CN112217580B - 一种基于无人机的无线电空中监测系统及方法 - Google Patents
一种基于无人机的无线电空中监测系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于无人机的无线电空中监测系统及方法，系统包括无人机、无线电监测装置、天线、接收机、数传电台以及集无人机操控与无线电监测于一体的终端；无线电监测装置搭载在无人机上，天线与接收机连接，接收机和数传电台均与终端连接；终端用于将飞行状态控制指令通过数传电台发送给无人机；无线电监测装置用于在空中进行无线电监测；接收机用于通过天线接收无线电监测装置发射的无线电信号，并将接收到的无线电信号传输给终端；终端还用于对接收机传输过来的无线电信号进行分析，得到无线电监测结果。本发明将无人机操控和无线电监测结合在一起实现空中无线电监测，增加了系统集成度，提高了排查工作效率和降低排查成本。
Description
技术领域
本发明涉及无线电监测领域，具体涉及一种基于无人机的无线电空中监测系统及方法。
背景技术
随着无线电技术和应用不断发展，无线电网络日益增多，台站数量大规模增长，无线电用频设备数量呈指数级增长态势，电磁频谱空间日益复杂。现有的无线电监测是利用无人机进行空中无线电监测，在进行空中无线电监测的过程中，无人机操作和无线电监测采用的是两套分离的系统，当系统出现故障时，排查工作效率低且排查成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无人机的无线电空中监测系统及方法，可以增加系统的集成度，提高排查工作效率和降低排查成本。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于无人机的无线电空中监测系统，包括无人机、无线电监测装置、天线、接收机、数传电台以及集无人机操控与无线电监测于一体的终端；所述无线电监测装置搭载在所述无人机上，所述天线通过同轴线与所述接收机连接，所述接收机和所述数传电台均与所述终端连接；
所述终端，其用于对所述无人机的飞行状态进行控制，并将飞行状态控制指令通过所述数传电台发送给所述无人机；
所述无人机，其用于携带所述无线电监测装置，并在所述飞行状态控制指令的控制下在空中飞行，且将飞行状态通过所述数传电台实时发送给所述终端；
所述无线电监测装置，其用于在所述无人机的辅助下，在空中进行无线电监测；
所述接收机，其用于通过所述天线接收所述无线电监测装置发射的无线电信号，并将接收到的无线电信号传输给所述终端；
所述终端，其还用于对所述接收机传输过来的无线电信号进行分析，得到无线电监测结果。
基于上述一种基于无人机的无线电空中监测系统，本发明还提供一种基于无人机的无线电空中监测方法。
一种基于无人机的无线电空中监测方法，采用集无人机操控与无线电监测于一体的终端对搭载在无人机上的无线电监测装置进行无线电空中监测，包括以下步骤，
所述终端对所述无人机的飞行状态进行控制，并将飞行状态控制指令通过数传电台发送给所述无人机；
所述无人机携带所述无线电监测装置，并在所述飞行状态控制指令的控制下在空中飞行，且将飞行状态通过所述数传电台实时发送给所述终端；
所述无线电监测装置在所述无人机的辅助下，在空中进行无线电监测；
接收机通过天线接收所述无线电监测装置发射的无线电信号，并将接收到的无线电信号传输给所述终端；
所述终端对所述接收机传输过来的无线电信号进行分析，得到无线电监测结果。
本发明的有益效果是：本发明将无人机操控和无线电监测结合在一起实现空中无线电监测，增加了系统集成度，提高了排查工作效率和降低排查成本。
附图说明
图1为本发明一种基于无人机的无线电空中监测系统的结构框图；
图2为测量交叉定位法中的几何辅助图；
图3为基于测向交叉定位法对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电定位分析的流程图；
图4通信单元的串口通信流程图；
图5为本发明一种基于无人机的无线电空中监测方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种基于无人机的无线电空中监测系统，包括无人机、无线电监测装置、天线、接收机、数传电台以及集无人机操控与无线电监测于一体的终端；所述无线电监测装置搭载在所述无人机上，所述天线通过同轴线与所述接收机连接，所述接收机和所述数传电台均与所述终端连接；
所述终端，其用于对所述无人机的飞行状态进行控制，并将飞行状态控制指令通过所述数传电台发送给所述无人机；
所述无人机，其用于携带所述无线电监测装置，并在所述飞行状态控制指令的控制下在空中飞行，且将飞行状态通过所述数传电台实时发送给所述终端；
所述无线电监测装置，其用于在所述无人机的辅助下，在空中进行无线电监测；
所述接收机，其用于通过所述天线接收所述无线电监测装置发射的无线电信号，并将接收到的无线电信号传输给所述终端；
所述终端，其还用于对所述接收机传输过来的无线电信号进行分析，得到无线电监测结果。
在本具体实施例中，还包括以下优选方案：
优选的，所述终端，其具体用于对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析和无线电定位分析，得到无线电测向分析结果和无线电定位分析结果。
优选的，所述终端具体为带有无人机遥控器的智能终端，且所述智能终端内集成有集无人机操控与无线电监测于一体的操控监测模块；
所述操控监测模块包括操控监测卡片单元、虚拟仪表单元和电子地图单元；所述操控监测单元包括无人机操作子单元、人机状态监测子单元、无线电测向分析子单元和无线电定位子单元；
所述无人机操作子单元，其用于设置无人机模式；
所述无人机遥控器，其用于提供控制无人机的操作指令；
所述数传电台，其用于将所述无人机模式和所述操作指令合成所述飞行状态控制指令，并发送给所述无人机；
所述无人机状态监测子单元，其用于通过所述数传电台接收所述无人机的飞行状态并以数字的形式展示所述无人机的飞行状态；
所述虚拟仪表单元，其用于通过所述数传电台接收所述无人机的飞行状态并以仪表的形式展示所述无人机的飞行状态；
所述电子地图单元，其用于通过所述数传电台接收所述无人机的飞行状态并以地图的形式展示所述无人机的飞行状态；
所述无线电测向分析子单元，其用于对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析，得到无线电测向分析结果；
所述无线电定位子单元，其用于对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电定位分析，得到无线电定位分析结果。
优选的，所述无线电测向分析子单元，其具体用于基于旋转天线法对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析，得到无线电测向分析结果；
所述无线电定位子单元，其具体用于基于测向交叉定位法对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电定位分析，得到无线电定位分析结果。
其中，测量交叉定位法的原理如下，如图2所示，在三角形PMN中，若已知监测系统在M、N点具体位置，即(xm，ym，zm)和(xn，yn，zn)已知，且观测站在M、N两点观测是的方位角和俯仰角都能获得，即αm、βm、αn和βn已知，则根据三角形的几何知识可以解算出P点的位置坐标。解算目标干扰源的矩阵方程如下：
基于测向交叉定位法对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电定位分析，得到无线电定位分析结果的流程具体如图3所示从“开始”执行，到“干扰源位置坐标(x，y，z)”采用上述测量交叉定位法的原理进行结算。其中，大地坐标系转换为站心直角坐标系的转换公式如下所示：
其中，大地坐标系位置描述直观，站心直角坐标系方便计算。
本发明采用旋转天线法对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析，以及采用测向交叉定位法对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电定位分析，其不需要复杂的设备，适合无人机使用，操作简单，无需考虑频率的影响，只需观察幅度变化。
优选的，所述无人机与所述数传电台之间采用MAVLink通信协议进行数据传输。具体的，操控监测模块还包括通信单元，通信单元用于连接所述无人机与所述数传电台，使所述无人机与所述数传电台之间实现数据传输，通信单元的通信协议为MAVLink通信协议。
操控监测模块：编译软件为Visualstudio2019；编写语言为C#；开发环境为NetFramework4.6.2和Windows10 SDK(10.0 14393.0)。
操控监测模块的二次开发对象为Mission Planner开源地面站软件(其用于APM开源飞控平台，应用Mavlink通信协议，可根据需求进行二次开发)。
电子地图单元：使用GMap.Net控件，引用GMap.Net.Core.DLL和GMap.Net.WindowsForms.DLL，调用MapControl，其内容包括地图选择、地图加载、地图操作设置和航线规划图层加载。
通信单元：引用GMap.Mavlink.DLL和GMap.Net.Mavlink.Control.DLL，调用SerialPort类库和Interface类，其内容包括串口设置与开关、波特率和校验位设置以及MAVLink帧消息的发送、接收和读取。通信单元的串口通信流程如图4所示。
基于上述一种基于无人机的无线电空中监测系统，本发明还提供一种基于无人机的无线电空中监测方法。
如图5所示，一种基于无人机的无线电空中监测方法，采用集无人机操控与无线电监测于一体的终端对搭载在无人机上的无线电监测装置进行无线电空中监测，包括以下步骤，
所述终端对所述无人机的飞行状态进行控制，并将飞行状态控制指令通过数传电台发送给所述无人机；
所述无人机携带所述无线电监测装置，并在所述飞行状态控制指令的控制下在空中飞行，且将飞行状态通过所述数传电台实时发送给所述终端；
所述无线电监测装置在所述无人机的辅助下，在空中进行无线电监测；
接收机通过天线接收所述无线电监测装置发射的无线电信号，并将接收到的无线电信号传输给所述终端；
所述终端对所述接收机传输过来的无线电信号进行分析，得到无线电监测结果。
优选的，所述终端对所述接收机传输过来的无线电信号进行分析，得到无线电监测结果，具体为，
所述终端对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析和无线电定位分析，得到无线电测向分析结果和无线电定位分析结果。
优选的，所述终端具体为带有无人机遥控器的智能终端，且所述智能终端内集成有集无人机操控与无线电监测于一体的操控监测模块；
所述操控监测模块包括操控监测卡片单元、虚拟仪表单元和电子地图单元；所述操控监测单元包括无人机操作子单元、人机状态监测子单元、无线电测向分析子单元和无线电定位子单元；
所述终端对所述无人机的飞行状态进行控制，并将飞行状态控制指令通过数传电台发送给所述无人机，具体包括以下步骤，
通过所述无人机操作子单元设置无人机模式；
通过所述无人机遥控器提供控制无人机的操作指令；
所述数传电台将所述无人机模式和所述操作指令合成所述飞行状态控制指令，并发送给所述无人机；
所述无人机将飞行状态通过所述数传电台实时发送给所述终端，具体包括以下步骤，
所述无人机状态监测子单元通过所述数传电台接收所述无人机的飞行状态并以数字的形式展示所述无人机的飞行状态；
所述虚拟仪表单元通过所述数传电台接收所述无人机的飞行状态并以仪表的形式展示所述无人机的飞行状态；
所述电子地图单元通过所述数传电台接收所述无人机的飞行状态并以地图的形式展示所述无人机的飞行状态；
所述终端对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析和无线电定位分析，得到无线电测向分析结果和无线电定位分析结果，具体包括以下步骤，
所述无线电测向分析子单元对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析，得到无线电测向分析结果；
所述无线电定位子单元对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电定位分析，得到无线电定位分析结果。
优选的，所述无线电测向分析子单元对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析，得到无线电测向分析结果，具体为，
所述无线电测向分析子单元基于旋转天线法对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析，得到无线电测向分析结果；
所述无线电定位子单元对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电定位分析，得到无线电定位分析结果，具体为，
所述无线电定位子单元基于测向交叉定位法对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电定位分析，得到无线电定位分析结果。
优选的，所述无人机与所述数传电台之间采用MAVLink通信协议进行数据传输。
本发明将无人机操控和无线电监测结合在一起实现空中无线电监测，增加了系统集成度，提高了排查工作效率和降低排查成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于无人机的无线电空中监测系统，其特征在于：包括无人机、无线电监测装置、天线、接收机、数传电台以及集无人机操控与无线电监测于一体的终端；所述无线电监测装置挂载在所述无人机上，所述天线通过同轴线与所述接收机连接，所述接收机和所述数传电台均与所述终端连接；
所述终端，其用于对所述无人机的飞行状态进行控制，并将飞行状态控制指令通过所述数传电台发送给所述无人机；
所述无人机，其用于携带所述无线电监测装置，并在所述飞行状态控制指令的控制下在空中飞行，并将飞行状态通过所述数传电台实时发送给所述终端；
所述无线电监测装置，其用于在所述无人机的辅助下，在空中进行无线电监测；
所述接收机，其用于通过所述天线接收所述无线电监测装置发射的无线电信号，并将接收到的无线电信号传输给所述终端；
所述终端，其还用于对所述接收机传输过来的无线电信号进行分析，得到无线电监测结果；
所述终端，其具体用于对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析和无线电定位分析，得到无线电测向分析结果和无线电定位分析结果；
所述终端具体为带有无人机遥控器的智能终端，且所述智能终端内集成有集无人机操控与无线电监测于一体的操控监测模块；
所述操控监测模块包括操控监测卡片单元、虚拟仪表单元和电子地图单元；所述操控监测卡片单元包括无人机操作子单元、人机状态监测子单元、无线电测向分析子单元和无线电定位子单元；
所述无人机操作子单元，其用于设置无人机模式，
所述无人机遥控器，其用于提供控制无人机的操作指令；
所述数传电台，其用于将所述无人机模式和所述操作指令合成所述飞行状态控制指令，并发送给所述无人机；
所述无人机状态监测子单元，其用于通过所述数传电台接收所述无人机的飞行状态并以数字的形式展示所述无人机的飞行状态；
所述虚拟仪表单元，其用于通过所述数传电台接收所述无人机的飞行状态并以仪表的形式展示所述无人机的飞行状态；
所述电子地图单元，其用于通过所述数传电台接收所述无人机的飞行状态并以地图的形式展示所述无人机的飞行状态；
所述无线电测向分析子单元，其用于对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析，得到无线电测向分析结果；
所述无线电定位子单元，其用于对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电定位分析，得到无线电定位分析结果；
所述无线电测向分析子单元，其具体用于基于旋转天线法对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析，得到无线电测向分析结果；
所述无线电定位子单元，其具体用于基于测向交叉定位法对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电定位分析，得到无线电定位分析结果。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的无线电空中监测系统，其特征在于：所述无人机与所述数传电台之间采用MAVLink通信协议进行数据传输。
3.一种基于无人机的无线电空中监测方法，其特征在于：采用集无人机操控与无线电监测于一体的终端对挂载在无人机上的无线电监测装置进行无线电空中监测，包括以下步骤，
所述终端对所述无人机的飞行状态进行控制，并将飞行状态控制指令通过数传电台发送给所述无人机；
所述无人机携带所述无线电监测装置，并在所述飞行状态控制指令的控制下在空中飞行，并将飞行状态通过所述数传电台实时发送给所述终端；
所述无线电监测装置在所述无人机的辅助下，在空中进行无线电监测；
接收机通过天线接收所述无线电监测装置发射的无线电信号，并将接收到的无线电信号传输给所述终端；
所述终端对所述接收机传输过来的无线电信号进行分析，得到无线电监测结果；
所述终端对所述接收机传输过来的无线电信号进行分析，得到无线电监测结果，具体为，
所述终端对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析和无线电定位分析，得到无线电测向分析结果和无线电定位分析结果；
所述终端具体为带有无人机遥控器的智能终端，且所述智能终端内集成有集无人机操控与无线电监测于一体的操控监测模块；
所述操控监测模块包括操控监测卡片单元、虚拟仪表单元和电子地图单元；所述操控监测卡片单元包括无人机操作子单元、人机状态监测子单元、无线电测向分析子单元和无线电定位子单元；
所述终端对所述无人机的飞行状态进行控制，并将飞行状态控制指令通过数传电台发送给所述无人机，具体包括以下步骤，
通过所述无人机操作子单元设置无人机模式，
通过所述无人机遥控器提供控制无人机的操作指令；
所述数传电台将所述无人机模式和所述操作指令合成所述飞行状态控制指令，并发送给所述无人机；
所述无人机将飞行状态通过所述数传电台实时发送给所述终端，具体包括以下步骤，
所述无人机状态监测子单元通过所述数传电台接收所述无人机的飞行状态并以数字的形式展示所述无人机的飞行状态；
所述虚拟仪表单元通过所述数传电台接收所述无人机的飞行状态并以仪表的形式展示所述无人机的飞行状态；
所述电子地图单元通过所述数传电台接收所述无人机的飞行状态并以地图的形式展示所述无人机的飞行状态；
所述终端对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析和无线电定位分析，得到无线电测向分析结果和无线电定位分析结果，具体包括以下步骤，
所述无线电测向分析子单元对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析，得到无线电测向分析结果；
所述无线电定位子单元对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电定位分析，得到无线电定位分析结果；
所述无线电测向分析子单元对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析，得到无线电测向分析结果，具体为，
所述无线电测向分析子单元基于旋转天线法对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电测向分析，得到无线电测向分析结果；
所述无线电定位子单元对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电定位分析，得到无线电定位分析结果，具体为，
所述无线电定位子单元基于测向交叉定位法对所述接收机传输过来的无线电信号进行无线电定位分析，得到无线电定位分析结果。
4.根据权利要求3所述的基于无人机的无线电空中监测方法，其特征在于：所述无人机与所述数传电台之间采用MAVLink通信协议进行数据传输。
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