CN112596049A - 一种提升无人机侦测准确率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升无人机侦测准确率的方法，具体按照以下步骤实施：1、确定侦测范围，确定频谱目标面，并对频谱目标面进行编号；2、根据同一编号的频谱目标面在后一个T秒和前一个T秒内的位置变化确定频谱目标面运动方向；3、通过雷达进行扫描，对雷达扫描到的目标数据进行预处理，结合步骤2得到的频谱目标面运动方向对目标威胁等级进行划分；4、筛选出频谱目标面内的对应等级目标并保留，作为平台告警信息的待选目标；5、将步骤4中筛选的待选目标T秒内航迹信息或T秒内频谱信息通过系统进行告警和显示。本发明的方法解决了单一频谱无法侦测无人机精准的经度、纬度、高程、航迹等信息的问题。

Description

一种提升无人机侦测准确率的方法

技术领域

本发明属于无人机侦测技术领域，涉及一种提升无人机侦测准确率的方法。

背景技术

伴随无人机产业快速发展，国内无人机的保有量快速增长，但是随之而来的无人机扰航、非法拍摄测绘、非法闯入等安全事件频发。为了应对以上非法事件，出现了基于雷达和无线电频谱的无人机侦测技术。其中低慢小雷达通过解决飞鸟和无人机移动速度慢、飞行高度低、机动性强、雷达散射截面积小、探测环境复杂等问题，实现低慢小目标的精准探测；无线电频谱侦测技术，通过无线电侦测设备对无人机的通讯频段进行全天候的监测，利用数据处理技术对频谱数据进行分析处理，从而检测出无人机通信信号的过程。

但是使用单一的侦测技术存在以下问题：低慢小雷达的侦测过程中，可对低慢小的移动目标进行侦测、跟踪，但是雷达侦测到的目标数据，无法区分非无人机目标、无法识别悬停和超低速飞行无人机，且单一使用雷达侦测时设备需不间断工作，一方面降低雷达使用寿命，另一方面雷达工作时带来一定的辐射危害；单一使用无线电频谱侦测技术依靠多台频谱探测设备组合，通过AOA、TOA或TDOA技术实现无人机的定位，但是该技术无法侦测目标精准的位置和航迹等信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种提升无人机侦测准确率的方法，解决了现有技术中存在的单一雷达使用无法区分非无人机目标、悬停以及超低速飞行无人机，单一使用无线电频谱无法侦测无人机精准位置的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种提升无人机侦测准确率的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据雷达部署位置以及实际侦测要求确定侦测范围，通过对无线电频谱侦测设备侦测到的覆盖空域内的无人机目标信息进行数据处理分析，确定频谱目标面，并对频谱目标面进行编号；

步骤2、根据同一编号的频谱目标面在后一个T秒和前一个T秒内的位置变化确定频谱目标面运动方向；

步骤3、通过雷达进行扫描，对雷达扫描到的雷达目标数据进行预处理，结合步骤2得到的频谱目标面运动方向对雷达目标威胁等级进行划分；

步骤4、通过将频谱目标面转化成经度纬度范围并与步骤3已经划分威胁等级的雷达目标进行匹配，筛选出频谱目标面内的对应雷达目标并保留，作为平台告警信息的待选目标；

步骤5、将步骤4中筛选的待选目标T秒内航迹信息或T秒内频谱信息通过系统进行告警和显示。

本发明的特点还在于：

步骤1中确定侦测范围具体按照以下步骤实施：

步骤1.1.1、在需要防护区域内部署雷达；

步骤1.1.2、以雷达位置为核心区中心点，中心点位置为P（x₀，y₀），以P到防护区域最远角连线距离K为半径的圆形区域为核心区；

步骤1.1.3、核心区边界向外延伸S米作为预警区，S为无人机飞行速度与预留响应时间的乘积；

步骤1.1.4、侦测范围为以D_防御为半径的圆形区域，其中， D_防御=K+S。

步骤1中确定频谱目标面具体按照以下步骤实施：

步骤1.2.1、偏差数据滤除；对无线电频谱侦测设备在T秒内发现的无人机进行编号，将每个无人机T秒内的多个位置数据组成频谱目标集合M，设M内所有点的经度和纬度平均数对应的坐标为A（x₁，y₁），计算频谱目标集合M内所有点到A的距离d，d形成集合M₁，计算M₁的平均值和标准差，保留距离d在三倍标准差内的坐标数据，其他数据滤除；

步骤1.2.2、虚警信号滤除：通过无线电频谱侦测设备扫描侦测环境中的电磁环境背景噪声创建底噪参数，结合设备最远侦测距离创建虚警门限时间t，t=U_底噪×D_MAX+3，其中，U_底噪表示底噪参数，D_MAX表示最远侦测距离，对报警数据时长小于t的数据认为其为虚警信号，将其滤除；

步骤1.2.3、确定频谱目标面；求取经过步骤1.2.1和1.2.2处理后的T秒内的频谱目标集合的经度和纬度平均数的坐标，将该坐标作为频谱目标聚类中心点，以该频谱目标聚类中心点至集合内最远点距离为半径，即可得到包含所有数据的平面圆形区域，该平面圆形区域为频谱目标面。

步骤2具体为，根据步骤1.2.3中确定的频谱目标面，对比同一编号频谱目标面，在后一个T秒内和前一个T秒内随时间位置变化和相对核心区中心点的位置变化，即频谱目标面与核心区中心点的距离d变化，确定频谱目标面是向/背离核心区中心点运动。

步骤3中雷达的扫描方式和扫描范围具体按照以下步骤实施：

步骤3.1.1、获取当前频谱目标聚类中心点数量；

步骤3.1.2、当数量为1时，进入步骤3.1.3，当数量大于1时，使用周扫模式进行扫描，T秒后进入步骤3.1.4；

步骤3.1.3、以频谱目标聚类中心点与核心区中心连线为中心轴，使用跟踪模式单侧扇扫45°，T秒后进入步骤3.1.4；

步骤3.1.4、判断当前频谱目标聚类中心点数量是否为零，若为零，则进入步骤3.1.5，若不为零，则进入步骤3.1.2；

步骤3.1.5、雷达继续运行10T秒后关机。

步骤3中对雷达目标数据进行预处理具体按照以下步骤实施：

步骤3.2.1、低高度目标滤除；以雷达部署周边环境中建筑物的高度设定低高度目标过滤门限h_max，通过对比雷达扫描到的目标高度和h_max的大小，将雷达扫描到的目标高度小于h_max的目标滤除；

步骤3.2.2、超远距目标滤除；当雷达扫描到的目标与雷达的距离不小于2倍的D_防御时，滤除该目标；

步骤3.2.3、高航速目标滤除；将飞行速度不小于30m/s的目标滤除；

步骤3.2.4、预警区外背离核心区中心点飞行目标滤除；将预警区外侦测到的背离核心区中心点飞行目标滤除。

步骤3中对雷达目标威胁等级从高至低进行划分具体为，目标与核心区中心点的距离小于K米且目标向核心区中心点运动，则为一级威胁；目标与核心区中心点的距离小于K米且目标背离核心区中心点运动，则为二级威胁；目标与核心区中心点的距离大于K米小于D_防御米，且目标向核心区中心点运动，则为三级威胁；目标与核心区中心点的距离大于K米小于D_防御米，且目标背离核心区中心点运动，则为四级威胁；目标与核心区中心点的距离大于D_防御米，则为五级威胁。

步骤4筛选频谱目标面内的对应雷达目标具体按照以下步骤实施：

步骤4.1、筛选频谱目标面内雷达目标并保留；

步骤4.2、计算每个频谱目标面内的雷达目标数量；

步骤4.3、当雷达目标数量≥1，则进行下一步；否则，以1秒为单位上报频谱目标面中心位置T秒；

步骤4.4、根据频谱目标面运动方向和雷达目标威胁等级，匹配频谱目标面内高威胁等级目标航迹，若有多个相同威胁等级目标航迹，则选择距雷达最近的目标航迹；

步骤4.5、锁定航迹T秒上报目标航迹信息，然后跳至步骤4.3。

本发明的有益效果是：本发明方法通过软件处理多数据源目标信息，利用雷达数据和频谱数据进行融合分析和判断处理，滤除了不相关的雷达目标，解决了单一雷达使用中多组起批目标数据，无法区分非无人机目标、无法识别悬停和超低速飞行无人机；同时通过频谱发现无人机后联动雷达进行探测，减少了雷达使用时长，一方延长了雷达使用寿命，另一方减少了辐射危害；同时通过频谱目标面关联面内雷达目标，解决了单一频谱无法侦测无人机精准的经度、纬度、高程、航迹等信息。

附图说明

图1是本发明一种提升无人机侦测准确率的方法的流程图；

图2是本发明一种提升无人机侦测准确率的方法中雷达扫描方式和扫描范围的流程图；

图3是本发明一种提升无人机侦测准确率的方法中关联同一时刻频谱目标面等级雷达目标图；

图4是本发明一种提升无人机侦测准确率的方法中侦测范围与核心区、预警区位置关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种提升无人机侦测准确率的方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据雷达部署位置以及实际侦测要求确定侦测范围，具体按照以下步骤实施，如图4所示：

步骤1.1.1、在需要防护区域内部署雷达；

步骤1.1.2、以雷达位置为核心区中心点，中心点位置为P（x₀，y₀），以P到防护区域最远角连线距离K为半径的圆形区域为核心区；

步骤1.1.3、核心区边界向外延伸S米作为预警区，S为无人机飞行速度与预留响应时间的乘积，一般为1000m至1500m；

步骤1.1.4、侦测范围为以D_防御为半径的圆形区域，其中，D_防御=K+S；

通过对无线电频谱侦测设备侦测到的覆盖空域内的无人机目标信息进行数据处理分析，确定频谱目标面，并对频谱目标面进行编号；具体按照以下步骤实施：

步骤1.2.1、偏差数据滤除；针对频谱目标数据上报频率普遍大于雷达数据上报频率，求雷达和频谱数据上报频率最小公倍数，设其为T秒，对无线电频谱侦测设备在T秒内发现的无人机进行编号，将每个无人机T秒内的多个位置数据组成频谱目标集合M，设M内所有点的经度和纬度平均数对应的坐标为A（x₁，y₁），集合M内任一点坐标为B（x₂，y₂），以地心为坐标原点O，以赤道平面为XOY平面，以0度经线圈所在的平面为XOZ平面建立三维直角坐标系，则A和集合M内任一点的直角坐标为：

，

其中R=6371km为地球半径，计算集合M内任意一点B到A的距离d距离为：

，

计算频谱目标集合M内所有点到A的距离d，d形成集合M₁，计算M₁的平均值和标准差，保留距离d在三倍标准差(3σ原则)内的坐标数据，其他数据滤除；

步骤1.2.2、虚警信号滤除：通过无线电频谱侦测设备扫描侦测环境中的电磁环境背景噪声创建底噪参数，结合设备最远侦测距离创建虚警门限时间t，t=U_底噪×D_MAX+3，其中，U_底噪表示底噪参数，一般取值为1至1.3，D_MAX表示最远侦测距离，一般为2 km至4km，对报警数据时长小于t的数据认为其为虚警信号，将其滤除；

步骤1.2.3、确定频谱目标面；求取经过步骤1.2.1和1.2.2处理后的T秒内的一个或多个频谱目标集合的经度和纬度平均数的坐标，将该坐标作为频谱目标聚类中心点（发现多个无人机时，有多个频谱目标集合，对应多个聚类中心点），以该频谱目标聚类中心点至集合内最远点距离为半径，即可得到包含所有数据的平面圆形区域，该平面圆形区域为频谱目标面，每个频谱目标集合唯一对应一个频谱目标面。频谱目标面的数量对应发现的无人机目标数量，每个频谱目标面编号即为该频谱目标集合对应的无人机编号；

步骤2、根据步骤1.2.3中确定的频谱目标面，对比同一编号频谱目标面，在后一个T秒内和前一个T秒内随时间位置变化和相对核心区中心点的位置变化，即频谱目标面与核心区中心点的距离d变化，确定频谱目标面是向/背离核心区中心点运动；

步骤3、当频谱目标数据聚类中心点＞0时（频谱目标数据聚类中心点一般为正整数），即频谱发现无人机数量＞0，首先通过判断频谱目标面的数量，计算雷达扫描方式和扫描范围，然后向雷达下达参数并启动，并对雷达侦测的目标进行预处理，最后通过雷达目标到核心区中心点的距离、飞行方向进行目标威胁等级划分；

雷达的扫描方式和扫描范围具体按照以下步骤实施，如图2所示：

步骤3.1.1、获取当前频谱目标聚类中心点数量（数量＞0）；

步骤3.1.2、当数量为1时，进入步骤3.1.3；当数量大于1时，使用周扫模式进行扫描，T秒后进入步骤3.1.4；

步骤3.1.3、以频谱目标聚类中心点与核心区中心连线为中心轴，使用跟踪模式单侧扇扫45°扫描，T秒后进入步骤3.1.4；

步骤3.1.4、判断当前频谱目标聚类中心点数量是否为零，若为零，则进入步骤3.1.5；若不为零，则进入步骤3.1.2；

步骤3.1.5、雷达继续运行10T秒后关机；

对雷达目标数据进行预处理具体按照以下步骤实施：

步骤3.2.1、低高度目标滤除；以雷达部署周边环境中建筑物的高度设定低高度目标过滤门限h_max，根据部署环境中建筑物高度的不同例如：郊区、城市，h_max一般选择10 m至70m，通过对比雷达扫描到的目标高度和h_max的大小，将雷达扫描到的目标高度小于h_max的目标滤除；

步骤3.2.2、超远距目标滤除；当雷达扫描到的目标与雷达的距离不小于2倍的D_防御时，滤除该目标；

步骤3.2.3、高航速目标滤除；将飞行速度不小于30m/s的目标滤除；

步骤3.2.4、预警区外背离核心区中心点飞行目标滤除；将预警区外侦测到的背离核心区中心点飞行目标滤除；

对雷达目标威胁等级从高至低进行划分具体为，目标与核心区中心点的距离小于K米且目标向核心区中心点运动，则为一级威胁；目标与核心区中心点的距离小于K米且目标背离核心区中心点运动，则为二级威胁；目标与核心区中心点的距离大于K米小于D_防御米，且目标向核心区中心点运动，则为三级威胁；目标与核心区中心点的距离大于K米小于D_防御米，且目标背离核心区中心点运动，则为四级威胁；目标与核心区中心点的距离大于D_防御米，则为五级威胁；

步骤4、通过将频谱目标面转化成经度纬度范围并与步骤3已经划分威胁等级的雷达目标进行匹配，筛选出频谱目标面内的对应雷达目标并保留，作为平台告警信息的待选目标；需要注意的是：多个频谱目标面会筛选出多组雷达目标数据，每个频谱目标面上报航迹具体步骤如图3，包括以下步骤：

步骤4.1、筛选频谱目标面内雷达目标并保留；

步骤4.2、计算每个频谱目标面内的雷达目标数量；

步骤4.3、当雷达目标数量≥1，则进行下一步；否则，以1秒为单位上报频谱目标面中心位置T秒；

步骤4.4、根据频谱目标面运动方向和雷达目标威胁等级，匹配频谱目标面内高威胁等级目标航迹，当有多个相同威胁等级目标航迹，选择距雷达最近的目标航迹；

步骤4.5、锁定航迹T秒上报目标航迹信息，然后跳至步骤4.3；

步骤5、将步骤4中筛选的待选目标T秒内航迹信息或T秒内频谱信息通过系统进行告警和显示。

步骤4和步骤5过程的举例说明：假设时间T内发现Y、Z两个频谱目标面，其中Y内匹配的雷达目标为2个且威胁等级相同，Z内匹配雷达目标为0个，即选择Y内两个目标中距离雷达近的目标航迹信息进行上报，持续T秒，Z以1秒为单位上报频谱目标面中心经纬度信息，持续T秒，此时系统显示发现两台无人机，其中一条数据显示目标的经度纬度高度、航速和航迹，另外一条显示经纬信息，T秒后，Y、Z移动到了新位置，其中Y内匹配的雷达目标为3个且威胁等级为一个一级、两个二级，选择Y内一级威胁等级的目标信息进行上报，Z内匹配到雷达目标为1个威胁等级为五级，即将该雷达目标信息进行上报，系统显示发现两台无人机，两条数据都显示目标的经纬高、航速航迹。

Claims (8)

1.一种提升无人机侦测准确率的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据雷达部署位置以及实际侦测要求确定侦测范围，通过对无线电频谱侦测设备侦测到的覆盖空域内的无人机目标信息进行数据处理分析，确定频谱目标面，并对频谱目标面进行编号；

步骤2、根据同一编号的频谱目标面在后一个T秒和前一个T秒内的位置变化确定频谱目标面运动方向；

步骤3、通过雷达进行扫描，对雷达扫描到的雷达目标数据进行预处理，结合步骤2得到的频谱目标面运动方向对雷达目标威胁等级进行划分；

步骤4、通过将频谱目标面转化成经度纬度范围并与步骤3已经划分威胁等级的雷达目标进行匹配，筛选出频谱目标面内的对应雷达目标并保留，作为平台告警信息的待选目标；

步骤5、将步骤4中筛选的待选目标T秒内航迹信息或T秒内频谱信息通过系统进行告警和显示。

2.根据权利要求1所述的一种提升无人机侦测准确率的方法，其特征在于，所述步骤1中确定侦测范围具体按照以下步骤实施：

步骤1.1.1、在需要防护区域内部署雷达；

步骤1.1.2、以雷达位置为核心区中心点，中心点位置为P（x₀，y₀），以P到防护区域最远角连线距离K为半径的圆形区域为核心区；

步骤1.1.3、核心区边界向外延伸S米作为预警区，S为无人机飞行速度与预留响应时间的乘积；

步骤1.1.4、侦测范围为以D_防御为半径的圆形区域，其中，D_防御=K+S。

3.根据权利要求2所述的一种提升无人机侦测准确率的方法，其特征在于，所述步骤1中确定频谱目标面具体按照以下步骤实施：

步骤1.2.1、偏差数据滤除；对无线电频谱侦测设备在T秒内发现的无人机进行编号，将每个无人机T秒内的多个位置数据组成频谱目标集合M，设M内所有点的经度和纬度平均数对应的坐标为A（x₁，y₁），计算频谱目标集合M内所有点到A的距离d，d形成集合M₁，计算M₁的平均值和标准差，保留距离d在三倍标准差内的坐标数据，其他数据滤除；

步骤1.2.2、虚警信号滤除：通过无线电频谱侦测设备扫描侦测环境中的电磁环境背景噪声创建底噪参数，结合设备最远侦测距离创建虚警门限时间t，t=U_底噪×D_MAX+3，其中，U_底噪表示底噪参数，D_MAX表示最远侦测距离，对报警数据时长小于t的数据认为其为虚警信号，将其滤除；

步骤1.2.3、确定频谱目标面；求取经过步骤1.2.1和1.2.2处理后的T秒内的频谱目标集合的经度和纬度平均数的坐标，将该坐标作为频谱目标聚类中心点，以该频谱目标聚类中心点至集合内最远点距离为半径，即可得到包含所有数据的平面圆形区域，该平面圆形区域为频谱目标面。

4.根据权利要求3所述的一种提升无人机侦测准确率的方法，其特征在于，所述步骤2具体为，根据步骤1.2.3中确定的频谱目标面，对比同一编号频谱目标面，在后一个T秒内和前一个T秒内随时间位置变化和相对核心区中心点的位置变化，即频谱目标面与核心区中心点的距离d变化，确定频谱目标面是向/背离核心区中心点运动。

5.根据权利要求4所述的一种提升无人机侦测准确率的方法，其特征在于，所述步骤3中雷达的扫描方式和扫描范围具体按照以下步骤实施：

步骤3.1.1、获取当前频谱目标聚类中心点数量；

步骤3.1.2、当数量为1时，进入步骤3.1.3，当数量大于1时，使用周扫模式进行扫描，T秒后进入步骤3.1.4；

步骤3.1.3、以频谱目标聚类中心点与核心区中心连线为中心轴，使用跟踪模式单侧扇扫45°，T秒后进入步骤3.1.4；

步骤3.1.4、判断当前频谱目标聚类中心点数量是否为零，若为零，则进入步骤3.1.5，若不为零，则进入步骤3.1.2；

步骤3.1.5、雷达继续运行10T秒后关机。

6.根据权利要求5所述的一种提升无人机侦测准确率的方法，其特征在于，所述步骤3中对雷达目标数据进行预处理具体按照以下步骤实施：

步骤3.2.1、低高度目标滤除；以雷达部署周边环境中建筑物的高度设定低高度目标过滤门限h_max，通过对比雷达扫描到的目标高度和h_max的大小，将雷达扫描到的目标高度小于h_max的目标滤除；

步骤3.2.2、超远距目标滤除；当雷达扫描到的目标与雷达的距离不小于2倍的D_防御时，滤除该目标；

步骤3.2.3、高航速目标滤除；将飞行速度不小于30m/s的目标滤除；

步骤3.2.4、预警区外背离核心区中心点飞行目标滤除；将预警区外侦测到的背离核心区中心点飞行目标滤除。

7.根据权利要求6所述的一种提升无人机侦测准确率的方法，其特征在于，所述步骤3中对雷达目标威胁等级从高至低进行划分具体为，目标与核心区中心点的距离小于K米且目标向核心区中心点运动，则为一级威胁；目标与核心区中心点的距离小于K米且目标背离核心区中心点运动，则为二级威胁；目标与核心区中心点的距离大于K米小于D_防御米，且目标向核心区中心点运动，则为三级威胁；目标与核心区中心点的距离大于K米小于D_防御米，且目标背离核心区中心点运动，则为四级威胁；目标与核心区中心点的距离大于D_防御米，则为五级威胁。

8.根据权利要求1所述的一种提升无人机侦测准确率的方法，其特征在于，所述步骤4筛选频谱目标面内的对应雷达目标具体按照以下步骤实施：

步骤4.1、筛选频谱目标面内雷达目标并保留；

步骤4.2、计算每个频谱目标面内的雷达目标数量；

步骤4.3、当雷达目标数量≥1，则进行下一步；否则，以1秒为单位上报频谱目标面中心位置T秒；

步骤4.4、根据频谱目标面运动方向和雷达目标威胁等级，匹配频谱目标面内高威胁等级目标航迹，若有多个相同威胁等级目标航迹，则选择距雷达最近的目标航迹；

步骤4.5、锁定航迹T秒上报目标航迹信息，然后跳至步骤4.3。

Images