CN110764078A - 一种低空无人机综合探测处置方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低空无人机综合探测处置方法及其装置，其特征在于：包括无源电子侦察设备、低空小目标监视雷达、光电/干扰复合设备和综合显控台，其中1)无源电子侦察设备：用于远距离对单架或多架低慢小无人机目标进行粗测向和告警；2)低空小目标监视雷达：用于对单架或多架低慢小无人机进行持续监视和三坐标精确位置定位；3)光电/干扰复合设备：用于对低慢小无人机群进行跟踪、识别和干扰，迫使无人机群返航或降落；4)综合显控台：用于对低空态势监视、载荷控制以及数据分析。本系统通过利用多种手段，低空无人机检测效率达到95％以上，且各种天气、各种环境均可使用，费效比高、作用范围广、成本低。

Description

一种低空无人机综合探测处置方法及其装置

所属领域

本发明涉及一种反无人机方法及系统,尤其是一种综合多种探测手段的低空无人机防控方法及其系统。

背景技术

近年来，民用无人机行业快速发展，由此带来的低空安全问题也日益突出。据中国民航局通报：5月份西南、西北、中南地区共有19起无人机影响航班正常运营事件，其中成都11次，重庆4次，昆明、长沙、西安、广州各1次，共有326个航班受到影响，其中101班返航备降。据统计，上半年共收到无人机影响航班运行报告44起，与去年同期相比增加37起，受影响航班790班，与去年同期相比增加689班。据航空公司相关负责人测算，每架次航班返航或备降将损失10万左右。而更为严重的是，研究测试表明，无人机的破坏速度很快，并引发了灾难性后果。无人机损坏了扇叶，并导致引擎失灵。民用消费级无人机入侵民航航线、闯入军事要地、大型活动现场等行为，给军民用机场、军事要地等带来极大威胁。

发明内容

发明目的

本发明提供了一种低空无人机综合探测处置方法及其装置，可用于解决现有反无人机系统由于采用单一手段无法实现低空复杂背景下的低慢小无人机的持续监视和处置问题，尤其解决了针对复杂背景下的多批次无人机的有效处置技术问题。

技术方案

一种低空无人机综合探测装置(附图1)，包括如下组成部分：

1)无源电子侦察设备：用于远距离对单架或多架低慢小无人机目标进行粗测向和告警；

2)低空小目标监视雷达：用于对单架或多架低慢小无人机进行持续监视和三坐标精确位置定位；

3)光电/干扰复合设备：用于对低慢小无人机群进行跟踪、识别和干扰，迫使无人机群返航或降落；光电/干扰复合设备包含如下组成部分：

a)红外系统：用于目标识别跟踪；

b)可见光系统：用于目标确认；

c)干扰系统：用于干扰低空无人机的通信链路和导航设备，具备干扰无人机常用的通信频段WIFI频段和5.8G频段，以及GPS频段1.5G～1.6G，以及400M～900M的电台频段，能够通过调节发射功率控制电磁干扰距离；

d)转动云台：用于带动红外系统、可见光系统和干扰系统转动。

4)综合显控台：用于对低空态势监视、载荷控制以及数据分析；

一种低空多无人机综合探测装置的处置方法，本发明基于上述的低空无人机防控系统设计，提出了一种低空多无人机威胁处置方法，其步骤如下：

1)对所述电子侦察和雷达探测无人机数据进行预处理，通过将超出无人机的速度和位置数据上限和下限的目标剔除，将不符合的目标信息剔除；

2)根据目标的连续多帧位置信息，与已记录无人机信息进行匹配，如果与已记录的无人机运动模式相匹配(多帧位置信息匹配阈值小于规定值)，则判别目标为无人机，否则，剔除目标；

3)所述低空无人机防控系统将根据目标的距离、高度和速度信息对各疑似目标进行威胁评估，威胁评估值在[0-1]区间，威胁评估完成后利用排序算法对各疑似目标进行排序，形成威胁目标列表；

4)所述低空无人机防控系统按照疑似目标列表，对空域内各疑似目标依次进行确认，将疑似目标的绝对位置信息发送至光电/干扰复合设备，光电/干扰复合设备利用红外相机对无人机进行跟踪和识别，与特征库进行匹配，确认是否为目标。如果是目标，则持续跟踪目标，并向操作人员提示告警，如操作员准备处置目标，则转至S5，否则持续跟踪目标，直至目标丢失；如果非目标，则记录预定时间的目标视频后进行待机状态；

5)所述光电/干扰复合设备选择处置无人机的方式，如果是驱离无人机，向无人机发射WIFI频段电磁干扰信号，如果是迫降无人机，则向无人机发射WIFI和GPS两种信号；

6)所述低空无人机防控系统，通过设置不同目标的自动处置模式，具备全自主自动处置低空无人机的能力。

具体方案如下：一种低空无人机综合探测装置，包括无源电子侦察探测设备、低空小目标监视雷达、光电/干扰复合设备和综合显控台，其中1)无源电子侦察设备：用于远距离对单架或多架低慢小无人机目标进行粗测向和告警；2)低空小目标监视雷达：用于对单架或多架低慢小无人机进行持续监视和三坐标精确位置定位；3)光电/干扰复合设备：用于对低慢小无人机群进行跟踪、识别和干扰，迫使无人机群返航或降落；4)综合显控台：用于对低空态势监视、载荷控制以及数据分析。

光电/干扰复合设备包含如下组成部分：a)红外系统：用于目标识别跟踪；b)可见光系统：用于目标确认；

c)干扰系统：用于干扰低空无人机的通信链路和导航设备d)转动云台：用于带动红外系统、可见光系统和干扰系统转动。

综合显控台驻留反无人机综合监控软件，用于完成对各载荷设备侦察数据采集和设备控制，同时具备情报处理、语音控制、语音告警、综合态势监控功能。综合显控台驻留反无人机综合监控软件，包含七个软件模块：雷达设备监控模块、光电设备监控模块、伺服转台监控模块、干扰设备监控模块、情报处理模块、语音交互模块、综合态势监控模块。

无人机综合监控软件同时采用二维显示和三维显示方式，完成探测信息处理、探测设备状态监视、人机交互与界面显示、任务处理与告警、数据记录与数据分析功能，综合监控硬件处理平台选用PC机、平板电脑，综合监控界面针对不同硬件处理平台，选用C++或者JAVA预研开发，信息处理算法按照目标跟踪、威胁评估、目标排序、语音告警、语音指令识别、数据库存储模块和功能进行开发。

无源电子侦察探测设备均存在差分定位组件，能够利用GPS或北斗系统及差分定位方法获取各组件的精确经纬度信息，并发送至综合显控台；以侦察探测区域中心为三维直角坐标系原点，建立三维探测直角坐标系，其中无源电子侦察探测设备的Z坐标就等于布设高度，x和y坐标示意原点的经纬度为参考，由无源电子侦察探测设备的经纬度经转换获得。

低空小目标监视雷达利用扫描连续波束在方位和俯仰两个方向扫描，通过对扫描波束的回拨信号进行积分，判断是否有无人机存在，通过阵列扫描波束在方位和俯仰向上的指向作为无人机相对于雷达的方位角α和俯仰角β，无人机回拨信号对应的延时乘以光速作为无人机相对于探测组件的距离r；基于雷达目标信息，进行无人机目标的识别，如果位置统计阈值小于预定值，则判断目标位无人机。

无源电子侦察探测设备具有6副WIFI信号接收天线，能够根据WIFI信号调制信号特征判断目标是否为无人机，从而在复杂电磁环境下筛选出无人机目标；然后比较两副天线接收到的无人机WIFI信号增益差异，计算出无人机的方位；通过低空小目标监视雷达和无源电子侦察探测设备获取的无人机距离、方位和俯仰信息，自动引导可见光成像单元和红外成像单元对无人机进行锁定跟踪，获得无人机的可见光图像和红外图像；。然后由操作员进行光电/干扰复合设备操作，根据目标的距离、大小因素设置不同功率的电磁干扰，从而实现对入侵无人机的迫降或驱离。

所述光电/干扰复合设备中具备干扰无人机常用的通信频段WIFI频段和5.8G频段、通信频段GPS频段1.5G～1.6G、400M～900M的电台频段，干扰系统能够通过调节发射功率控制电磁干扰距离。。

一种低空多无人机综合探测装置的处置方法，步骤如下：

1)对所述电子侦察和雷达探测无人机数据进行预处理，通过将超出无人机的速度和位置数据上限和下限的目标剔除，将不符合的目标信息剔除；

2)根据目标的连续多帧位置信息，与已记录无人机信息进行匹配，如果与已记录的无人机运动模式相匹配，则判别目标为无人机，否则，剔除目标；

3)所述低空无人机防控系统将根据目标的距离、高度和速度信息对各疑似目标进行威胁评估，威胁评估值在[0-1]区间，威胁评估完成后利用排序算法对各疑似目标进行排序，形成威胁目标列表；

4)所述低空无人机防控系统按照疑似目标列表，对空域内各疑似目标依次进行确认，将疑似目标的绝对位置信息发送至光电/干扰复合设备，光电/干扰复合设备利用红外相机对无人机进行跟踪和识别，与特征库进行匹配，确认是否为目标；如果是目标，则持续跟踪目标，并向操作人员提示告警，如操作员准备处置目标，则转至步骤5)，否则持续跟踪目标，直至目标丢失；如果非目标，则记录预定时间的目标视频后进行待机状态；

5)所述光电/干扰复合设备选择处置无人机的方式，如果是驱离无人机，向无人机发射WIFI频段电磁干扰信号，如果是迫降无人机，则向无人机发射WIFI和GPS两种信号。

发明效果

本发明与现有技术相比，其优点和有益效果是：

1)综合利用了电子侦察、雷达、红外和可见光等多种手段，解决了低空远距、中距、近距等全域监视的问题，克服了复杂背景下单一手段容易失效的难题；

2)所述一种目标识别和多目标威胁处置方法，解决了复杂背景下基于雷达数据的无人机运动识别问题，基于威胁评估算法，解决了多批次多无人机处置问题。

3)本系统通过利用多种手段，低空无人机检测效率达到95％以上，且各种天气、各种环境均可使用，费效比高、作用范围广、成本低。

附图说明

图1一种低空无人机防控系统

图2一种低空无人机防控系统布局图

图3系统软件组成连接图

图4基于目标轨迹的无人机识别过程图

图5目标自动处置过程图

具体实现方式

下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明的低空反无人机综合处置方法具体步骤如下：

步骤1：如图1和图2，系统由电子侦察系统、低空雷达系统、光电/干扰复合设备和综合显控台组成，在半径为R的圆型探测区域的外围布设，各台设备探测区域存在重叠区域，保证了圆形探测区域内的全覆盖。各设备同时上电工作，与综合显控台通过有线和无线通讯网络相连组成低空反无人机探测网络。

步骤2：如图3所示，综合显控台驻留反无人机综合监控软件，主要功能完成对各载荷设备侦察数据采集和设备控制，同时具备情报处理、语音控制、语音告警、综合态势监控等功能，包含七个软件模块：雷达设备监控模块、光电设备监控模块、伺服转台监控模块、干扰设备监控模块、情报处理模块、语音交互模块、综合态势监控模块。

步骤3：各侦察探测设备中均存在差分定位组件，能够利用GPS或北斗系统及差分定位方法获取各组件的精确经纬度信息，并发送至综合显控台。以侦察区域中心为三维直角坐标系原点，建立三维探测直角坐标系，其中探测设备的Z坐标就等于布设高度，x和y坐标示意原点的经纬度为参考，由探测设备的经纬度经转换获得。

步骤4：低空探测雷达利用扫描连续波束在方位和俯仰两个方向扫描，通过对扫描波束的回拨信号进行积分，判断是否有无人机存在，通过阵列扫描波束在方位和俯仰向上的指向作为无人机相对于雷达的方位角α和俯仰角β，无人机回拨信号对应的延时乘以光速作为无人机相对于探测组件的距离r。基于雷达目标信息，可以进行无人机目标的识别，如图4所示。主要原理为基于位置信息的运动模式匹配。如果位置统计阈值小于预定值，则判断目标位无人机。

步骤5：电子侦察设备具有6副WIFI信号接收天线，能够根据WIFI信号调制信号特征判断目标是否为无人机，从而在复杂电磁环境下筛选出无人机目标。然后比较两副天线接收到的无人机WIFI信号增益差异，即可计算出无人机的方位。

步骤6：通过雷达和电子侦察获取的无人机距离、方位和俯仰信息，自动引导可见光成像单元和红外成像单元对无人机进行锁定跟踪，获得了无人机的可见光图像和红外图像。然后由操作员进行手动电磁干扰操作，可根据目标的距离、大小等因素设置不同功率的电磁干扰，从而实现对入侵无人机的迫降或驱离。

步骤7：如图5所示，针对多台探测设备获取的多架无人机属性和位置信息，对多个目标进行威胁排序，可以使得处置设备可移动，通过统一目标列表管理；

一种用来执行上述低空无人机防控的系统，包括至少1台低空监视雷达、1台光电/干扰复合设备、1台综合显控台，可包含或不包含电子侦察设备，其中各设备均包含卫星定位单元1个，光电/干扰复合设备包含1个红外成像单元、1个可见光成像单元、1个伺服单元、1个电磁干扰处理机、1个电磁干扰天线，低空雷达包含1个雷达信号处理单元、1个雷达天线阵列、1个伺服单元，电子侦察设备包括1个电子信号处理机、6个或8个电子信号侦收天线，综合显控台包含1个信息处理主单元、1个信息显示单元、1个有限通信/无线网络。

每台探测设备搭载卫星定位模块，用于确定各台探测单元的位置，可采用北斗或GPS系列的卫星定位系统；低空监视雷达采用线性调频连续波的模式探测低空无人机；电子侦察设备采用多天线小信号增益技术，能够从复杂城市电磁环境中识别出无人机通信信号；红外成像单元采用制冷型或非制冷型高清热成像红外相机，用于获取无人机的连续实时图像，通过图像检测跟踪算法持续锁定无人机；可见光成像单元采用高速拍照广角摄像机，用于获取无人机的连续可见光图像；低空监视雷达、光电/干扰复合装置均配置伺服电机，用以调整设备的控制指向和速度。综合显控台用以接收并显示空域内无人机态势，以及各探测设备探测数据和工作状态，根据低空态势控制探测设备对空域进行侦察和监视，协调各单元的有序工作。各设备和显控台之间通过有线或无线网络进行探测数据和控制指令的传递，有线通信可以采用光纤通信方式，无线通信可以采用WIFI和移动4G网络；

综合监控软件同时采用二维显示和三维显示方式，主要完成探测信息处理、探测设备状态监视、人机交互与界面显示、任务处理与告警、数据记录与数据分析等功能，综合监控硬件处理平台可以选用PC机、平板电脑，综合监控界面针对不同硬件处理平台可以选用C++或者JAVA预研开发，信息处理算法按照上述方法描述(包含目标跟踪、威胁评估、目标排序、语音告警、语音指令识别、数据库存储)进行开发。

Claims (10)

1.一种低空无人机综合探测装置，其特征在于：包括无源电子侦察探测设备、低空小目标监视雷达、光电/干扰复合设备和综合显控台，其中1)无源电子侦察设备：用于远距离对单架或多架低慢小无人机目标进行粗测向和告警；2)低空小目标监视雷达：用于对单架或多架低慢小无人机进行持续监视和三坐标精确位置定位；3)光电/干扰复合设备：用于对低慢小无人机群进行跟踪、识别和干扰，迫使无人机群返航或降落；4)综合显控台：用于对低空态势监视、载荷控制以及数据分析。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：光电/干扰复合设备包含如下组成部分：a)红外系统：用于目标识别跟踪；b)可见光系统：用于目标确认；c)干扰系统：用于干扰低空无人机的通信链路和导航设备d)转动云台：用于带动红外系统、可见光系统和干扰系统转动。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：综合显控台驻留反无人机综合监控软件，用于完成对各载荷设备侦察数据采集和设备控制，同时具备情报处理、语音控制、语音告警、综合态势监控功能。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：综合显控台驻留反无人机综合监控软件，包含七个软件模块：雷达设备监控模块、光电设备监控模块、伺服转台监控模块、干扰设备监控模块、情报处理模块、语音交互模块、综合态势监控模块。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于：无人机综合监控软件同时采用二维显示和三维显示方式，完成探测信息处理、探测设备状态监视、人机交互与界面显示、任务处理与告警、数据记录与数据分析功能，综合监控硬件处理平台选用PC机、平板电脑，综合监控界面针对不同硬件处理平台，选用C++或者JAVA预研开发，信息处理算法按照目标跟踪、威胁评估、目标排序、语音告警、语音指令识别、数据库存储模块和功能进行开发。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：无源电子侦察探测设备均存在差分定位组件，能够利用GPS或北斗系统及差分定位方法获取各组件的精确经纬度信息，并发送至综合显控台；以侦察探测区域中心为三维直角坐标系原点，建立三维探测直角坐标系，其中无源电子侦察探测设备的Z坐标就等于布设高度，x和y坐标示意原点的经纬度为参考，由无源电子侦察探测设备的经纬度经转换获得。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：低空小目标监视雷达利用扫描连续波束在方位和俯仰两个方向扫描，通过对扫描波束的回拨信号进行积分，判断是否有无人机存在，通过阵列扫描波束在方位和俯仰向上的指向作为无人机相对于雷达的方位角α和俯仰角β，无人机回拨信号对应的延时乘以光速作为无人机相对于探测组件的距离r；基于雷达目标信息，进行无人机目标的识别，如果位置统计阈值小于预定值，则判断目标位无人机。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：无源电子侦察探测设备具有6副WIFI信号接收天线，能够根据WIFI信号调制信号特征判断目标是否为无人机，从而在复杂电磁环境下筛选出无人机目标；然后比较两副天线接收到的无人机WIFI信号增益差异，计算出无人机的方位；通过低空小目标监视雷达和无源电子侦察探测设备获取的无人机距离、方位和俯仰信息，自动引导可见光成像单元和红外成像单元对无人机进行锁定跟踪，获得无人机的可见光图像和红外图像；。然后由操作员进行光电/干扰复合设备操作，根据目标的距离、大小因素设置不同功率的电磁干扰，从而实现对入侵无人机的迫降或驱离。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述光电/干扰复合设备中具备干扰无人机常用的通信频段WIFI频段和5.8G频段、通信频段GPS频段1.5G～1.6G、400M～900M的电台频段，干扰系统能够通过调节发射功率控制电磁干扰距离。

10.如权利要求1所述一种低空多无人机综合探测装置的处置方法，其特征在于：步骤如下：

1)对所述电子侦察和雷达探测无人机数据进行预处理，通过将超出无人机的速度和位置数据上限和下限的目标剔除，将不符合的目标信息剔除；

2)根据目标的连续多帧位置信息，与已记录无人机信息进行匹配，如果与已记录的无人机运动模式相匹配，则判别目标为无人机，否则，剔除目标；

3)所述低空无人机防控系统将根据目标的距离、高度和速度信息对各疑似目标进行威胁评估，威胁评估值在[0-1]区间，威胁评估完成后利用排序算法对各疑似目标进行排序，形成威胁目标列表；

4)所述低空无人机防控系统按照疑似目标列表，对空域内各疑似目标依次进行确认，将疑似目标的绝对位置信息发送至光电/干扰复合设备，光电/干扰复合设备利用红外相机对无人机进行跟踪和识别，与特征库进行匹配，确认是否为目标；如果是目标，则持续跟踪目标，并向操作人员提示告警，如操作员准备处置目标，则转至步骤5)，否则持续跟踪目标，直至目标丢失；如果非目标，则记录预定时间的目标视频后进行待机状态；

5)所述光电/干扰复合设备选择处置无人机的方式，如果是驱离无人机，向无人机发射WIFI频段电磁干扰信号，如果是迫降无人机，则向无人机发射WIFI和GPS两种信号。

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