CN111739349B - 一种用于石油石化领域的无人机综合管控系统 - Google Patents
一种用于石油石化领域的无人机综合管控系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于无人机防御技术领域，具体公开了一种用于石油石化领域的无人机综合管控系统。该系统由综合态势展现模块、多元信息采集模块、威胁评估告警模块、指挥调度模块组成。综合态势展现模块是基于GIS地理信息系统的综合信息显示平台，能对管控的地理信息资源、无人机态势信息、飞行轨迹、指挥调度、警务出警情况综合化展现。多元信息采集模块由TDOA无线电侦测系统和网格无线电无源侦测设备组成，威胁评估告警模块由无人机目标性数据库和智能分析处理模块组成，指挥调度模块由指挥控制系统和卫星导航诱骗系统组成。本方案不会对石油石化区域造成任何影响，可实时显示区域无人机综合管控情况，便于指挥调度，解了决石油石化领域无人机管控技术难题。
Description
技术领域
本发明属于无人机防御技术领域，具体涉及一种用于石油石化领域的无人机综合管控系统。
背景技术
近年来，随着无人飞行器飞控和导航技术的快速发展，以及集成电路等相关元器件成本不断降低，无人机行业进入了高速发展阶段。从微小型的航拍娱乐机，到大载荷、长航时、低空高速的行业机，无人机的型号和数量不断增加，应用领域和范围不断扩大。但与此同时，由于目前国内在低空无人飞行器管控方面还没有明确的主责部门，相关法律法规还不健全，导致无人飞行器从生产、销售到飞行使用的各个环节都处于失控状态。社会上大量的无人飞行器“黑飞”现象层出不穷，给公共安全和重要敏感目标安全防护造成严重威胁。
石油石化系统有着“易燃易爆、高温高压、有毒有害”等显著的行业特点，一旦发生问题极易造成群死群伤和重大财产损失，历来是犯罪活动觊觎的重点，而作为石油石化系统的油（气）库、炼油厂装置区因其特有的危险性与重要性，更是防范无人机“黑飞”的重中之重。其对油气厂区、油罐区的威胁主要有低空侦察、航空器坠落、携带爆炸物高速撞击、高空投掷爆炸物等。
传统的反无人机源雷达侦测和高功率压制打击手段，容易造成静电效应引发火灾和电磁污染，并不适用在石油石化这种“易燃易爆”敏感领域。另外，石油石化系统的油（气）库、炼油厂出于安全性考虑，通常会选择建设在复杂地形环境下，例如丘陵、山谷地带，这些复杂地形容易造成信号遮挡和盲区，无疑给无人机防御提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于石油石化领域的无人机综合管控系统，以解决石油石化领域无人机管控技术难题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于石油石化领域的无人机综合管控系统，该系统由综合态势展现模块、多元信息采集模块、威胁评估告警模块、指挥调度模块组成，其中多元信息采集模块、威胁评估告警模块、指挥调度模块顺次相连，三个模块产生的信息和数据由综合态势展现模块进行展示；
所述的综合态势展现模块是一种基于GIS地理信息系统的综合信息显示平台，该平台能够对管控的地理信息资源、无人机态势信息、飞行轨迹、指挥调度、警务出警情况进行综合化、可视、直观化展现；
所述的多元信息采集模块是由TDOA无线电侦测系统和网格无线电无源侦测设备组成；其将采集和处理的信息数据传递给威胁评估告警模块；
所述的威胁评估告警模块由无人机目标性数据库和智能分析处理模块组成，威胁评估告警模块将处理后的信息数据交予指挥调度模块；
所述的指挥调度模块包括：指挥控制系统和反无人机卫星导航诱骗设备组成。
进一步地，所述地理信息资源包括地形、区域、禁飞区、检测设备的地理位置的二维数据和三维数据。
进一步地，所述的TDOA无线电侦测系统由多个天线模块、终端处理模块两大部分组成。
进一步地，所述TDOA无线电侦测系统工作时，采用TDOA定位的方法，TDOA定位是一种利用测量信号到达各天线模块的时间差进行定位的方法；由于采用被动无源接收侦测的方法，使用时各天线模块可架设在便于接收无线电信号的位置，就能根据接收到的无人机信号确定无人机方位，这种方法与雷达和光电探测设备相比，对地形条件要求低，且更适用于石油石化领域防爆要求。
进一步地，所述的天线模块能够监测到100M～6GHz频谱范围内无人机的无线电信号，监测范围为大于半径5km的圆形区域，所述的终端处理模块根据无人机无线电信号到达各天线模块的时间差，可迅速自动对其进行定位。
进一步地，所述网格无线电无源侦测设备是一种高性能的无线电接收及数据处理设备，作为多元信息采集的一种补充方式。其包括：无人机常用2.4GHz和5.8GHz频段的数字化接收机和数字处理系统以及高性能天线，具有体积小，重量轻，便于携带的优点。
进一步地，所述网格无线电无源侦测设备，使用时佩戴在身上即可对半径300～500米范围内的空中及地面无人机进行无线电信号监测，当天线和数字化接收机监测到无人机信号时，传给数字处理系统，数字处理系统解算出飞机类型和无线电信号频率、信号强度等信息，并实时上报给威胁评估告警模块，配合软件平台可以实现巡逻哨位的实时跟踪和轨迹分析，在配备一定密度的情况下还可以对无人机的出现范围和区域做出判断，从而为下一步处置做出决策依据。
进一步地，所述的威胁评估告警模块由无人机目标性数据库和智能分析处理模块组成。所述的无人机目标性数据库内置了飞行黑白名单及国内典型无人机目标特性数据库，实现无人机的精准化匹配和管控。
进一步地，所述目标数据库至少包括如下管理内容：无人机厂家、无人机型号、无人机尺寸、使用单位名称、负责人名称、联系方式，并定时更新。
进一步地，所述的智能分析处理模块根据多元信息采集模块收集到的无人机信号，与无人机目标性数据库进行比对，对防控区域的异常情况实现实时监控并及时进行智能化的预警；并根据建立的无人机特性数据库和智能化决策专家系统，实现对预警的评估、分类，并进行告警信息的通知和发布。
进一步地，工作时，智能分析处理模块通过无人机特性数据库和智能化决策算法对无人机目标进行综合评分，能够有效准确的预估可能发生的威胁，并根据空间环境和信息特征对产生的威胁进行分类，判断目标对于防控区域的威胁范围和程度，并在态势图上动态高亮显示危险区域，实时跟踪威胁目标。
进一步地，所述的指挥控制系统根据威胁评估告警模块传来的决策驱动反无人机卫星导航诱骗设备对无人机进行白名单管理、禁飞、驱离、击落操作，并在综合态势展现模块上实时显示。
进一步地，所述的反无人机卫星导航诱骗设备由卫星信号模拟器、星历接收机、功率配置器、诱导信号发射器以及相关控制软件等部分组成。所述的卫星信号模拟器是系统的硬件核心，由上位机数字仿真程序驱动，生成高精度仿真卫星导航信号；所述的星历接收机是决定系统实现性能的重要组成部分，用于下载解析卫星精密星历、对准卫星授时时钟、定位接收天线所在位置等；所述的功率配置器是系统的主要能耗部分，根据工作模式和作用距离为辐射单元提供精密可控的辐射功率；所述的诱导信号发射器是系统终端，由辐射天线单元（阵列）、天线转台等部件组成。
进一步地，所述的反无人机卫星导航诱骗设备工作时，所述的卫星信号模拟器生成GPS星座、GLONASS星座，BD2/BD3星座及其混合星座的卫星轨道、导航电文及观测数据等信息及任意指定位置和速度的卫星导航诱骗信号。
进一步地，所述的卫星信号模拟器生成GPS星座的数量为32颗，GLONASS星座为24颗
进一步地，所述的诱导信号发射器根据威胁评估告警模块传来的入侵无人机方位信息，驱动天线转台转动到相应方位，并通过辐射天线单元（阵列）将卫星导航诱骗信号辐射出去，遮断天空中功率微弱的真实信号，从而侵入无人机卫星导航接收终端，将卫星导航诱骗信号注入到无人机卫星导航系统，从而实现无人机单机或集群无人值守区域禁飞、自动定向驱离、定点击落等功能。
本发明的有益效果：
符合国家公共安全行业标准GA 1551.3-2019，《石油石化系统治安反恐防范要求》的要求。
设备日常处于主动警戒模式，不辐射任何电磁波，不会对石油石化区域造成任何影响，只有在有无人机入侵的情况下，才会短暂启动卫星导航诱骗信号，因此更适用于石油石化领域防爆要求。
发射功率应小于或等于10mW，可24小时全天候值守，由于采用TDOA无线电侦测系统，与雷达和光电探测设备相比，对地形条件要求低，适合在复杂地形条件下使用。
采用了白名单管理办法，不影响己方的无人机设备.
通过综合态势展现模块实时显示区域无人机综合管控情况，更加直观，便于指挥调度。
附图说明
图1是本发明系统实施例中一种用于石油石化领域的无人机综合管控系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均适用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，为了清楚地说明本发明的内容，本发明特举多个实施例以进一步阐释本发明的不同实现方式，其中，该多个实施例是列举式而非穷举式。此外，为了说明的简洁，前实施例中已提及的内容往往在后实施例中予以省略，因此，后实施例中未提及的内容可相应参考前实施例。
实施例1
一种用于石油石化领域的无人机综合管控系统，该系统由综合态势展现模块、多元信息采集模块、威胁评估告警模块、指挥调度模块组成，其中多元信息采集模块、威胁评估告警模块、指挥调度模块顺次相连，三个模块产生的信息和数据由综合态势展现模块进行展示；
所述的综合态势展现模块是一种基于GIS地理信息系统的综合信息显示平台，该平台能够对管控的地理信息资源、无人机态势信息、飞行轨迹、指挥调度、警务出警情况进行综合化、可视、直观化展现；
所述的多元信息采集模块是由TDOA无线电侦测系统和网格无线电无源侦测设备组成；其将采集和处理的信息数据传递给威胁评估告警模块；
所述的威胁评估告警模块由无人机目标性数据库和智能分析处理模块组成，威胁评估告警模块将处理后的信息数据交予指挥调度模块；
所述的指挥调度模块包括：指挥控制系统和反无人机卫星导航诱骗设备组成。
进一步地，所述地理信息资源包括地形、区域、禁飞区、检测设备的地理位置的二维数据和三维数据。
进一步地，所述的TDOA无线电侦测系统由多个天线模块、终端处理模块两大部分组成。
进一步地，所述TDOA无线电侦测系统工作时，采用TDOA定位的方法，TDOA定位是一种利用测量信号到达各天线模块的时间差进行定位的方法。由于采用被动无源接收侦测的方法，使用时各天线模块可架设在便于接收无线电信号的位置，就能根据接收到的无人机信号确定无人机方位，这种方法与雷达和光电探测设备相比，对地形条件要求低，且更适用于石油石化领域防爆要求。
进一步地，所述的天线模块能够监测到100M～6GHz频谱范围内无人机的无线电信号，监测范围为大于半径5km的圆形区域，所述的终端处理模块根据无人机无线电信号到达各天线模块的时间差，可迅速自动对其进行定位。
进一步地，所述网格无线电无源侦测设备是一种高性能的无线电接收及数据处理设备，作为多元信息采集的一种补充方式。其包括：无人机常用2.4GHz和5.8GHz频段的数字化接收机和数字处理系统以及高性能天线，具有体积小，重量轻，便于携带的优点。使用时佩戴在身上即可对半径300～500米范围内的空中及地面无人机进行无线电信号监测，当天线和数字化接收机监测到无人机信号时，传给数字处理系统，数字处理系统解算出飞机类型和无线电信号频率、信号强度等信息，并实时上报给威胁评估告警模块，配合软件平台可以实现巡逻哨位的实时跟踪和轨迹分析，在配备一定密度的情况下还可以对无人机的出现范围和区域做出判断，从而为下一步处置做出决策依据。
进一步地，所述的威胁评估告警模块由无人机目标性数据库和智能分析处理模块组成。所述的无人机目标性数据库内置了飞行黑白名单及国内典型无人机目标特性数据库，实现无人机的精准化匹配和管控。数据库至少包括如下管理内容：无人机厂家、无人机型号、无人机尺寸、使用单位名称、负责人名称、联系方式，并定时更新。
所述的智能分析处理模块根据多元信息采集模块收集到的无人机信号，与无人机目标性数据库进行比对，对防控区域的异常情况实现实时监控并及时进行智能化的预警；并根据建立的无人机特性数据库和智能化决策专家系统，实现对预警的评估、分类，并进行告警信息的通知和发布。
进一步地，工作时，智能分析处理模块通过无人机特性数据库和智能化决策算法对无人机目标进行综合评分，能够有效准确的预估可能发生的威胁，并根据空间环境和信息特征对产生的威胁进行分类，判断目标对于防控区域的威胁范围和程度，并在态势图上动态高亮显示危险区域，实时跟踪威胁目标。
进一步地，所述的指挥控制系统根据威胁评估告警模块传来的决策驱动反无人机卫星导航诱骗设备对无人机进行白名单管理、禁飞、驱离、击落操作，并在综合态势展现模块上实时显示。
进一步地，所述的反无人机卫星导航诱骗设备由卫星信号模拟器、星历接收机、功率配置器、诱导信号发射器以及相关控制软件等部分组成。所述的卫星信号模拟器是系统的硬件核心，由上位机数字仿真程序驱动，生成高精度仿真卫星导航信号；所述的星历接收机是决定系统实现性能的重要组成部分，用于下载解析卫星精密星历、对准卫星授时时钟、定位接收天线所在位置等；所述的功率配置器是系统的主要能耗部分，根据工作模式和作用距离为辐射单元提供精密可控的辐射功率；所述的诱导信号发射器是系统终端，由辐射天线单元（阵列）、天线转台等部件组成。
工作时，所述的卫星信号模拟器生成GPS星座（32颗）、GLONASS星座（24颗），BD2/BD3星座及其混合星座的卫星轨道、导航电文及观测数据等信息及任意指定位置和速度的卫星导航诱骗信号。
所述的诱导信号发射器根据威胁评估告警模块传来的入侵入侵无人机方位信息，驱动天线转台转动到相应方位，并通过辐射天线单元（阵列）将卫星导航诱骗信号辐射出去，遮断天空中功率微弱的真实信号，从而侵入无人机卫星导航接收终端，将卫星导航诱骗信号注入到无人机卫星导航系统，从而实现无人机单机或集群无人值守区域禁飞、自动定向驱离、定点击落等功能。
本方案中涉及到的一些技术指标如下：
TDOA无线电侦测系统主要技术指标：
探测模式：频谱监测，支持TDOA时间差定位模式
工作频段：100MHz-6GHz
探测距离： ≥5km
定位精度： ≤30m
测向误差：≤1.5°
探测识别种类： ≥5个厂家的不同型号飞机
同时探测数量：≥10
探测刷新时间：≤2S
虚警率：≤3%
防护等级：IP67
防爆等级：Exd IIC T6
网格无线电无源侦测设备：
主要技术参数：
1. 侦测频段
1) 2400 ～ 2485MHz
2) 5600 ～ 5900MHz
2. 有效探测距离大于300米
3. 设备主机重量＜1kg
4. 设备有声光和震动报警功能
5. 外壳防护等级大于等于IP66
6. 工作温度-40℃～+55℃。
Claims (12)
1.一种用于石油石化领域的无人机综合管控系统，其特征在于，该系统由综合态势展现模块、多元信息采集模块、威胁评估告警模块、指挥调度模块组成，其中多元信息采集模块、威胁评估告警模块、指挥调度模块顺次相连，三个模块产生的信息和数据由综合态势展现模块进行展示；
所述的综合态势展现模块是一种基于GIS地理信息系统的综合信息显示平台，该平台能够对管控的地理信息资源、无人机态势信息、飞行轨迹、指挥调度、警务出警情况进行综合化、可视、直观化展现；
所述的多元信息采集模块包括TDOA无线电侦测系统和网格无线电无源侦测设备；其将采集和处理的信息数据传递给威胁评估告警模块；
所述的TDOA无线电侦测系统由多个天线模块、终端处理模块两大部分组成，TDOA无线电侦测系统工作时，采用TDOA定位的方法，TDOA定位是一种利用测量信号到达各天线模块的时间差进行定位的方法；由于采用被动无源接收侦测的方法，使用时各天线模块可架设在便于接收无线电信号的位置，就能根据接收到的无人机信号确定无人机方位；
所述网格无线电无源侦测设备是一种高性能的无线电接收及数据处理设备，作为多元信息采集的一种补充方式，其包括：无人机常用2.4GHz和5.8GHz频段的数字化接收机和数字处理系统以及高性能天线；使用时佩戴在身上即可对半径300米～500米范围内的空中及地面无人机进行无线电信号监测，当天线和数字化接收机监测到无人机信号时，传给数字处理系统，数字处理系统解算出飞机类型和无线电信号频率、信号强度信息，并实时上报给威胁评估告警模块，配合软件平台实现巡逻哨位的实时跟踪和轨迹分析，在配备一定密度的情况下对无人机的出现范围和区域做出判断，从而为下一步处置做出决策依据；
所述的威胁评估告警模块包括无人机目标性数据库和智能分析处理模块，威胁评估告警模块将处理后的信息数据交予指挥调度模块；
所述的指挥调度模块包括：指挥控制系统和反无人机卫星导航诱骗设备。
2.如权利要求1所述的无人机综合管控系统，其特征在于，所述地理信息资源包括地形、区域、禁飞区、检测设备的地理位置的二维数据和三维数据。
3.如权利要求1所述的无人机综合管控系统，其特征在于，所述的天线模块能够监测到100M～6GHz频谱范围内无人机的无线电信号，监测范围为大于半径5km的圆形区域，所述的终端处理模块根据无人机无线电信号到达各天线模块的时间差，能迅速自动对其进行定位。
4.如权利要求1所述的无人机综合管控系统，其特征在于，所述的威胁评估告警模块由无人机目标性数据库和智能分析处理模块组成，所述的无人机目标性数据库内置了飞行黑白名单及国内无人机目标特性数据库，实现无人机的精准化匹配和管控。
5.如权利要求4所述的无人机综合管控系统，其特征在于，所述目标数据库至少包括如下管理内容：无人机厂家、无人机型号、无人机尺寸、使用单位名称、负责人名称、联系方式，并定时更新。
6.如权利要求4所述的无人机综合管控系统，其特征在于，所述的智能分析处理模块根据多元信息采集模块收集到的无人机信号，与无人机目标性数据库进行比对，对防控区域的异常情况实现实时监控并及时进行智能化的预警；并根据建立的无人机特性数据库和智能化决策专家系统，实现对预警的评估、分类，并进行告警信息的通知和发布。
7.如权利要求4所述的无人机综合管控系统，其特征在于，工作时，智能分析处理模块通过无人机特性数据库和智能化决策算法对无人机目标进行综合评分，能够有效准确的预估可能发生的威胁，并根据空间环境和信息特征对产生的威胁进行分类，判断目标对于防控区域的威胁范围和程度，并在态势图上动态高亮显示危险区域，实时跟踪威胁目标。
8.如权利要求1所述的无人机综合管控系统，其特征在于，所述的指挥控制系统根据威胁评估告警模块传来的决策驱动反无人机卫星导航诱骗设备对无人机进行白名单管理、禁飞、驱离、击落操作，并在综合态势展现模块上实时显示。
9.如权利要求1所述的无人机综合管控系统，其特征在于，所述的反无人机卫星导航诱骗设备由卫星信号模拟器、星历接收机、功率配置器、诱导信号发射器以及相关控制软件部分组成；所述的卫星信号模拟器是系统的硬件核心，由上位机数字仿真程序驱动，生成高精度仿真卫星导航信号；所述的星历接收机是决定系统实现性能的重要组成部分，用于下载解析卫星精密星历、对准卫星授时时钟、定位接收天线所在位置；所述的功率配置器是系统的主要能耗部分，根据工作模式和作用距离为辐射单元提供精密可控的辐射功率；所述的诱导信号发射器是系统终端，由辐射天线单元、天线转台部件组成。
10.如权利要求9所述的无人机综合管控系统，其特征在于，所述的反无人机卫星导航诱骗设备工作时，所述的卫星信号模拟器生成GPS星座、GLONASS星座，BD2/BD3星座及其混合星座的卫星轨道、导航电文及观测数据信息及任意指定位置和速度的卫星导航诱骗信号。
11.如权利要求10所述的无人机综合管控系统，其特征在于，所述的卫星信号模拟器生成GPS星座的数量为32颗，GLONASS星座为24颗。
12.如权利要求9所述的无人机综合管控系统，其特征在于，所述的诱导信号发射器根据威胁评估告警模块传来的入侵无人机方位信息，驱动天线转台转动到相应方位，并通过辐射天线单元将卫星导航诱骗信号辐射出去，遮断天空中功率微弱的真实信号，从而侵入无人机卫星导航接收终端，将卫星导航诱骗信号注入到无人机卫星导航系统，从而实现无人机单机或集群无人值守区域禁飞、自动定向驱离、定点击落的功能。
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