CN111505620A - 一种无人机探测系统及探测方法 - Google Patents

一种无人机探测系统及探测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种无人机探测系统及探测方法，包括天线模块，图像获取模块，控制单元以及显示模块，天线模块水平360°接收信号，控制单元包括一个信号过滤器，一个与信号过滤器相连的三角定位单元以及一个图像处理器；信号过滤器通过利用数据包识别技术，将天线模块接收到的信号进行过滤处理，滤除干扰信号，获得工作在主流频段RF2.4GHz或RF5.8GHz的无人机信号，三角定位单元根据所获得的无人机信号，进行三角定位，计算出无人机的高度、方位和距离，确认无人机的位置，图像处理器对图像获取模块收集到的图像信息进行分析和处理，如果得到无人机的外观图像，显示模块将实时放大显示无人机的位置信息和外观图像。

Description

一种无人机探测系统及探测方法
技术领域
本发明属于无人机技术领域，特别涉及一种无人机探测系统及探测方法。
背景技术
目前相对于有人驾驶飞机，无人机在诸多领域的某些方面具有明显的优势，使得无人机的使用也变得越来越频繁。但是，无人机的某些非法使用则会带来不良的影响，甚至会导致严重的后果，比如用无人机来窥探他人隐私或侵扰私人空间，更甚者擅闯机场或军事基地等各种禁飞区。因此，需要一种技术，在无人机的这种非法使用所造成的不良影响或危害之前将其探测出来，进而可以对其采取电磁干扰、驱逐或抓捕等反制措施。
目前可以通过分析声音信号，然后与已有的音频数据库进行对比，来判断是否存在无人机。但是，这需要建立庞大的音频数据库，同时如果无人机与探测系统的距离较远，则声音信号很可能会迅速衰减或容易被噪声干扰，导致探测效果不佳；此外，在信号密集的地方会有很严重的频率干扰，此时典型的RF探测系统很难探测到工作在主流频段RF2.4GHz或RF5.8GHz的无人机信号。
因此，本发明提出的一种无人机探测系统及探测方法，可以减小上述不利因素的影响，获得更好的探测效果。
发明内容
针对现有无人机检测方法存在干扰的问题，本发明提供一种无人机探测系统及探测方法，可以在复杂的信号干扰环境中，从较远距离外自动探测出无人机，并在较近距离内实时放大显示无人机的位置信息和外观图像。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种无人机的探测系统，包括天线模块、图像获取模块和控制单元；
天线模块，用于获取探测区域的信号；
控制单元，用于根据获取的信号采用三角定位法确定无人机的信号，并根据无人机的信号确定无人机的位置；
图像获取模块，用于根据无人机的位置，获取收集无人机的图像信息。
优选的，所述天线模块包括两个间隔设置的水平全向阵列天线；
所述水平全向阵列天线包含多个天线单元，天线单元间等角环绕分布。
优选的，所述两个水平全向阵列天线之间的安装距离大于等于15m。
优选的，所述控制单元包括信号过滤器、信号放大器、DC转换器、三角定位单元、图像处理器和控制器；
所述信号过滤器的输入端与水平全向阵列天线连接，输出端与信号过滤器连接，信号过滤器通过信号放大器与DC转换器连接，DC转换器与三角定位单元，三角定位单元和与控制器连接，图像处理器的输入端与图像获取模块连接，其输出端与控制器连接。
优选的，所述控制器还连接有报警器。
一种无人机的探测系统的探测方法，包括以下步骤：
S10、获取探测区域的信号；
S20、根据获取信号，确定在预定频段是否有无人机信号；
获得无人机信号，则执行步骤S20，未获得无人机信号，则返回步骤S10；
S30、根据获得无人机信号确定无人机的位置；
S40、获取无人机位置的图像信息，并进行分析处理，获取无人机图像；
未获得无人机图像，执行步骤S30。
优选的，步骤S30中采用三角定位法确定无人机的位置，具体过程如下：
步骤301、将两个水平全向阵列天线和无人机的位置形成一个定位三角；
步骤302、获取两个水平全向阵列天线之间的距离L，以及两个水平全向阵列天线之间的连接线分别与两个水平全向阵列天线与无人机连接线之间的夹角；
步骤303、根据获取的距离L和夹角，计算无人机的高度、方位和距离数据。
优选的，步骤S20中，获取到无人机信号，控制器输出报警信号，未获得无人机信号，控制器输出安全信号。
优选的，步骤S40中，获取到无人机图像，控制器输出无人机靠近报警信号。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提出了一种无人机探测系统，通过天线模块获取探测区域的信号，利用天线模块可接收远距离信号的优势，从较大的空间范围内接收信号，然后通过三角定位单元，解算无人机的位置信息，进而通过位置信息获取无人机的图像，天线模块和高清摄像头的远近互补，提高了无人机探测的准确度，可行性好。不用通过建立庞大的音频数据库来进行声音匹配识别，也较好的克服了典型RF探测系统探测到工作在主流频段RF2.4GHz或RF5.8GHz的无人机信号难度大的问题。
进一步地，每个水平全向阵列天线包含多个天线单元，天线单元间等角环绕分布，形成一个水平360°的阵列，可水平360°接收信号；如此，加大信号搜索范围和距离的同时，阵列天线也增强了信号强度和抗干扰能力。
进一步地，三角定位单元基于过滤处理后所获得的无人机信号，进行三角定位，计算出无人机的高度、方位和距离；其中，三角定位过程简单，计算量少执行效率高。
进一步地，图像获取模块可拍摄到较近范围内的无人机图像信息，通过图像处理器分析和处理，可获得无人机的外观图像，再结合监控显示器，实时地显示无人机的位置信息和外观图像，做到实时的监控。
本发明提供的一种无人机的探测方法，通过无人机的信号，采用三角定位法获取无人机的位置，并通过无人机的位置进一步获取无人机的图像，通过无人机的位置和无人机的图像双重确认，实现无人机的准确探测，获得工作在主流频段RF2.4GHz或RF5.8GHz的无人机信号，可行性高，实际效果好。
附图说明
图1为本发明无人机探测系统的结构框图；
图2为本发明无人机探测系统中天线模块的示意图；
图3为本发明三角定位的示意图；
图4为本发明无人机探测方法的流程图。
图中，1为水平全向阵列天线，2为天线模块，3为信号过滤器，4为信号放大器，5为DC转换器，6为三角定位单元，7为图像处理器，8为控制器，9为控制单元，10为高清摄像头，11为监控显示器，20为集线器，30为无人机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参阅图4，一种无人机的探测方法，包括以下步骤：
S10、获取开放空间的信号；
S20、对接收信号进行过滤；
S30、根据过滤的信号，确定在预定频段是否有无人机信号；
获得无人机信号，则执行步骤40，未获得无人机信号，则返回步骤S10，并将报警器切换至安全模式。
S40、采用三角定位方法，计算无人机的高度、方位和距离，确定无人机的位置。
S50、采集无人机位置的图像信息，并进行分析处理，确定是否得到无人机图像；
未获得无人机图像，执行步骤S40，同时将报警器切换至警告模式，警报器发出无人机正在靠近的警告；
获得无人机图像，执行步骤S60。
S60、警报器8切换到确认模式，该模式下，警报器8发出有无人机正在靠近的警告，同时监控显示器11将实时放大显示无人机30的位置信息和外观图像。
参照图1，本发明还提供了一种无人机探测装置，包括天线模块2、图像获取模块、显示模块、报警单元和控制单元9；
天线模块，用于获取无人机的信号；
图像获取模块，用于拍摄无人机的照片，收集无人机的图像信息。
显示模块，用于展示无人机的位置信息和图像；
报警单元，用于输出报警信号；
控制单元，用于根据获取的接收信号确定无人机的信号，并根据无人机的信号确定无人机的位置。
参阅图2，天线模块2包括两个在空间上彼此隔开的水平全向阵列天线1，每个水平全向阵列天线1包含多个天线单元，天线单元间等角环绕分布，形成一个水平360°的阵列，可水平360°接收信号；此外，为了防止相互干扰，天线模块中的两个水平全向阵列天线之间的安装距离大于等于15m。
水平全向阵列天线1中的天线单元的数量为6个。
水平全向阵列天线1从空间中接收信号，其中包括无人机信号，也有非无人机信号，因为在信号密集的空间中会有很严重的频率干扰，此时典型的RF探测系统就很难探测到工作在主流频段RF2.4GHz或RF5.8GHz的无人机信号。尤其是2.4GHz的信号在城市中到处都是，导致无人机发出的2.4GHz信号更难以检测。此外，包含了TCP/IP协议的数据包的信号是2.4GHz频段中的主要来源之一，比如充斥在城市空间中的接入点AP和WIFI信号。但TCP/IP协议的数据包一般包含一个握手过程，以便让两个设备之间建立通信连接。因此，将无人机发送的数据包与其他TCP/IP格式的数据包区分开，是识别出2.4GHz/5.8GHz频段中为无人机发出信号的关键点之一。下述信号过滤器3的部件中应用了上面所述的数据包识别技术，分析无人机探测系统所收集到的无线数据包的特性，并滤除那些包含TCP/IP握手过程的数据包，然后把其他有用的信号留给后面的三角定位单元使用，进而来确定无人机的位置。
图像获取模块为高清摄像头10。
显示模块为监控显示器11。
控制单元包括信号过滤器3、信号放大器4、DC转换器5、三角定位单元6、图像处理器7和控制器8。
信号过滤器3的输入端与水平全向阵列天线1连接，输出端与信号过滤器3连接，信号过滤器3通过信号放大器4与DC转换器5连接，DC转换器5通过集线器20与三角定位单元6连接，三角定位单元6与控制器8连接，图像处理器7与控制器连接。
信号过滤器3，利用数据包识别技术，将天线模块接收到的信号进行过滤处理，滤除干扰信号，获得工作在主流频段RF2.4GHz或RF5.8GHz的无人机信号。
信号放大器4，用于对经过过滤处理的RF信号进行放大。
DC转换器5，用于将经过过滤处理的RF信号转换成便于特征提取和分析的DC信号，并通过集线器20输送到三角定位单元6。
参阅图3，三角定位单元基于过滤处理后所获得的无人机信号，进行三角定位，水平全向阵列天线F、水平全向阵列天线S和无人机T组成一个三角形，通过线段连接，其中水平全向阵列天线F和水平全向阵列天线S两点及两点之间的距离FS已知，线段FT与FS，ST与FS之间的夹角已知，即可确定T点的位置，计算出无人机的高度、方位和距离。
控制器可基于来自三角定位单元的信号初步判断是否探测到无人机，并输出相应的报警信号，报警器根据报警信号，输出报警信息。
高清摄像头将收集到的图像信息传送给图像处理器进行分析和处理，图像处理器与控制器相连，控制器根据三角定位单元的探测结果和图像处理器的处理结果，最终判断是否探测到无人机，并切换到不同的工作模式。
显示模块与控制器相连，如果确认探测到无人机，监控显示器可实时放大显示无人机的位置信息和外观图像。
本发明提出了一种无人机探测系统及方法，不用通过建立庞大的音频数据库来进行声音匹配识别，也较好的克服了典型RF探测系统探测到工作在主流频段RF2.4GHz或RF5.8GHz的无人机信号难度大的问题。本发明首先利用天线模块可接收远距离信号的优势，从较大的空间范围内接收信号，再通过信号过滤器利用数据包识别技术，将天线模块接收到的信号进行过滤处理，滤除干扰信号，获得工作在主流频段RF2.4GHz或RF5.8GHz的无人机信号，可行性高，实际效果好。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无人机的探测系统，其特征在于，包括天线模块(2)、图像获取模块和控制单元(9)；
天线模块，用于获取探测区域的信号；
控制单元，用于根据获取的信号采用三角定位法确定无人机的信号，并根据无人机的信号确定无人机的位置；
图像获取模块，用于根据无人机的位置，获取收集无人机的图像信息。
2.根据权利要求1所述一种无人机的探测系统，其特征在于，所述天线模块包括两个间隔设置的水平全向阵列天线(1)；
所述水平全向阵列天线(1)包含多个天线单元，天线单元间等角环绕分布。
3.根据权利要求1所述一种无人机的探测系统，其特征在于，所述两个水平全向阵列天线之间的安装距离大于等于15m。
4.根据权利要求1所述一种无人机的探测系统，其特征在于，所述控制单元包括信号过滤器(3)、信号放大器(4)、DC转换器(5)、三角定位单元(6)、图像处理器(7)和控制器(8)；
所述信号过滤器(3)的输入端与水平全向阵列天线(1)连接，输出端与信号过滤器(3)连接，信号过滤器(3)通过信号放大器(4)与DC转换器(5)连接，DC转换器(5)与三角定位单元(6)，三角定位单元(6)和与控制器(8)连接，图像处理器(7)的输入端与图像获取模块连接，其输出端与控制器连接。
5.根据权利要求4所述一种无人机的探测系统，其特征在于，所述控制器(8)还连接有报警器。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的无人机的探测系统的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、获取探测区域的信号；
S20、根据获取信号，确定在预定频段是否有无人机信号；
获得无人机信号，则执行步骤S20，未获得无人机信号，则返回步骤S10；
S30、根据获得无人机信号确定无人机的位置；
S40、获取无人机位置的图像信息，并进行分析处理，获取无人机图像；
未获得无人机图像，执行步骤S30。
7.根据权利要求6所述的无人机的探测系统的探测方法，其特征在于，步骤S30中采用三角定位法确定无人机的位置，具体过程如下：
步骤301、将两个水平全向阵列天线和无人机的位置形成一个定位三角；
步骤302、获取两个水平全向阵列天线之间的距离L，以及两个水平全向阵列天线之间的连接线分别与两个水平全向阵列天线与无人机连接线之间的夹角；
步骤303、根据获取的距离L和夹角，计算无人机的高度、方位和距离数据。
8.根据权利要求6所述的无人机的探测系统的探测方法，其特征在于，步骤S20中，获取到无人机信号，控制器输出报警信号，未获得无人机信号，控制器输出安全信号。
9.根据权利要求6所述的无人机的探测系统的探测方法，其特征在于，步骤S40中，获取到无人机图像，控制器输出无人机靠近报警信号。
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