包括快速傅里叶FFT转换模块、频谱信息提取模块、窄带信号抽取模块以及快速傅里叶反变换IFFT模块，同步解调模块。

8.如权利要求7所述的系统，还包括恒虚警处理模块。

9.如权利要求7所述的系统，所述信号接收采集模块包括多点阵列自动检测单元。