CN112600644A - 具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统，包括无人机频谱侦测分析和白名单管理模块、信号规律跟踪生成模块和无人机干扰信号发射模块。本发明还公开了一种具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统的控制方法。本发明通过探测无人机跳频信号规律并解码，实现白名单管理，并通过发射窄带宽的无线电干扰信号，实现对无人机和遥控器通信信号的精准干扰，不影响同频段内无人机和其它用频系统通信；模块化的设计将无线电侦测和无线电干扰相结合为一体，降低了系统的使用的难度和调试工作量。

Description

具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统及方法
技术领域
本发明属于无线电技术领域，具体涉及一种具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统，本发明还涉及一种具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统的控制方法。
背景技术
随着国内无人机市场近几年快速发展，无人机被广泛应用到植保、专业摄影、航拍测绘、娱乐等领域，伴随着应用领域的逐步拓展，民用无人机市场得到爆发式增长。与此同时无人机飞手空域安全意识薄弱、空中管制制度的不完善等原因，无人机也给航空运输、社会安全和个人隐私带来了前所未有的威胁。为了更好的限制无人机在敏感区域内飞行带来的威胁，行业内以无线电侦测和无线电干扰为手段，对无人机的控制、图传和导航信号进行阻断，保障敏感区域内的低空安全。
目前在国家划分的无线电频率范围内，绝大多数无人机厂商为应对复杂电磁环境和远距离控制可能导致的无人机信号丢失，多采用跳频通信技术实现稳定通信。使用现有的无线电干扰技术，因无法及时预测无人机通信信号的跳变规律，一般对防御范围内出现的无人机只能发射大功率全频段的干扰信号，使遥控器和无人机通信频段被噪声充斥，阻断无人机和遥控器通信控制。
现有的反无人机系统无法在黑飞无人机和己方无人机同时飞行时进行有效甄别和精准打击；而且现有技术通过发射大功率全频段干扰信号，对该公共频段其它用频系统也造成了严重干扰；另外现有技术中干扰系统需要侦测系统配合提供无人机的发现跟踪，当组合使用不同厂商、类型设备时，带来了多设备配合使用的难度和调试工作量。
发明内容
本发明的目的是提供一种具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统，通过探测无人机跳频信号规律并解码，实现白名单管理，并通过发射窄带宽的无线电干扰信号，实现对无人机和遥控器通信信号的精准干扰，不影响同频段内无人机和其它用频系统通信；模块化的设计将无线电侦测和无线电干扰相结合为一体，降低了系统的使用的难度和调试工作量。
本发明的另一目的是提供一种具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统的控制方法。
本发明所采用的第一技术方案是，具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统，包括无人机频谱侦测分析和白名单管理模块、信号规律跟踪生成模块和无人机干扰信号发射模块。
本发明第一技术方案的特点还在于，
无人机频谱侦测分析和白名单管理模块具体包括通信信号采集处理单元、频谱特征分析单元、通信特征编码单元、白名单管理单元。
信号规律跟踪生成模块，根据无人机频谱侦测分析和白名单管理模块得到的无人机通信信号的特征参数，生成干扰基带信号，特征参数包括信号持续时间、跳频间隙、跳频信号周期。
无人机干扰信号发射模块，将信号规律跟踪生成模块生成的干扰基带信号进行调制，然后将调制后的信号进行放大，最后将放大后的干扰信号发射至空间中。
本发明所采用的第二技术方案是，一种具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统的控制方法，基于具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统，具体按照以下步骤实施：
步骤1、通信信号采集处理单元截获某个时间段内空域中400MHz~6GHz内划定的无人机通信频段的无线电信号，对信号进行频域、时域变换的同时进行采样、提取、存储为窄带信号；频谱特征分析单元将窄带信号处理得到估算跳频信号参数，将估算跳频信号参数与无人机通信协议库中跳频信号参数对比，确认类无人机通信信号；
步骤2、通信特征编码单元分析所述步骤1中类无人机通信信号，获得无人机身份唯一识别码，根据无人机身份唯一识别码创建通信特征唯一编码，并将无人机身份唯一识别码和对应的通信特征唯一编码，保存到无人机特征唯一编码库；
步骤3、白名单管理单元通过管理白名单数据库中通信特征唯一编码进行白名单管理，结合白名单选择打击与否；
步骤4、预设干扰时长内，信号规律跟踪生成模块依据类无人机通信信号的周期性规律，在预设干扰时刻，通过无人机干扰信号发射模块发射与类无人机通信信号变化规律相同的干扰信号，打击黑飞无人机。
本发明第二技术方案的特点还在于，
步骤1具体如下：
首先使用预设的参数进行宽带信号采样，此处采集的宽带信号包含多个通信频段，预设的参数包括中心频率、采样率和信号采集时长对400MHz—6GHz内划定的无人机通信频段，并将采集的宽带信号进行频域转换，然后将转换后的信号以固定带宽间隔进行窄带提取，得到窄带信号，并将窄带信号转换至时域，最后，对各个窄带信号进行同步和解调，得到可选的通信频段中对应窄带信号的解调信息，频谱特征分析单元对各个窄带信进行信号门限估计，求得阈值门限，针对高于阈值门限的窄带信号，进行持续时间统计，形成频点信号集合，对频点信号集合内数据进行聚类分析，包括带宽聚类、驻留时间聚类、波形特征聚类，对聚类分析结果进行时间顺序检测，然后估算跳频信号参数，将估算的跳频信号参数与系统存储的各类无人机通信协议库中跳频信号参数进行对比，具体对比的参数项包括信号频点持续时间、跳频间隔时长、跳频信号时间周期、跳频频点规律、周期带宽范围、每跳带宽范围、每跳瞬时峰值能量，将跳频信号参数对比一致的信号，确定为类无人机通信信号。
步骤2具体如下：
步骤2.1、根据所述频谱特征分析单元的频谱特征分析结果匹配系统存储的各类无人机通信协议库，查找对应无人机通信协议，对解调信息通过无人机通信协议中约定的方法解码为数据信息；
步骤2.2、提取数据信息中关于无人机身份相关信息，获取无人机身份唯一识别码；
步骤2.3、根据无人机身份唯一识别码创建一一对应的通信特征唯一编码，并将无人机身份唯一识别码和对应的通信特征唯一编码保存到无人机特征唯一编码库。
步骤3具体如下：
通过将步骤2中的某个无人机对应的通信特征唯一编码加入白名单数据库，系统再次侦测到该无人机通信信号后，执行步骤1~步骤2，生成的通信特征唯一编码与白名单数据库无人机通信特征唯一编码进行对比，若与白名单数据库中某个编码相同，判断为白名单无人机；若与白名单全部编码不同，则判断为黑飞无人机。
步骤4具体如下：
预设干扰时长内，信号规律跟踪生成模块根据当前时刻和当前无人机通信信号所处通信频段，以及无人机跳频信号跳频间隙，计算下次跳频时刻，下次跳频时刻=当前时刻+跳频间隙，并生成与下次跳频时刻对应的干扰基带信号，无人机干扰信号发射模块在下次跳频时刻，将所述信号规律跟踪生成模块生成的干扰基带信号进行调制，然后将调制后的信号进行放大，最后将放大后的干扰信号发射至空间中，打击黑飞无人机。
本发明的有益效果是，一种具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统即控制方法，通过对无人机通信信号的侦测识别，实现白名单管理；根据白名单实现精准打击，不影响同频段内其它无人机和用频系统通信；模块化的设计将无线电侦测和无线电干扰相结合为一体，降低了系统的使用的难度和调试工作量。
附图说明
图1是反无人机系统组成图；
图2是无人机白名单识别和精准打击方法步骤图；
图3是干扰信号发射流程图。
图中，1. 无人机频谱侦测分析和白名单管理模块，2. 信号规律跟踪生成模块，3.无人机干扰信号发射模块。
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。
本发明具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统，结构如图1所示，包括无人机频谱侦测分析和白名单管理模块1，用于采集空间某段时间内的无线电信号（承载有声音、文字、数据、图像等电信号的射频频段的电磁波），进行时域和频域转化，提取转化后的时域和频域信号的特征参数并解码创建通信特征唯一编码，根据通信特征唯一编码实现白名单管理，还包括信号规律跟踪生成模块2和无人机干扰信号发射模块3，通过模块化的设计将无人机频谱侦测分析和白名单管理模块1、信号规律跟踪生成模块2和无人机干扰信号发射模块3三个模块集成一体，实现无线电侦测和无线电干扰相结合为一体。
其中，无人机频谱侦测分析和白名单管理模块1具体包括通信信号采集处理单元、频谱特征分析单元、通信特征编码单元、白名单管理单元；
通信信号采集处理单元，使用预设的参数进行宽带信号采样，预设的参数包括中心频率、采样率和信号采集时长对400MHz—6GHz内划定的无人机通信频段，可选2.4GHz、5.8GHz、1.2GHz、0.9GHz、0.8GHz频段，并将采集的信号进行频域转换，将转换后的信号以固定带宽间隔进行窄带提取；然后将窄带信号进行时域转换，对各个窄带信号进行同步和解调得到解调信息；
频谱特征分析单元，对各个窄带信进行信号门限估计，求得阈值门限，针对高于阈值门限的窄带信号，进行持续时间统计，形成频点信号集合，对频点信号集合内数据进行聚类分析，包括带宽聚类、驻留时间聚类、波形特征聚类，对聚类分析结果进行时间顺序检测，然后估算跳频信号参数，将估算的跳频信号参数与系统存储的各类无人机通信协议库中跳频信号参数进行对比，具体对比的参数项包括信号频点持续时间、跳频间隔时长、跳频信号时间周期、跳频频点规律、周期带宽范围、每跳带宽范围、每跳瞬时峰值能量，将跳频信号参数对比一致的信号，确定为类无人机通信信号；
通信特征编码单元，根据所述频谱特征分析单元的频谱特征分析结果匹配系统存储的各类无人机通信协议库，查找对应无人机通信协议，对解调信息通过无人机通信协议中约定的方法解码为数据信息，提取数据信息中关于无人机身份相关信息，获取无人机身份唯一识别码，根据无人机身份唯一识别码，在系统中创建一一对应的通信特征唯一编码，并将无人机身份唯一识别码和对应的通信特征唯一编码，保存到无人机特征唯一编码库；
白名单管理单元，即创建一个无人机白名单数据库，可通过将经过所述通信特征编码单元创建的通信特征唯一编码添加到白名单数据库或者从白名单数据库删除，实现白名单管理。
信号规律跟踪生成模块2，根据所述无人机频谱侦测分析和白名单管理模块1得到的无人机通信信号的特征参数，生成干扰基带信号，特征参数包括信号持续时间、跳频间隙、跳频信号周期。
无人机干扰信号发射模块3，将所述信号规律跟踪生成模块2生成的干扰基带信号进行调制，然后将调制后的信号进行放大，最后将放大后的干扰信号发射至空间中。
一种具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统的控制方法，基于具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统，流程图如图2所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、即图2中S1所示，通信信号采集处理单元截获某个时间段内空域中400MHz~6GHz内划定的无人机通信频段的无线电信号，对信号进行频域、时域变换的同时进行采样、提取、存储为窄带信号；频谱特征分析单元将窄带信号处理得到估算跳频信号参数，将估算跳频信号参数与无人机通信协议库中跳频信号参数对比，确认类无人机通信信号；
其中，步骤1具体如下：
首先使用预设的参数进行宽带信号采样，此处采集的宽带信号包含多个通信频段，并将采集的宽带信号进行频域转换，然后将转换后的信号以固定带宽间隔进行窄带提取，得到窄带信号，并将窄带信号转换至时域，最后，对各个窄带信号进行同步和解调，得到可选的通信频段中对应窄带信号的解调信息，频谱特征分析单元对各个窄带信进行信号门限估计，求得阈值门限，针对高于阈值门限的窄带信号，进行持续时间统计，形成频点信号集合，对频点信号集合内数据进行聚类分析，包括带宽聚类、驻留时间聚类、波形特征聚类，对聚类分析结果进行时间顺序检测，然后估算跳频信号参数，将估算的跳频信号参数与系统存储的各类无人机通信协议库中跳频信号参数进行对比，具体对比的参数项包括信号频点持续时间、跳频间隔时长、跳频信号时间周期、跳频频点规律、周期带宽范围、每跳带宽范围、每跳瞬时峰值能量，将跳频信号参数对比一致的信号，确定为类无人机通信信号。
步骤2、即图2中S2所示，通信特征编码单元分析所述步骤1中类无人机通信信号，获得无人机身份唯一识别码，根据无人机身份唯一识别码创建通信特征唯一编码，并将无人机身份唯一识别码和对应的通信特征唯一编码，保存到无人机特征唯一编码库；
步骤2具体如下：
步骤2.1、根据所述频谱特征分析单元的频谱特征分析结果匹配系统存储的各类无人机通信协议库，查找对应无人机通信协议，对解调信息通过无人机通信协议中约定的方法解码为数据信息；
步骤2.2、提取数据信息中关于无人机身份相关信息，获取无人机身份唯一识别码；
步骤2.3、根据无人机身份唯一识别码创建一一对应的通信特征唯一编码，并将无人机身份唯一识别码和对应的通信特征唯一编码保存到无人机特征唯一编码库。
步骤3、即图2中S3所示，白名单管理单元通过管理白名单数据库中通信特征唯一编码进行白名单管理，结合白名单选择打击与否；
步骤3具体如下：
通过将步骤2中的某个无人机对应的通信特征唯一编码加入白名单数据库，系统再次侦测到该无人机通信信号后，执行步骤1~步骤2，生成的通信特征唯一编码与白名单数据库无人机通信特征唯一编码进行对比，若与白名单数据库中某个编码相同，判断为白名单无人机；若与白名单全部编码不同，则判断为黑飞无人机。
步骤4、即图2中S4所示，预设干扰时长内，信号规律跟踪生成模块2依据类无人机通信信号的周期性规律，在预设干扰时刻，通过无人机干扰信号发射模块3发射与类无人机通信信号变化规律相同的干扰信号，打击黑飞无人机。
步骤4具体如下：
预设干扰时长内，信号规律跟踪生成模块2根据当前时刻和当前无人机通信信号所处通信频段，以及无人机跳频信号跳频间隙，计算下次跳频时刻，下次跳频时刻=当前时刻+跳频间隙，并生成与下次跳频时刻对应的干扰基带信号，无人机干扰信号发射模块3在下次跳频时刻，将所述信号规律跟踪生成模块2生成的干扰基带信号进行调制，然后将调制后的信号进行放大，最后将放大后的干扰信号发射至空间中，打击黑飞无人机。
如图3所示，步骤4具体如下：
设上次跳频时刻为tm-1，当前跳频时刻为tm，那么tm=tm-1+A，m为正整数，A表示跳频间隙，对应时刻执行如下步骤：
步骤a、根据步骤1估算跳频信号参数即无人机跳频通信信号规律，预测即将到来的tm时刻跳频信号特征，tm时刻跳频信号特征包括：频点、本跳信号持续时间、本跳信号带宽和峰值能量；
步骤b、无人机干扰信号发射模块3在tm时刻到来时，将信号规律跟踪生成模块2生成的干扰基带信号进行调制放大，并发射；
步骤c、判断当前时间是否到达tstop时刻，并在tstop时刻停止发射干扰信号，tstop=tm +C，C为正整数，C表示预设干扰时长，如果到达，则跳转至步骤d；否则在tm+1 时刻重复步骤a、步骤b，tm+1=tm +A；
步骤d、停止发射干扰信号。

Claims (9)

1.具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统，其特征在于，包括无人机频谱侦测分析和白名单管理模块（1）、信号规律跟踪生成模块（2）和无人机干扰信号发射模块（3）。
2.根据权利要求1所述的具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统，其特征在于，所述无人机频谱侦测分析和白名单管理模块（1）具体包括通信信号采集处理单元、频谱特征分析单元、通信特征编码单元、白名单管理单元。
3.根据权利要求2所述的具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统，其特征在于，所述信号规律跟踪生成模块（2），根据所述无人机频谱侦测分析和白名单管理模块（1）得到的无人机通信信号的特征参数，生成干扰基带信号，特征参数包括信号持续时间、跳频间隙、跳频信号周期。
4.根据权利要求3所述的具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统，其特征在于，所述无人机干扰信号发射模块（3），将所述信号规律跟踪生成模块（2）生成的干扰基带信号进行调制，然后将调制后的信号进行放大，最后将放大后的干扰信号发射至空间中。
5.一种具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统的控制方法，基于权利要求4所述的具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、通信信号采集处理单元截获某个时间段内空域中400MHz~6GHz内划定的无人机通信频段的无线电信号，对信号进行频域、时域变换的同时进行采样、提取、存储为窄带信号；频谱特征分析单元将窄带信号处理得到估算跳频信号参数，将估算跳频信号参数与无人机通信协议库中跳频信号参数对比，确认类无人机通信信号；
步骤2、通信特征编码单元分析所述步骤1中类无人机通信信号，获得无人机身份唯一识别码，根据无人机身份唯一识别码创建通信特征唯一编码，并将无人机身份唯一识别码和对应的通信特征唯一编码，保存到无人机特征唯一编码库；
步骤3、白名单管理单元通过管理白名单数据库中通信特征唯一编码进行白名单管理，结合白名单选择打击与否；
步骤4、预设干扰时长内，信号规律跟踪生成模块（2）依据类无人机通信信号的周期性规律，在预设干扰时刻，通过无人机干扰信号发射模块（3）发射与类无人机通信信号变化规律相同的干扰信号，打击黑飞无人机。
6.根据权利要求5所述的一种具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统的控制方法，其特征在于，所述步骤1具体如下：
首先使用预设的参数进行宽带信号采样，此处采集的宽带信号包含多个通信频段，并将采集的宽带信号进行频域转换，然后将转换后的信号以固定带宽间隔进行窄带提取，得到窄带信号，并将窄带信号转换至时域，最后，对各个窄带信号进行同步和解调，得到可选的通信频段中对应窄带信号的解调信息，频谱特征分析单元对各个窄带信进行信号门限估计，求得阈值门限，针对高于阈值门限的窄带信号，进行持续时间统计，形成频点信号集合，对频点信号集合内数据进行聚类分析，包括带宽聚类、驻留时间聚类、波形特征聚类，对聚类分析结果进行时间顺序检测，然后估算跳频信号参数，将估算的跳频信号参数与系统存储的各类无人机通信协议库中跳频信号参数进行对比，具体对比的参数项包括信号频点持续时间、跳频间隔时长、跳频信号时间周期、跳频频点规律、周期带宽范围、每跳带宽范围、每跳瞬时峰值能量，将跳频信号参数对比一致的信号，确定为类无人机通信信号。
7.根据权利要求6所述的一种具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统的控制方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：
步骤2.1、根据所述频谱特征分析单元的频谱特征分析结果匹配系统存储的各类无人机通信协议库，查找对应无人机通信协议，对解调信息通过无人机通信协议中约定的方法解码为数据信息；
步骤2.2、提取数据信息中关于无人机身份相关信息，获取无人机身份唯一识别码；
步骤2.3、根据无人机身份唯一识别码创建一一对应的通信特征唯一编码，并将无人机身份唯一识别码和对应的通信特征唯一编码保存到无人机特征唯一编码库。
8.根据权利要求7所述的一种具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统的控制方法，其特征在于，所述步骤3具体如下：
通过将步骤2中的某个无人机对应的通信特征唯一编码加入白名单数据库，系统再次侦测到该无人机通信信号后，执行步骤1~步骤2，生成的通信特征唯一编码与白名单数据库无人机通信特征唯一编码进行对比，若与白名单数据库中某个编码相同，判断为白名单无人机；若与白名单全部编码不同，则判断为黑飞无人机。
9.根据权利要求8所述的一种具备白名单和精准打击的一体化反无人机系统的控制方法，其特征在于，所述步骤4具体如下：
预设干扰时长内，信号规律跟踪生成模块（2）根据当前时刻和当前无人机通信信号所处通信频段，以及无人机跳频信号跳频间隙，计算下次跳频时刻，下次跳频时刻=当前时刻+跳频间隙，并生成与下次跳频时刻对应的干扰基带信号，无人机干扰信号发射模块（3）在下次跳频时刻，将所述信号规律跟踪生成模块（2）生成的干扰基带信号进行调制，然后将调制后的信号进行放大，最后将放大后的干扰信号发射至空间中，打击黑飞无人机。
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