CN111398894A - 一种基于移动通信网络的低慢小目标检测追踪系统及检测追踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于移动通信网络的低慢小目标检测追踪系统及检测追踪方法，该系统以至少一个移动通信基站为基础，包括多个目标检测接收机和主控显示服务器，每一个基站周围设置多个目标检测接收机，且保证多个目标检测接收机能够接收到检测区域内的目标反射信号；主控显示服务器对多个目标检测接收机上传的数据进行分析处理，切换目标检测接收机进行检测并跟踪低慢小目标。本发明利用现有的通信基站和移动台连续发送高频信号进行通信的事实，合理的设计并布局接收机，在不改变移动通信基础设施的前提下检测低慢小目标，实现成本低，接收端算法复杂度低，技术易于实现。为低慢小目标的检测提供了一种新的技术手段。

Description

一种基于移动通信网络的低慢小目标检测追踪系统及检测追 踪方法

技术领域

本发明涉及低慢小目标检测技术。主要涉及一种基于移动通信网络的低慢小目标检测追踪系统及检测追踪方法。

背景技术

近年来，随着低空领域逐渐开放，越来越多的通用低空小目标为国民的低空飞行作业提供服务。但是在低空检测的过程中，山体，楼宇的遮蔽效应导致检测装置容易受到影响，进而缩小检测范围及影响检测准确率；另外由于低空小目标设备及环境原因，难以快速飞行，导致信号多普勒频率不明显，从而影响雷达信号的处理及目标的准确检测。所以，低空领域管理手段有限，低空小目标低慢小目标很容易在管理薄弱的地方进行违法犯罪活动，因此低空小目标的检测管理就变得尤为重要。

现有低空小目标的检测方法主要是通过声学、视频、热检测或雷达等方法完成飞行器检测。但是声学方法在安静的环境中效果很好，在拥挤的市区或嘈杂的环境中通常无法奏效。而视频检测对光照条件非常敏感，它们只能当目标在视频检测范围内时才能识别物体。并且视频检测在计算复杂度上要求过高，需要高性能的图像采集设备。热检测的缺点是绝大多数商用无人机都由电动四轴飞行器组成，它们无法散发出足够的热量来被检测到；同时与识别率相比，热检测技术的实施成本更高。同时低空小目标存在速度低，雷达横截面小等特征，致使多普雷频偏不明显，反射回波难以提取，从而也会影响雷达检测的实时性能。

上述检测方法均存在检测手段上的局限性，且检测成本昂贵，检测技术复杂度高等问题。

发明内容

发明目的：为解决现有技术的不足，本发明提供一种基于移动通信网络的低慢小目标检测追踪系统及检测追踪方法。

技术方案：本发明设计了一种基于移动通信网络的低慢小目标检测追踪系统及检测追踪方法。系统利用已有的通信基站作为基础，主要由目标检测接收机和主控显示服务器构成。每一个基站周围部署多个目标检测接收机，每个目标检测接收机的定向接收天线主瓣波束方向指向基站位置，保证目标检测接收机能够接收到检测区域内的目标反射信号。目标检测接收机包括信号接收模块、环境探测模块、目标判断模块、目标距离估计模块和距离数据上传模块，实现对检测区域内是否有目标进行检测，并将数据上传至主控显示服务器。主控显示服务器包括数据接收模块、接收机选择切换模块、目标定位追踪模块以及显示模块实现对多个目标检测接收机的数据接收以及分析，判断目标位置并且显示定位。

这种基于移动通信网络的低慢小目标检测系统实现难度低，不需要额外的发射机，因此实现成本低，系统完善，能实现多接收机联合检测。能为低空领域对飞行器的检测提供一种新的检测手段。本发明基于对建立好的信号链路进行信号强度分析，检测出低慢小目标，对目标反射信号进行分析并做距离估计。最后主控显示服务器进行切换控制、定位和显示。具体的：

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于移动通信网络的低慢小目标检测追踪系统，以至少一个移动通信基站为基础，包括多个目标检测接收机，每一个基站周围设置多个目标检测接收机，且保证多个目标检测接收机能够接收到检测区域内的目标反射信号；主控显示服务器，对多个目标检测接收机上传的数据进行分析处理，切换目标检测接收机进行检测并跟踪目标。

可选的，多个目标检测接收机包括信号接收模块、环境探测模块、目标判断模块、目标距离估计模块和距离数据上传模块，其中，目标检测接收机通过信号接收模块中的定向接收天线接收检测区域内基站发射的直达波信号和目标反射信号；环境探测模块分析一定时间内的接收信号，感知无反射目标下的信号链路特征；目标判断模块基于环境探测模块的信号链路特征，判断接收信号是否含有目标反射信号，从而判断是否有目标存在；目标距离估计模块基于目标判断模块得到含有目标反射信号的接收信号，从而计算得到直达波信号和目标反射信号路径距离差；距离数据上传模块将目标距离估计模块的结果上传到主控显示服务器。

信号接收模块包括定向接收天线，每个目标检测接收机有至少一个定向接收天线，每一个定向接收天线主瓣波束方向指向不同基站位置；调整定向接收天线的高度和倾角，保证目标检测接收机能够接收到检测区域内的目标反射信号。

可选的，主控显示服务器包括数据接收模块、接收机选择切换模块、目标定位追踪模块以及显示模块，其中，数据接收模块获取多个目标检测接收机所传递的距离数据；接收机选择切换模块根据各目标检测接收机发送的数据，判断能接收到目标反射信号的目标检测接收机，从而判断低慢小目标可能的运动趋势，当低慢小目标进入邻区的时候，切换到低慢小目标移动至新的检测区域下的目标检测接收机；目标定位追踪模块根据三边定位算法对所选择的目标检测接收机上传的距离信息对低慢小目标定位，得到其相对三维空间坐标，每秒对低慢小目标进行定位，实现对低慢小目标的跟踪；显示模块将每次定位结果实时显示在地图网页界面上，并标记出低慢小目标轨迹。

本发明还提供了一种基于移动通信网络的低慢小目标检测追踪系统的检测追踪方法，包括以下步骤：

(1)根据现有的移动通信网络基站的位置，对多个目标检测接收机进行布局。

每个移动通信网络基站周围设置有多个目标检测接收机，实现一个基站发多个目标检测接收机收；每个目标检测接收机至少有一个定向接收天线，在多基站的情况下，每一个定向接收天线主瓣波束方向指向不同的基站位置；调整定向天线的高度和倾角，并进行测试，保证多个目标检测接收机能够接收到检测区域内的目标反射信号。

以一个基站为发射端，在一个基站周围布局多个目标检测接收机，实现一发多收。每个目标检测接收机有至少一个定向接收天线，每一个定向接收天线主瓣波束方向指向不同的基站位置。调整定向接收天线的高度和倾角，保证目标检测接收机能够接收到检测区域内的目标反射信号。

(2)目标检测接收机通过信号接收模块接收检测区域内的基站直达波信号，并建立基站直达波信号链路；通过神经网络对建立好的基站直达波信号链路的信号特征进行分析，对检测区域的低空小目标反射回波信号持续检测，判断是否有回波信号，如果有回波信号，则计算出直达波信号和经过低空小目标反射的回波信号距离差，最后将距离数据上传到主控显示服务器。

目标检测接收机的信号处理流程为：

目标检测接收机的信号接收模块接收检测区域内的基站发射的直达波信号，环境探测模块通过深度学习或者神经网络分析接收信号，获得发送基站和多个目标检测接收机之间的环境下的信号链路特征；

目标检测接收机持续接收发送基站和目标检测接收机之间的环境下的直达波信号，利用分析已经建立好的信号链路特征，分析在信号链路下信号接收强度是否超出正常值，信号是否发生频偏，从而判断空间中是否有无人机；将含有无人机的回波信号的接收信号发送给目标距离估计模块；

目标距离估计模块基于目标判断模块得到含有回波信号的接收信号，从而计算得到直达波信号和经过目标反射的回波信号距离差；计算方法为：

含有回波信号的接收信号r′跟本地序列z做互相关，其方法为：

得到两个相关峰，设相关峰间隔的采样点数为h，系统采样率为s，得到回波信号路径距离l′和直达波信号路径距离l的路径距离差Δl：

距离数据上传模块将距离估计模块的结果上传到主控显示服务器。

具体为：

(21)目标检测接收机的信号接收模块通过定向接收天线接收时间长度为t的接收信号r，以使目标检测接收机和基站建立好信号链路，环境探测模块对信号链路特征进行分析；

(22)目标检测接收机在检测时间T(t<T)内，连续接收多组接收信号r。目标判断模块基于环境探测模块的信号链路特征，判断每一组接收信号r是否含有目标反射信号，从而判断是否有低慢小目标存在。如果有目标反射信号，则命名为接收信号r′，将含有目标反射信号的接收信号r′发送给目标距离估计模块，否则丢弃接收信号r。

(23)目标距离估计模块基于目标判断模块得到含有目标反射信号的接收信号r′，将接收信号r′与本地序列z做互相关。其中本地序列是和基站发射直达波信号序列相同的序列，但是保存在目标检测接收机使用。根据相关峰之间的采样点数间隔h和系统采样率s，计算出直达波信号和目标反射信号的路径差△l；

(24)目标检测接收机的距离数据上传模块将目标距离估计模块计算得到的距离数据上传到主控显示服务器；

(3)主控显示服务器对多个目标检测接收机上传的距离数据进行分析处理，切换目标检测接收机进行检测，判断目标位置并且定位和跟踪。

(31)主控显示服务器的数据接收模块对多个目标检测接收机的数据进行接收。接收机选择切换模块对接收到的多个目标检测接收机的数据进行分析。判断低慢小目标可能的运动趋势，当目标进入邻区的时候，切换到低慢小目标移动至新的检测区域下的目标检测接收机；

(32)根据已知的基站和目标检测接收机的位置以及目标检测接收机估算的路径差Δl，得到回波信号路径距离l′；

(33)主控显示服务器根据多个目标检测接收机计算得到多组回波信号路径距离l′，对低慢小目标进行定位。

主控显示服务器的信号处理方法为：

距离数据接收模块接收各个目标检测接收机上传的距离数据；

接收机选择切换模块利用深度学习和神经网络，对多个目标检测接收机的检测数据分析；判断无人机位于哪几个目标检测接收机的检测范围下，主控显示服务器利用这几个目标检测接收机对低慢小目标进行持续监测，且将这几个目标检测接收机上传的距离数据发送给目标定位追踪模块；

目标定位追踪模块根据多个目标检测接收机估算的路径差Δl₁…Δl_n，利用已知的基站和多个目标检测接收机的距离l₁…l_n，得到不同目标检测接收机接收到的回波信号路径距离l′₁…l′_n：

定位目标距离的方法是，通过回波路径距离l′₁…l′_n，结合已知的基站位置和目标检测接收机位置，设低慢小目标位置坐标为(x，y，z)，目标检测接收机位置坐标为(x₁，y₁，z₁)…(x_n，y_n，z_n)，通过如下方程组，当n≥3时，则得到低慢小目标位置：

(4)主控显示服务器的显示模块对多个目标检测接收机上传的距离数据进行显示，并在地图上显示低慢小目标的位置以及轨迹。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明的技术在不改变移动通信基础设置的基础上，目标检测接收机对和基站建立好的信号链路环境进行分析，并分析是否有回波信号。对含有回波信号的接收信号和本地序列进行互相关，根据相关峰位置和系统采样率得到低慢小目标的距离估计。所使用的技术复杂度低，且易于实现。

(2)本发明利用现有的移动通信基站作为发射端，只需要设计新的目标检测接收机，利用指向不同检测区域的定向接收天线，实现一个基站发多个目标检测接收机收，主控显示服务器切换不同的目标检测接收机接收不同的基站发射的直达波信号，从而可以对不同的蜂窝小区进行检测。所以检测低空小目标的成本低。且基站持续发送信号，所以系统可持续对低慢小目标进行检测。

(3)主控显示服务器接收多个目标检测接收机的信号，并对其进行分析，检测是否有目标存在。检测范围广。

附图说明

图1是图1为低慢小目标检测系统架构图；

图2为目标检测接收机信号处理流程图；

图3为主控显示服务器信号处理流程图；

图4为相邻小区切换示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

针对低慢小目标在现有检测方法中，检测手段存在局限性，检测成本昂贵，检测技术复杂度高等问题。且低空领域需要一种新型的技术实现低空小目标的检测的需求。所以本发明设计了一种基于移动通信网络的低慢小目标检测跟踪系统及检测跟踪方法，以实现低慢小目标的检测。利用现有的通信基站和移动台连续发送高频信号进行通信的事实，将基站发送的信号作为检测信号，合理的设计并布局目标检测接收机。目标检测接收机对接收到的基站发送的信号进行信号强度计算，并且提取低慢小目标的目标反射信号，进行距离估计。最后在多个目标检测接收机下实现联合切换追踪目标。利用已有的通信基站作为基础，实现成本低。接收端算法复杂度低，技术易于实现。

检测跟踪系统以至少一个移动通信基站为基础，包括多个目标检测接收机和一个主控显示服务器，每一个基站周围设置多个目标检测接收机，且保证多个目标检测接收机能够接收到检测区域内的目标反射信号；主控显示服务器对多个目标检测接收机上传的数据进行分析处理，切换目标检测接收机进行检测并跟踪低慢小目标。

多个目标检测接收机包括信号接收模块、环境探测模块、目标判断模块、目标距离估计模块和距离数据上传模块，其中，目标检测接收机通过信号接收模块接收检测区域内的基站发射的直达波信号和目标反射信号；环境探测模块通过神经网络分析一定时间内的接收信号，感知无反射目标下的信号链路特征；目标判断模块基于环境探测模块的信号链路特征，判断接收信号是否含有目标反射信号，从而判断是否有目标存在；目标距离估计模块基于目标判断模块得到含有目标反射信号的接收信号，从而计算得到直达波信号和目标反射信号的路径距离差；距离数据上传模块将距离估计模块的结果上传到主控显示服务器。信号接收模块为定向接收天线，每个目标检测接收机有至少一个定向接收天线，每一个定向接收天线主瓣波束方向指向不同基站位置；调整定向接收天线的高度和倾角，保证目标检测接收机能够接收到检测区域内的目标反射信号。

主控显示服务器包括数据接收模块、接收机选择切换模块、目标定位追踪模块以及显示模块，其中，数据接收模块获取多个目标检测接收机所传递的距离数据；接收机选择切换模块根据各目标检测接收机发送的数据，判断能接收到目标反射信号的目标检测接收机，从而判断低慢小目标可能的运动趋势，当低慢小目标进入邻区的时候，切换到低慢小目标移动至新的检测区域下的目标检测接收机；目标定位追踪模块根据三边定位算法对所选择的目标检测接收机上传的距离信息对低慢小目标定位，得到其相对三维空间坐标，每秒对低慢小目标进行定位，实现对目标的跟踪；显示模块将每次定位结果实时显示在地图网页界面上，并标记出低慢小目标轨迹。

系统中所述的基站仅为商用基站，发射天线为定向面天线。将基站发射的通信信号作为检测信号。以一个基站为发射端，在一个基站周围布局多个信号检测接收机，实现一发多收；每个信号检测接收机有至少一个定向接收天线，每一个定向接收天线主瓣波束方向指向不同基站位置；调整定向接收天线的高度和倾角，保证信号检测接收机能够接收到检测区域内的目标反射信号。系统中所述信号检测接收机的天线为定向接收天线，可以但不限于是栅格天线，面天线等。天线增益高，方向性好，能接收宽带信号，接收波束宽。

参照图1为低慢小目标检测系统架构图，根据图示基站在持续不断地和用户手机进行通信向外辐射信号，且会被目标检测接收机接收到信号，目标检测接收机和基站建立较为稳定的信号链路，目标检测接收机分析信号链路特征。当出现低慢小目标的时候，基站发送的信号在遇到低空小目标后会反射，并且反射的回波信号被目标检测接收机再次接收到，引起建立好的信号链路的波动，目标检测接收机判断出是否有低空小目标的存在，并且根据直达波信号和回波信号的时间差估计低空小目标和目标检测接收机的距离。多台目标检测接收机将数据传输到主控显示服务器。主控显示服务器可对多台目标检测接收机上传的数据进行分析，一方面切换到可检测目标的目标检测接收机，另外一方面可以给出目标定位，并且显示在界面上。

一种基于移动通信网络的低慢小目标检测追踪系统的检测追踪方法，具体实现步骤如下：

(1)根据现有的通信网络基站的位置，对多个目标检测接收机进行合理布局。

(11)以一个基站为发射端，在一个基站周围布局多个目标检测接收机，实现一发多收；

在实际的蜂窝网络基站的建设基础上，合理布局目标检测接收机的位置，每个蜂窝网络的基站周围有多台目标检测接收机，实现一个基站发多个目标检测接收机收。

(12)每个信号检测接收机有至少一个定向接收天线，在多基站的情况下，每一个定向接收天线主瓣波束方向指向不同的基站位置；

(13)调整定向接收天线的高度和倾角，并进行测试，保证多个目标检测接收机能够接收到检测区域内的目标反射信号。

(2)目标检测接收机通过信号接收模块(定向接收天线)接收检测区域内的基站直达波信号，并建立基站直达波信号链路；通过神经网络对建立好的基站直达波信号链路的信号特征进行分析，对检测区域的低慢小目标反射信号持续检测，判断是否有目标反射信号，如果有则计算出直达波信号和目标反射信号路径距离差，最后将距离数据上传到主控显示服务器。

如图2所示为目标检测接收机一次信号处理的流程，包括以下步骤：

(21)信号检测接收机的信号接收模块接收时间长度为t的信号r，和基站建立好信号链路，环境探测模块对信号链路特征进行分析；

(22)在一段时间T内，连续接收信号r。目标判断模块基于环境探测模块的信号链路特征，判断信号r是否含有目标反射信号，从而判断是否有目标存在。如果有目标反射信号，将含有目标反射信号的信号r发送给目标距离估计模块，否则丢弃信号r；

(23)目标距离估计模块基于目标判断模块得到含有目标反射信号的信号r′，将信号r′跟本地序列z做互相关。其中本地序列是和基站发射直达波信号序列相同的序列，但是保存在目标检测接收机使用。根据相关峰之间的采样点数间隔h和系统采样率s，计算出直达波和回波的路径差Δl；

(24)信号检测接收机的数据上传模块将距离估计模块计算得到的距离数据上传到主控显示服务器。

目标检测接收机持续对信号进行接收处理，其定向接收天线接收检测区域内的基站发射的直达波信号，环境探测模块通过深度学习或者神经网络分析接收信号，获得发送基站和各目标检测接收机之间的环境下的信号链路特征。特征包括但不限于信号强度、频率和相位等信息。本实施例以信号强度为例，计算步骤为：

对建立好的信号链路进行环境感知，计算接收信号的信号强度，利用信号强度的最大值和最小值作为信号波动范围界限。信号检测接收机在没有低慢小目标的情况下，信号检测接收机只能接收到基站发送的直达波信号和其他非目标反射信号统称的信号d，当出现低空小目标的时候，信号检测接收机会多接收到一个目标反射信号e。所以接收信号r表示为：

信号检测接收机对接收到的信号r进行信号强度计算并检测。接收机在没有低空小目标的情况下接收到的信号只有信号d，虽然除了直达波信号还有其他的多径信号，但是信号强度的变化会趋于稳定在一个范围内。在信号检测接收机的一次接收时间t内，得到信号d的信号强度X_d为：

在一段检测时间T(2t＜T)内，能得到n个信号强度值

其中n：

在

中得到信号强度的最大值X_dmax和最小值X_dmin。

因此将(X_dmax，X_dmin)作为无目标环境下信号强度范围。

目标检测接收机持续接收发送基站和目标检测接收机之间的环境下的信号，利用分析已经建立好的信号链路特征，分析在信号链路下信号接收强度是否超出正常值，信号是否发生频偏等，从而判断空间中是否有无人机。将含有无人机的回波信号的接收信号发送给目标距离估计模块。

目标距离估计模块基于目标判断模块得到含有回波信号的接收信号，从而计算得到直达波信号和经过目标反射的回波信号距离差。计算方法为：

通过对含有目标反射信号e的信号r′进行分析，并且给出距离估计。首先，目标判断模块发送的信号r′跟本地序列z做互相关，其中本地序列是和基站发射直达波信号序列相同的序列，但是保存在目标检测接收机使用。表达式为：

其中t是信号的时间长度，同时也是积分变量，τ是本地序列位移的量。假设相关峰间隔的采样点数为h，系统采样率为s，s要求不小于20MHz，得到回波信号路径距离l′和直达波信号路径距离l的路径距离差Δl：

最后，每个目标检测接收机的距离数据上传模块将目标检测接收机的相关数据上传到主控显示服务器。

(3)主控显示服务器的距离数据接收模块对多个目标检测接收机的数据进行接收，然后，主控显示服务器的接收机选择切换模块对接收到的多个目标检测接收机的数据进行分析，目标定位追踪模块根据三边定位方法对目标进行定位和跟踪。三边定位法是指目标检测接收机数量在3个或者3个以上，对低慢小目标进行定位，如果目标检测接收机数量越多，定位结果越准确。

主控显示服务器一次信号处理的流程如图3所示，包括以下步骤：

(31)主控显示服务器的数据接收模块对多个目标检测接收机的数据进行接收。接收机选择切换模块对接收到的多个目标检测接收机的数据进行分析。判断低慢小目标可能的运动趋势，当低慢小目标进入邻区的时候，切换到低慢小目标移动至新的检测区域下的目标检测接收机；

(32)根据已知的基站和目标检测接收机的位置以及目标检测接收机估算的路径差Δl，得到回波信号路径距离l′；

(33)主控显示服务器根据多个目标检测接收机计算得到多组回波信号路径距离l′，对低空小目标进行定位；

距离数据接收模块接收各个目标检测接收机上传的距离数据；

接收机选择切换模块利用深度学习和神经网络，对多个目标检测接收机的检测数据分析；判断无人机位于哪几个目标检测接收机的检测范围下，主控显示服务器利用这几个目标检测接收机对低慢小目标进行持续监测，且将这几个目标检测接收机上传的距离数据发送给目标定位追踪模块。

如图4所示，进一步说明如何进行不同蜂窝小区下的接收机切换，以三个相邻小区A₁、A₂和A₃为例，小区A₁、A₂和A₃附近有目标检测接收机B₁、B₂…B₇。主控显示系统的接收机切换模块根据神经网络，对目标检测接收机B₁、B₂…B₇的信号上传的数据进行分析。当低慢小目标无人机飞入小区A₁时。接收机选择切换模块分析得到目标检测接收机B₁、B₂和B₃可以接收到目标反射信号，并且估计出目标检测接收机到低慢小目标的距离差为Δl₁，Δl₂和Δl₃。所以主控显示系统将切换到这三个目标检测接收机对低慢小目标进行监测，通过Δl₁，Δl₂和Δl₃对低慢小目标进行定位。

目标定位追踪模块根据多个目标检测接收机估算的路径差Δl₁…Δl_n，利用已知的基站和多个接收机的距离l₁…l_n，可以得到不同目标检测接收机接收到的目标反射信号的路径距离l′₁…l′_n：

定位低慢小目标距离的方法是，通过目标反射信号路径距离l′₁…l′_n，结合已知的基站位置和目标检测接收机位置，设低慢小目标位置为(x，y，z)，目标检测接收机位置为(x₁，y₁，z₁)…(x_n，y_n，z_n)，通过如下方程组，当n≥3的时候，可得到低慢小目标位置。每隔1s对目标进行定位，从而实现对低慢小目标的追踪。

(4)主控显示服务器的显示模块对多个目标检测接收机上传的距离数据进行显示，并在地图上显示低慢小目标的位置以及轨迹。

本发明的特征在于低慢小目标检测跟踪系统包括目标检测接收机和主控显示服务器。目标检测接收机是在移动通信基站周围布置多台接收机，通过不同的定向接收天线指向不同的基站，利用基站的发送信号分析信号链路特征，并判断是否有低慢小目标的回波信号。如果目标检测接收机接收到低慢小目标的回波信号，则将含有目标反射信号的接收信号与本地序列进行互相关分析，得到目标反射信号路径距离，并上传到主控显示服务器。主控显示服务器接收并分析来自多个目标检测接收机的距离数据，并在地图上标记出低慢小目标位置。目标检测接收机持续接收目标反射信号，主控显示服务器每秒对低慢小目标进行定位，完成对低慢小目标的追踪。本发明的低慢小目标检测追踪系统能在不改变移动通信基础设施的前提下检测低慢小目标，为低慢小目标的检测提供了一种新的技术手段。

Claims (8)

1.一种基于移动通信网络的低慢小目标检测追踪系统，其特征在于，该系统以至少一个移动通信基站为基础，包括：

多个目标检测接收机，每一个基站周围设置多个目标检测接收机，且保证多个目标检测接收机能够接收到检测区域内的目标反射信号；

主控显示服务器，对多个目标检测接收机上传的数据进行分析处理，切换目标检测接收机进行检测并跟踪目标。

2.根据权利要求1所述的一种基于移动通信网络的低慢小目标检测追踪系统，其特征在于，多个目标检测接收机包括信号接收模块、环境探测模块、目标判断模块、目标距离估计模块和距离数据上传模块，其中，目标检测接收机通过信号接收模块中的定向接收天线接收检测区域内基站发射的直达波信号和目标反射信号；环境探测模块分析一定时间内的接收信号，感知无反射目标下的信号链路特征；目标判断模块基于环境探测模块的信号链路特征，判断接收信号是否含有目标反射信号，从而判断是否有目标存在；目标距离估计模块基于目标判断模块得到含有目标反射信号的接收信号，从而计算得到直达波信号和目标反射信号路径距离差；直达波信号路径距离、目标反射信号路径距离和二者的距离差数据上传模块将目标距离估计模块的结果上传到主控显示服务器。

3.根据权利要求2所述的一种基于移动通信网络的低慢小目标检测追踪系统，其特征在于，信号接收模块包括定向接收天线，每个目标检测接收机有至少一个定向接收天线，每一个定向接收天线主瓣波束方向指向不同基站位置；调整定向接收天线的高度和倾角，保证目标检测接收机能够接收到检测区域内的目标反射信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于移动通信网络的低慢小检测追踪系统，其特征在于，主控显示服务器包括数据接收模块、接收机选择切换模块、目标定位追踪模块以及显示模块，其中，数据接收模块获取多个目标检测接收机所传递的距离数据；接收机选择切换模块根据各目标检测接收机发送的数据，判断能接收到目标反射信号的目标检测接收机，从而判断低慢小目标可能的运动趋势，当低慢小目标进入邻区的时候，切换到低慢小目标移动至新的检测区域下的目标检测接收机；目标定位追踪模块根据三边定位算法对所选择的目标检测接收机上传的距离信息对低慢小目标定位，得到其相对三维空间坐标，每秒对低慢小目标进行定位，实现对低慢小目标的跟踪；显示模块将每次定位结果实时显示在地图网页界面上，并标记出低慢小目标轨迹。

5.一种基于权利要求1至4任一项所述的基于移动通信网络的低慢小检测追踪系统的检测追踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据现有的移动通信网络基站的位置，对多个目标检测接收机进行布局；

(2)目标检测接收机通过信号接收模块接收检测区域内的基站直达波信号，并建立基站直达波信号链路；通过神经网络对建立好的基站直达波信号链路的信号特征进行分析，对检测区域的低空小目标反射回波信号持续检测，判断是否有回波信号，如果有回波信号，则计算出直达波信号和经过低空小目标反射的回波信号距离差，最后将距离数据上传到主控显示服务器；

(3)主控显示服务器对多个目标检测接收机上传的距离数据进行分析处理，切换目标检测接收机进行检测，判断目标位置并且定位和跟踪；

(4)主控显示服务器的显示模块对多个目标检测接收机上传的距离数据进行显示，并在地图上显示低慢小目标的位置以及轨迹。

6.根据权利要求5所述的一种基于移动通信网络的低慢小检测追踪系统的检测追踪方法，其特征在于，步骤(1)中每个移动通信网络基站周围设置有多个目标检测接收机，实现一个基站发多个目标检测接收机收；每个目标检测接收机至少有一个定向接收天线，在多基站的情况下，每一个定向接收天线主瓣波束方向指向不同的基站位置；调整定向天线的高度和倾角，并进行测试，保证多个目标检测接收机能够接收到检测区域内的目标反射信号。

7.根据权利要求5所述的一种基于移动通信网络的低慢小检测追踪系统的检测追踪方法，其特征在于，步骤(2)中目标检测接收机的信号处理流程为：

目标检测接收机的信号接收模块接收检测区域内的基站发射的直达波信号，环境探测模块通过深度学习或者神经网络分析接收信号，获得发送基站和多个目标检测接收机之间的环境下的信号链路特征；

目标检测接收机持续接收发送基站和目标检测接收机之间的环境下的直达波信号，利用分析已经建立好的信号链路特征，分析在信号链路下信号接收强度是否超出正常值，信号是否发生频偏，从而判断空间中是否有无人机；将含有无人机的回波信号的接收信号发送给目标距离估计模块；

目标距离估计模块基于目标判断模块得到含有回波信号的接收信号，从而计算得到直达波信号和经过目标反射的回波信号距离差；计算方法为：

含有回波信号的接收信号r′跟本地序列z做互相关，其方法为：

得到两个相关峰，设相关峰间隔的采样点数为h，系统采样率为s，得到回波信号路径距离l′和直达波信号路径距离l的路径距离差Δl：

距离数据上传模块将距离估计模块的结果上传到主控显示服务器。

8.根据权利要求5所述的一种基于移动通信网络的低慢小检测追踪系统的检测追踪方法，其特征在于，步骤(3)中主控显示服务器的信号处理方法为：

距离数据接收模块接收各个目标检测接收机上传的距离数据；

接收机选择切换模块利用深度学习和神经网络，对多个目标检测接收机的检测数据分析；判断无人机位于哪几个目标检测接收机的检测范围下，主控显示服务器利用这几个目标检测接收机对低慢小目标进行持续监测，且将这几个目标检测接收机上传的距离数据发送给目标定位追踪模块；

目标定位追踪模块根据多个目标检测接收机估算的路径差Δl₁…Δl_n，利用已知的基站和多个目标检测接收机的距离l₁…l_n，得到不同目标检测接收机接收到的回波信号路径距离l′₁…l′_n：

定位目标距离的方法是，通过回波路径距离l′₁…l′_n，结合已知的基站位置和目标检测接收机位置，设低慢小目标位置坐标为(x，y，z)，目标检测接收机位置坐标为(x₁，y₁，z₁)…(x_n，y_n，z_n)，通过如下方程组，当n≥3时，则得到低慢小目标位置：

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