CN110535553A - 一种机场的无人机防御设备及方法 - Google Patents

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    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback
    • G05D3/20—Control of position or direction using feedback using a digital comparing device
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04K3/00—Jamming of communication; Counter-measures
    • H04K3/40—Jamming having variable characteristics
    • H04K3/42—Jamming having variable characteristics characterized by the control of the jamming frequency or wavelength

Abstract

本发明涉及一种机场的无人机防御设备及方法，其所属的技术领域包括对无人机的噪声压制干扰和调制信号干扰，管制频率范围为137MHz至3000MHz和5700MHz至5900MHz，可发射窄带、宽带信号，可同时输出10个以上干扰信号，自身变频速率可覆盖100000跳/秒,使用宽带噪声信号干扰40MHz内的跳频信号。采用压制式干扰的方法，可设置发射干扰样式、干扰频率及干扰功率等，最大程度上减少对无线电环境的污染。可接入无人机无线电管控系统的管控平台，实现根据各种侦测手段确认的无人机目标数据自动化与智能化的联动控制。采用定向发射天线的设计，可实现高的能量利用率和精确的目标覆盖，增加了辐射功率的有效利用率。采用一体化的设计，易于安装以及便于拆卸。

Description

一种机场的无人机防御设备及方法
技术领域
本发明涉及一种机场的无人机防御设备及方法，其所属的技术领域包括对无人机的噪声压制干扰和调制信号干扰，管制频率范围为137MHz至3000MHz和5700MHz至5900MHz，可发射窄带、宽带信号，调制带宽0MHz至40MHz，可接收引导系统发送的指令，切换为全自动工作模式等。
背景技术
目前无人机的广泛普及，无人机带来的危害也与日俱增。尤其是商业无人机的普及过程中，忽略了无人机自身所具有的潜在危害性，其生产厂家提供的无人机禁飞区很容易被破解；模型爱好者自制无人机的门槛越来越低，尤其是使用开源化的无人机控制器制作的无人机，其没有官方设定的禁飞区，飞行更是肆无忌惮。近年来，无人机干扰民航客机事件在国内外呈上升趋势，这对机场造成了极大的安全隐患。由于机场对无线电环境的敏感性，一般市面上的无人机干扰设备易对机场设施、客机通信产生影响。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种机场的无人机防御设备及方法，采用压制式干扰的方法，可设置发射干扰样式、干扰频率及干扰功率等，最大程度上减少对无线电环境的污染。
本发明的技术解决方案是：一种机场的无人机防御设备，天线、供电电源、电源、伺服转台、伺服转台控制板、功率放大板卡、信息处理设备、变频模块、固定支架、指挥控制系统；
所述电源与信息处理设备、变频模块连接，向其提供第一电压；所述供电电源与剩余的对应用电设备连接，向功率放大板卡提供第二电压，向伺服转台控制板提供第三电压；所述天线、伺服转台控制板、功率放大板卡、信息处理设备和变频模块固定安装在固定支架上；
所述固定支架安装在伺服转台上，使得固定支架上的天线能够随着伺服转台的转动而转动；
所述指挥控制系统通过网线与信息处理设备连接，将无人机防御指令发送给信息处理设备；
所述信息处理设备与功率放大板卡、变频模块和伺服转台控制板连接，所述变频模块与功率放大板卡连接，所述功率放大板卡与天线连接；所述信息处理设备接收并解析无人机防御指令，向伺服转台控制板发送无人机发防御指令，所述伺服转台控制板将无人机防御指令解析为伺服转台旋转指令，控制伺服转台转动至相应位置；所述信息处理设备将无人机防御指令解析为防御信号指令，所述防御信号指令用于控制功率放大板卡、变频模块和天线向无人机发射相应的防御信号，完成无人机防御任务。
进一步地，所述伺服转台包括方位旋转台和俯仰旋转台，分别用于调整天线的水平方位和俯仰方位。
进一步地，所述天线包括若干个对周天线和若干个喇叭天线，所述对周天线用于发射频率为137MHz～750MHz的信号，所述喇叭天线用于发射频率为750MHz～3000MHz和5700MHz～5900MHz的信号。
进一步地，所述对周天线个数为1，喇叭天线个数为3，所述防御信号的个数不小于10。
进一步地，所述对周天线用于发射频率为137MHz～750MHz的信号，三个喇叭天线分别用于发射频率为750MHz～1800MHz、1800MHz～3000MHz和5700MHz～5900MHz的信号。
进一步地，所述对周天线和喇叭天线的出口端为同一平面。
进一步地，还包括无线通信模块；所述无线通信模块与信息处理设备连接，用于接收指挥控制系统发送的无线防御指令，并将接收的无线防御指令发送给信息处理设备。
进一步地，还包括天线罩，所述天线、供电电源、电源、伺服转台控制板、伺服转台、功率放大板卡、信息处理设备、变频模块、无线通信模块、固定支架和指挥控制系统均位于天线罩内，所述伺服转台底部与天线罩固定连接。
进一步地，所述第一电压为12V，第二电压为28V，第三电压为48V。
一种根据所述的一种机场的无人机防御设备实现的无人机防御方法，包括如下步骤：
指挥控制系统通过网线将无人机防御指令发送给信息处理设备；
所述信息处理设备接收并解析无人机防御指令，向伺服转台控制板发送指令，控制伺服转台转动至相应位置，同时控制天线、功率放大板卡和变频模块向无人机发射相应的防御信号，完成无人机防御任务。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用压制式干扰的方法，可设置发射干扰样式、干扰频率及干扰功率等，最大程度上减少对无线电环境的污染。
(2)本发明采用网线接口和无线接口，可接入无人机无线电管控系统的管控平台，实现根据各种侦测手段确认的无人机目标数据、自动化、智能化的联动控制。
(3)本发明采用4段天线同时工作，覆盖137MHz至3000MHz和5.7GHz至5.9GHz频段，可输出10个干扰信号，自身变频速率可覆盖100000跳/秒,使用宽带噪声信号干扰40MHz内的跳频信号。
(4)本发明采用定向发射天线的设计，可实现覆盖范围小、目标密度大、频率利用率高，增加了辐射功率的有效利用率。
(5)本发明采用一体化的设计，对外接口仅有电源插头和网线插口，易于安装便于拆卸。
附图说明
图1是本发明的内部硬件结构示意图；
图2是本发明天线罩外形示意图；
图3是本发明的整体结构示意图；
图4是本发明的执行流程图；
图中，1-天线罩，2-137MHz～750MHz对周天线，3-供电电源，4-750MHz～1800MHz、1800MHz～3000MHz、5700MHz～5900MHz喇叭天线，5-电源，6-伺服转台控制板，伺服转台包括的7-伺服转台俯仰电机和8-伺服转台方位电机，9-功率放大板卡，10-信处设备，11-变频模块，12-无线通信模块，13-固定支架，14-指挥控制系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
如图1，一种机场的无人机防御设备，包括天线、供电电源3、电源5、伺服转台、伺服转台控制板6、功率放大板卡9、信息处理设备10、变频模块11、固定支架13、指挥控制系统14；
作为一个优选实施例，所述天线包括若干个对周天线2和若干个喇叭天线4，所述对周天线2用于发射频率为137MHz～750MHz的信号，所述喇叭天线4用于发射频率为750MHz～3000MHz和5700MHz～5900MHz的信号。所述对周天线2个数为1，喇叭天线4个数为3，所述防御信号的个数不小于10。所述对周天线2用于发射频率为137MHz～750MHz的信号，三个喇叭天线4分别用于发射频率为750MHz～1800MHz、1800MHz～3000MHz和5700MHz～5900MHz的信号。对周天线2和喇叭天线4被固定在天线固定支架上，且喇叭天线4的出口端要求在同一平面，并保持它们的指向为同一方向，并与其固定支架13采用一体化设计；
所述电源5与伺服转台控制板6连接，向其提供第一电压；所述供电电源3与剩余的对应用电设备连接，向其提供第二电压和第三电压；所述天线、伺服转台控制板6、功率放大板卡9、信息处理设备10和变频模块11固定安装在固定支架13上；
作为一个优选实施例，所述第一电压为12V，第二电压为28V，第三电压为48V。
所述固定支架13安装在伺服转台上，使得固定支架13上的天线能够随着伺服转台的转动而转动；固定支架13与伺服转台的俯仰端通过螺栓连接，其电气线路通过伺服转台的滑环引出，仅有两条线路，一条是电源线，另一条是千兆网线，其安装便捷。
所述指挥控制系统14通过网线与信息处理设备10连接，将无人机防御指令发送给信息处理设备10；信息处理设备、变频模块、无线通信模块和功率放大板卡9均通过螺栓安装在固定支架上的预定螺丝孔位；如上设备可以和对周天线、喇叭天线，集中安装在固定支架上，进行一体化设计。
所述信息处理设备10与功率放大板卡9、变频模块11和伺服转台控制板6连接，所述变频模块11与功率放大板卡9连接，所述功率放大板卡9与天线连接；所述信息处理设备10接收并解析无人机防御指令，向伺服转台控制板6发送指令，控制伺服转台转动至相应位置，同时控制天线、功率放大板卡9和变频模块11向无人机发射相应的防御信号，完成无人机防御任务。即信息处理设备10、变频模块11、功率放大板卡9协同工作为定向发射天线提供发射源。其中，通过无线网络协议(如3G、4G、5G、WIFI)或网线连接与指挥控制系统14进行通信。
信息处理设备10射频信号板卡由FPGA1(型号：XC7VX690T-3FFG1930I)和FPGA2(型号：XC7Z015-2CLG485I)组成；变频模块11由变频单元、本振单元、监控单元和电源处理单元组成。其中混频电路选用无源双平衡混频器NC3704S-410，温补衰减器选用TCA0603N9，中频带通滤波器采用自制LC滤波器。频综单元的PD选用HMC704LP4，VCO选用IVO-0307。监控单元的ARM选用STM32F103-TB-U6，RS232接口芯片选用MAX3232EEAE，温度检测芯片选用TMP100。电源处理单元DC-DC选用LM2675和LMZ14203。功率放大板卡9由3只大功耗器件组成，HMC7357，CGH40010F和CGH40025F。伺服转台控制板6由MCU(型号：STM32F407ZET6)和驱动模块(型号：DRV8837DSGR)组成。
具体地，信息处理设备10的工作过程是这样的：首先，完成信号的基带与射频信号的产生与输出，包括信道调理、变频与增益控制，信号的输出滤波、功率调节及频率搬移。它里面含有3块FMC子卡，每块子卡可以单独控制工作，也可以同时工作且同时工作时每个子卡也能单独控制；它使用了三组独立的DDR3内存条，工作时钟在800MHz，与FMC子卡连接的GTH支持12.5Gbps的线路速率，使用FPGA Virtex7的XC7VX690T-3FFG1930I；与外界通信其使用了SPI、EIA-422和千兆网口。然后，信息处理设备10通过SPI总线与功率放大板卡9连接，负责对功率放大板卡9进行衰减控制和开关控制，检测功放的工作状态，其工作状态包括：输出、无输出、异常。控制被放大后的信号通过滤波器组输出，控制开关可以按照指令切换，控制信号通过不同的滤波器输出信号，保证信号的谐波、杂散及其他指标符合指挥控制系统14的要求。
本发明的压制式干扰系统为：功率放大板卡9、信息处理设备10、变频模块11和无线通信模块12通过螺栓固定在固定支架13的预定螺栓孔位，其电气连接使用高速屏蔽射频线，压制式干扰系统的控制通过网线或者无线与指挥控制系统14通信。所述伺服转台包括方位旋转台和俯仰旋转台，分别用于调整天线的水平方位和俯仰方位。
作为一个优选实施例，本发明还包括无线通信模块12；所述无线通信模块12与信息处理设备10连接，用于接收指挥控制系统14发送的无线防御指令，并将接收的无线防御指令发送给信息处理设备10。
如图2、3，作为一个优选实施例，本发明还包括天线罩1，所述天线、供电电源3、电源5、伺服转台控制板6、伺服转台、功率放大板卡9、信息处理设备10、变频模块11、无线通信模块12、固定支架13和指挥控制系统14均位于天线罩1内，所述伺服转台底部与天线罩1固定连接，提高防水、防尘、防潮的级别，保证无人机防御设备能在户外长时间使用，增加使用寿命。
一种机场的无人机防御方法，包括如下步骤：
指挥控制系统14通过网线将无人机防御指令发送给信息处理设备10；
所述信息处理设备10接收并解析无人机防御指令，向伺服转台控制板6发送指令，控制伺服转台转动至相应位置，同时控制天线、功率放大板卡9和变频模块11向无人机发射相应的防御信号，完成无人机防御任务。
本发明的总体结构方案的确定以某长寿命压制式无人机防御设备为基础，开展结构模块化、一体化、紧凑化设计工作。
如图4，本发明的工作原理为：
1)指挥控制系统14发出指令；2)指令通过网线传输到信息处理设备10，信息处理设备10通过SPI总线与功率放大板卡9通信，信息处理设备10通过TTL串行总线与变频模块11通信，同时信息处理设备10与变频模块11向功率放大板卡9发送射频信号；3)伺服转台控制板6通过EIA-422总线与信息处理设备10通信，接收到控制指令后工作至预定的目标方位，并通过传输协议反馈回控制中心伺服转台的角度值；4)指挥控制系统14通过捕获目标无人机的频段后，向信息处理设备10发送指令，此时功率放大板卡9会根据指令与对应的频段天线连接，发射压制干扰信号。5)供电电源3可以把机场的AC220V变为DC 28V和DC 12V，分别给对应的用电设备；电源5负责把机场的AC 220V变为DC 48V给伺服转台控制板6使用；信息处理设备10通过EIA-422总线与伺服转台控制板6连接，伺服转台控制板6接收指令后分发给伺服转台俯仰电机7、伺服转台方位电机8，完成无人机防御设备的转向控制。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种机场的无人机防御设备，其特征在于：天线、供电电源(3)、电源(5)、伺服转台、伺服转台控制板(6)、功率放大板卡(9)、信息处理设备(10)、变频模块(11)、固定支架(13)、指挥控制系统(14)；
所述电源(5)与信息处理设备(10)、变频模块(11)连接，向其提供第一电压；所述供电电源(3)与剩余的对应用电设备连接，向功率放大板卡(9)提供第二电压，向伺服转台控制板(6)提供第三电压；所述天线、伺服转台控制板(6)、功率放大板卡(9)、信息处理设备(10)和变频模块(11)固定安装在固定支架(13)上；
所述固定支架(13)安装在伺服转台上，使得固定支架(13)上的天线能够随着伺服转台的转动而转动；
所述指挥控制系统(14)通过网线与信息处理设备(10)连接，将无人机防御指令发送给信息处理设备(10)；
所述信息处理设备(10)与功率放大板卡(9)、变频模块(11)和伺服转台控制板(6)连接，所述变频模块(11)与功率放大板卡(9)连接，所述功率放大板卡(9)与天线连接；所述信息处理设备(10)接收并解析无人机防御指令，向伺服转台控制板(6)发送无人机发防御指令，所述伺服转台控制板(6)将无人机防御指令解析为伺服转台旋转指令，控制伺服转台转动至相应位置；所述信息处理设备(10)将无人机防御指令解析为防御信号指令，所述防御信号指令用于控制功率放大板卡(9)、变频模块(11)和天线向无人机发射相应的防御信号，完成无人机防御任务。
2.根据权利要求1所述的一种机场的无人机防御设备，其特征在于：所述伺服转台包括方位旋转台和俯仰旋转台，分别用于调整天线的水平方位和俯仰方位。
3.根据权利要求1所述的一种机场的无人机防御设备，其特征在于：所述天线包括若干个对周天线(2)和若干个喇叭天线(4)，所述对周天线(2)用于发射频率为137MHz～750MHz的信号，所述喇叭天线(4)用于发射频率为750MHz～3000MHz和5700MHz～5900MHz的信号。
4.根据权利要求3所述的一种机场的无人机防御设备，其特征在于：所述对周天线(2)个数为1，喇叭天线(4)个数为3，所述防御信号的个数不小于10。
5.根据权利要求3所述的一种机场的无人机防御设备，其特征在于：所述对周天线(2)用于发射频率为137MHz～750MHz的信号，三个喇叭天线(4)分别用于发射频率为750MHz～1800MHz、1800MHz～3000MHz和5700MHz～5900MHz的信号。
6.根据权利要求3所述的一种机场的无人机防御设备，其特征在于：所述对周天线(2)和喇叭天线(4)的出口端为同一平面。
7.根据权利要求1所述的一种机场的无人机防御设备，其特征在于：还包括无线通信模块(12)；所述无线通信模块(12)与信息处理设备(10)连接，用于接收指挥控制系统(14)发送的无线防御指令，并将接收的无线防御指令发送给信息处理设备(10)。
8.根据权利要求7所述的一种机场的无人机防御设备，其特征在于：还包括天线罩(1)，所述天线、供电电源(3)、电源(5)、伺服转台控制板(6)、伺服转台、功率放大板卡(9)、信息处理设备(10)、变频模块(11)、无线通信模块(12)、固定支架(13)和指挥控制系统(14)均位于天线罩(1)内，所述伺服转台底部与天线罩(1)固定连接。
9.根据权利要求1所述的一种机场的无人机防御设备，其特征在于：所述第一电压为12V，第二电压为28V，第三电压为48V。
10.一种根据权利要求1所述的一种机场的无人机防御设备实现的无人机防御方法，其特征在于，包括如下步骤：
指挥控制系统(14)通过网线将无人机防御指令发送给信息处理设备(10)；
所述信息处理设备(10)接收并解析无人机防御指令，向伺服转台控制板(6)发送指令，控制伺服转台转动至相应位置，同时控制天线、功率放大板卡(9)和变频模块(11)向无人机发射相应的防御信号，完成无人机防御任务。
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