CN111968412B - 基于空间gnss位置更新及引导方法及其系统 - Google Patents

基于空间gnss位置更新及引导方法及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开基于空间GNSS位置更新及引导方法及其系统，系统包括位置测量单元用于测量无人机的位置信息；数据预处理单元，用于处理当前无人机位置信息；SDR信号发生单元，用于根据预处理后的数据，发射GNSS空间位置信号；射频多路开关单元，用于控制SDR空间位置信号的发射；FIFO数据缓冲单元，用于SDR发射的空间位置的数据缓冲；可调射频功率放大器，用于控制发射功率；滤波天线单元，将空间GNSS位置信号发射出去，通过控制多路射频开关的通断，并结合无人机位置测量单元，实现引导黑飞无人机飞行路径，解决了现有技术对无人机诱捕降落范围过大的问题。

Description

基于空间GNSS位置更新及引导方法及其系统
技术领域
本发明涉及无人机干扰技术领域，尤其涉及基于空间GNSS位置更新及引导方法及其系统。
背景技术
无人机反制技术，是利用无线信号干扰的方式来干扰或控制无人机，可以分为对遥控通信链路的干扰和对定位信号的干扰。近几年来，随着民用无人机持有量的爆发式增长，无人机扰乱正常生活秩序，干扰航班起降，偷拍军事或监狱禁区等事件频出。黑飞无人机已经成了一个潜在的安全隐患。因此，无人机反制系统对与国家重点区域的保护、黑飞无人机的控制等方面都起着至关重要的作用。
对无人机的反制，有设置禁飞区、定向驱离、定点诱捕等方法，而定点诱捕无人机在实际应用中需要较高的精度，现有的基于SDR伪位置信号欺骗方法由于GPS信号以及无人机GPS接收机精度造成的偏差，导致降落范围通常为一个较大的圆形区域。
发明内容
为了对黑飞无人机飞行轨迹进行合理的引导，提高诱捕位置的精度。本发明提供基于空间GNSS位置更新及引导方法及其系统，可以有效地将黑飞无人机改变至目标轨迹，结合无人机位置监测装置可以将无人机精准诱捕至目标降落地点，提高诱捕位置的精度。
本发明采用的技术方案是：
基于空间GNSS位置更新及引导方法，包括以下步骤：
步骤1：发射遥控干扰信号，同时无人机位置测量单元实时采集无人机位置信息。
步骤2：由数据处理单元处理无人机实时的位置信息，根据采集到的各个时间点的位置信息换算成无人机飞行速度，飞行方向等信息，预测无人机未来飞行轨迹上的空间坐标点集，同时数据处理单元将预测的空间坐标点集替换为上、下、左、右、前、后6个预设轨迹的空间坐标点集。
步骤3：SDR将6个预设轨迹的空间坐标点集基带信号转变为6路射频信号输出。
步骤4：通过多路射频开关，控制每一路信号的开通时间，结合无人机监测单元检测到的飞行速度方向等信息，得到无人机的位移信息。
步骤5：按上述步骤引导无人机至目标地点附近，根据无人机位置测量单元反馈的无人机位置信息，调整控制射频多路开关的通断来控制无人机位移的方向和距离，直至将无人机引导至目标地点。
作为一种较优实施方式，进一步地，步骤1中，获取无人机的位置信息，具体通过监测站识别某一型号的无人机图传信号，通过TDOA,即无人机图传信号到达各监测站的时间差确定无人机位置，利用三个监测站，测得无人机信号到达各监测站时间，即可求得无人机当前位置信息，具体表达式如下：
Figure BDA0002647219630000021
Figure BDA0002647219630000022
Figure BDA0002647219630000023
其中，(xt,yt,zt)表示无人机当前时刻坐标，(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)分别表示三个监测站的位置坐标，t1、t2和t3分别表示无人机信号到达对应三个监测站的时间。
作为一种较优实施方式，进一步地，步骤2中换算无人机飞行速度、飞行方向、飞行高度的信息，由步骤1中测得的结果，对于解算的位置轨迹点求微分得无人机飞行速度信息；各时刻飞行方向与无人机高度信息都可以由步骤1中结果得出。
作为一种较优实施方式，进一步地，步骤2中预测无人机空间坐标点集的具体方法为：发射遥控干扰信号，在3秒后无人机会按照预设的返航点，飞到预设高度直线返回；由无人机位置测量单元测得无人机返航方向与返航高度信息，即测得无人机预设的返航路径，取按顺序依次取返航路径上的点作为无人机未来轨迹的空间坐标集。
作为一种较优实施方式，进一步地，步骤2中将无人机运动轨迹坐标集替换为上、下、左、右、前、后6个方向的坐标集，针对每一方向只需改变的空间坐标只有x，y，z中的一个。
作为一种较优实施方式，进一步地，步骤3中转换为多路信号输出的目的是，可以通过控制各路GPS信号的输出达到模拟遥控直接控制无人机运动方向的效果，以便控制黑飞无人机的精准降落。
作为一种较优实施方式，进一步地，步骤4中采用多路开关的的方式来控制6路信号发射时间的方式来控制无人机朝某一方向的运动时间，从而控制无人机沿该方向的运动距离。
如图3所示，t1-t2,t2-t3,t3-t4均为其中一路方向的射频信号发射时间，采用多路开关控制每一路信号的发射时间来控制无人机运动方向。
作为一种较优实施方式，进一步地，步骤5实现的方式为一个基于位置测量单元提供反馈的闭环控制系统。
基于空间GNSS位置更新及引导系统，包括无人机位置测量单元、数据处理单元、SDR信号发生器单元、射频多路开关单元、IFO数据缓冲单元、可调射频功率放大器单元、合路器单元和滤波天线单元，位置测量单元用于测量无人机的位置信息；数据预处理单元，用于处理当前无人机位置信息；SDR信号发生单元，用于根据预处理后的数据，发射GNSS空间位置信号；射频多路开关单元，用于控制SDR空间位置信号的发射；FIFO数据缓冲单元，用于SDR发射的空间位置的数据缓冲；可调射频功率放大器，用于控制发射功率；滤波天线单元，将空间GNSS位置信号发射出去，通过控制多路射频开关的通断，并结合无人机位置测量单元，实现引导黑飞无人机飞行路径，解决了现有技术对无人机诱捕降落范围过大的问题。
本发明采用以上技术方案，利用无人机位置测量单元和多路射频开关单元，可以控制无人机的运动方向和运动时间，从而对无人机当前位置做及时的修正，引导无人机至目标地点精准降落。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明系统的各单元架构图；
图3为多路开关控制每路信号发射时间示意图；
图4为无人机位置控制系统方框图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1至图4之一所示，本发明公开了基于空间GNSS位置更新及引导方法，包括以下步骤：
步骤1：发射遥控干扰信号，同时无人机位置测量单元实时采集无人机位置信息。
步骤2：由数据处理单元处理无人机实时的位置信息，根据采集到的各个时间点的位置信息换算成无人机飞行速度，飞行方向等信息，预测无人机未来飞行轨迹上的空间坐标点集，同时数据处理单元将预测的空间坐标点集替换为上、下、左、右、前、后6个预设轨迹的空间坐标点集。
步骤3：SDR将6个预设轨迹的空间坐标点集基带信号转变为6路射频信号输出。
步骤4：通过多路射频开关，控制每一路信号的开通时间，结合无人机监测单元检测到的飞行速度方向等信息，得到无人机的位移信息。
步骤5：按上述步骤引导无人机至目标地点附近，根据无人机位置测量单元反馈的无人机位置信息，调整控制射频多路开关的通断来控制无人机位移的方向和距离，直至将无人机引导至目标地点。
作为一种较优实施方式，进一步地，步骤1中，获取无人机的位置信息，具体通过监测站识别某一型号的无人机图传信号，通过TDOA,即无人机图传信号到达各监测站的时间差确定无人机位置，利用三个监测站，测得无人机信号到达各监测站时间，即可求得无人机当前位置信息，具体表达式如下：
Figure BDA0002647219630000041
Figure BDA0002647219630000042
Figure BDA0002647219630000043
其中，(xt,yt,zt)表示无人机当前时刻坐标，(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)分别表示三个监测站的位置坐标，t1、t2和t3分别表示无人机信号到达对应三个监测站的时间。
作为一种较优实施方式，进一步地，步骤2中换算无人机飞行速度、飞行方向、飞行高度的信息，由步骤1中测得的结果，对于解算的位置轨迹点求微分得无人机飞行速度信息；各时刻飞行方向与无人机高度信息都可以由步骤1中结果得出。
作为一种较优实施方式，进一步地，步骤2中预测无人机空间坐标点集的具体方法为：发射遥控干扰信号，在3秒后无人机会按照预设的返航点，飞到预设高度直线返回；由无人机位置测量单元测得无人机返航方向与返航高度信息，即测得无人机预设的返航路径，取按顺序依次取返航路径上的点作为无人机未来轨迹的空间坐标集。
作为一种较优实施方式，进一步地，步骤2中将无人机运动轨迹坐标集替换为上、下、左、右、前、后6个方向的坐标集，针对每一方向只需改变的空间坐标只有x，y，z中的一个。
作为一种较优实施方式，进一步地，步骤3中转换为多路信号输出的目的是，可以通过控制各路GPS信号的输出达到模拟遥控直接控制无人机运动方向的效果，以便控制黑飞无人机的精准降落。
作为一种较优实施方式，进一步地，步骤4中采用多路开关的的方式来控制6路信号发射时间的方式来控制无人机朝某一方向的运动时间，从而控制无人机沿该方向的运动距离。
如图3所示，t1-t2,t2-t3,t3-t4均为其中一路方向的射频信号发射时间，采用多路开关控制每一路信号的发射时间来控制无人机运动方向。
作为一种较优实施方式，进一步地，步骤5实现的方式为一个基于位置测量单元提供反馈的闭环控制系统。
如图2或图4所示，基于空间GNSS位置更新及引导系统，包括无人机位置测量单元、数据处理单元、SDR信号发生器单元、射频多路开关单元、IFO数据缓冲单元、可调射频功率放大器单元、合路器单元和滤波天线单元，位置测量单元用于测量无人机的位置信息；数据预处理单元，用于处理当前无人机位置信息；SDR信号发生单元，用于根据预处理后的数据，发射GNSS空间位置信号；射频多路开关单元，用于控制SDR空间位置信号的发射；FIFO数据缓冲单元，用于SDR发射的空间位置的数据缓冲；可调射频功率放大器，用于控制发射功率；滤波天线单元，将空间GNSS位置信号发射出去，通过控制多路射频开关的通断，并结合无人机位置测量单元，实现引导黑飞无人机飞行路径，解决了现有技术对无人机诱捕降落范围过大的问题。
本发明采用以上技术方案，利用无人机位置测量单元和多路射频开关单元，可以控制无人机的运动方向和运动时间，从而对无人机当前位置做及时的修正，引导无人机至目标地点精准降落。
显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.基于空间GNSS位置更新及引导方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤1：发射遥控干扰信号，同时获取预警范围内分布的至少三个以上的监测站监测的目标无人机的实时监测信息；
步骤2：基于实时监测信息测算目标无人机实时的位置信息，根据采集到的各个时间点的位置信息换算成目标无人机的飞行信息，预测目标无人机未来飞行轨迹上的空间坐标点集，并将预测的空间坐标点集替换为上、下、左、右、前、后6个预设轨迹的空间坐标点集；
步骤3：将6个预设轨迹的空间坐标点集基带信号转变为6路射频信号输出；
步骤4：通过多路射频开关控制每一路信号的开通时间，结合检测到的飞行信息得到无人机的位移信息；
步骤5：引导目标无人机至目标地点区域，根据监测的无人机位置信息调整控制射频多路开关的通断来控制目标无人机位移的方向和距离，直至将无人机引导至目标地点。
2.根据权利要求1所述的基于空间GNSS位置更新及引导方法，其特征在于：步骤1中，获取无人机的位置信息，通过监测站识别某一型号的无人机图传信号，通过无人机图传信号到达各监测站的时间差确定无人机位置，利用三个监测站测得无人机信号到达各监测站时间，求得无人机当前位置信息，具体表达式如下：
Figure FDA0002647219620000011
Figure FDA0002647219620000012
Figure FDA0002647219620000013
其中，(xt,yt,zt)表示无人机当前时刻坐标，(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)分别表示三个监测站的位置坐标，t1、t2和t3分别表示无人机信号到达对应三个监测站的时间。
3.根据权利要求1所述的基于空间GNSS位置更新及引导方法，其特征在于：步骤2中飞行信息包括飞行速度、无人机高度和飞行方向。
4.根据权利要求1所述的基于空间GNSS位置更新及引导方法，其特征在于：由步骤2中通过对解算的飞行轨迹位置点求微分得无人机飞行速度，同时确定各时刻飞行方向与无人机高度。
5.根据权利要求1所述的基于空间GNSS位置更新及引导方法，其特征在于：步骤2中预测无人机空间坐标点集的具体方法为：发射遥控干扰信号，在3秒后无人机会按照预设的返航点，飞到预设高度直线返回；监测获取无人机返航方向与返航高度信息，即测得无人机预设的返航路径，取按顺序依次取返航路径上的点作为无人机未来轨迹的空间坐标集。
6.根据权利要求1所述的基于空间GNSS位置更新及引导方法，其特征在于：步骤2中针对每一方向只需改变的空间坐标只有x、y、z中的一个。
7.根据权利要求1所述的基于空间GNSS位置更新及引导方法，其特征在于：步骤3中通过控制转换为多路信号的各路GPS信号的输出达到模拟遥控直接控制无人机运动方向的效果，以便控制黑飞无人机的精准降落。
8.根据权利要求1所述的基于空间GNSS位置更新及引导方法，其特征在于：步骤4中采用多路开关的方式来控制6路信号发射时间的方式来控制无人机朝某一方向的运动时间以控制无人机沿该方向的运动距离。
9.基于空间GNSS位置更新及引导系统，采用了权利要求1至8任一所述的基于空间GNSS位置更新及引导方法，其特征在于：系统包括无人机位置测量单元、数据处理单元、SDR信号发生器单元、射频多路开关单元、IFO数据缓冲单元、可调射频功率放大器单元、合路器单元和滤波天线单元，位置测量单元用于测量无人机的位置信息；数据预处理单元，用于处理当前无人机位置信息；SDR信号发生单元，用于根据预处理后的数据，发射GNSS空间位置信号；射频多路开关单元，用于控制SDR空间位置信号的发射；FIFO数据缓冲单元，用于SDR发射的空间位置的数据缓冲；可调射频功率放大器，用于控制发射功率；滤波天线单元，将空间GNSS位置信号发射出去，通过控制多路射频开关的通断，并结合无人机位置测量单元实现引导黑飞无人机飞行路径。
10.根据权利要求9所述的基于空间GNSS位置更新及引导系统，其特征在于：其中一个位置测量单元提供反馈的闭环控制系统。
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