CN114095932A - 频谱侦测的方法、系统以及无人机定位设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种频谱侦测的方法、系统以及无人机定位设备，本发明的频谱侦测方法是通过天线系统接收两个以上的信号，当两个以上不同频率信号作用于一非线性电路时将产生互调信号，提取上述互调信号，采用互调信号作为基准识别信号用于对目标进行侦测。本发明的频谱侦测方法开创了利用“有害”的互调信号作为基准识别信号，用于对目标进行识别和定位的先例。采用这种技术方法的无人机频谱侦测系统和设备，提高了探测成功率和降低了虚警率，在无人机频谱侦测方面有很好的应用前景。本发明的频谱侦测系统和包含该系统的无人机定位设备可以实现对无人机等飞行设备进行水平360°全向搜索，侦测区域无死角，可避免城市WIFI信号的干扰。

Description

频谱侦测的方法、系统以及无人机定位设备
技术领域
本发明涉及无人机防御系统技术领域，尤其涉及一种频谱侦测的方法、系统以及无人机定位设备。
背景技术
全球范围内，无人机在“国防”、“安防”及民生领域带来的安全威胁日益突现，如交战国交战、极端分子恐怖袭击、国计民生领域的“黑飞”事件等都对国家安全和社会稳定造成一定的影响。如何做到早期准确预警，是无人机安全防御所要解决的迫切问题。
根据使用情况反馈，目前用于侦测无人机的频谱侦测设备存在“误报率、虚警率”高的技术问题。在人类生产生活中，各种无线电信号复杂多样，相互叠加、干扰、影响十分普遍，尤其以科技智能装备易受影响。由于国际电信联盟(ITU)并未给无人机使用领域单独划分专用频段，根据资料，现有的无人机大多使用公共开放的2400MHz和5800MHz频率作为链路控制信号和图像传输信号，作为公共开放频率与城市WIFI信号同频，易造成无人机侦测系统误报。
在无线电通讯原理中定义“三阶”互调信号，是由多个信号通过同一器件或线路如：天线、线缆、滤液器和放大器等线性系统所包含的非线性系数的大小而产生差拍信号。互调信号在通讯领域中是有害的，尤其是“三阶”、“五阶”互调信号。以往在频谱侦测系统中都是以降低或去除有害的互调信号为目标，很少有技术将互调信号作为有价值的信号加以利用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种频谱侦测的方法，该频谱侦测的方法解决了无人机因使用公共开放的2400MHz和5800MHz频率作为链路控制信号和图像传输信号，从而与城市WIFI信号同频，导致以往频谱侦测方法无法识别出信号源是否来源于无人机的技术问题。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
本发明的一种频谱侦测方法，通过天线系统接收两个以上的信号，并通过传输缆线、接收机、高低通滤波器等将互调信号2F1-F2或2F2-F1提取出来，采用互调信号作为基准识别信号用于对目标进行识别和定位。
进一步，所述互调信号为“三阶”互调信号。所述“三阶”互调信号作为基准识别信号，是基于两种或以上的无线电信号互相作用产生的寄生信号提取并利用。
优选的，所述“三阶”互调信号采用公式2F1-F2得出，F1为信号1，F2为信号2，信号2频率大于信号1。
优选的，所述信号1为链路控制信号的中心频率，信号2为图像传输信号的中心频率。所述信号2还可以选用其它通讯信号如卫星全球定位系统GPS信号的频率。使用这一技术方法应包含低空领域飞行物，如无人机、无人飞艇等设备的控制链路、图像信号和其它通讯信号如卫星全球定位系统GPS信号；已包含水面设施装备，如无人船、无人艇、无人救生筏和潜航器材等的控制链路和图像传输信号；已包含陆地领域的设施设备，如遥控车、机器人、智能移动设备等。该技术方法不仅适用于民用领域，同时也适用于军事领域和科研教学领域。这一技术已包含现有的2G、3G、4G、5G通讯领域，对未来的“6G”、“7G”……等同样适用。
该技术方法还包含模拟通讯信号和数字信息通讯领域，包含国际电联(ITU)频谱划分的全频带范围，对加密和采用跳频扩频技术的无线通讯设备同样具有延展与涵盖。
本发明的目的之二是提供一种频谱侦测的系统，该系统能够避免城市WIFI信号对无人机等飞行设备侦测造成的干扰，并可以快速有效地定位出无人机等飞行设备的方位。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
本发明的频谱侦测系统包括由前至后依次连接的对数周期宽带天线、8路或以上电子开关、宽带接收机、高低通滤波器、三阶信号检波器、三阶信号放大器、软件控制单元、终端设备。
优先的，所述对数周期宽带天线设置有8付，每付对数周期宽带天线的频率带宽400MHz-6000MHz、水平覆盖角为45°、垂直覆盖角为60°，8付对数周期宽带天线水平方向360°周向均匀布置。
进一步，优先的，所述电子开关设置有8路，8路电子开关分别与8付对数周期宽带天线一对一连接，所述8路电子开关之间的切换速度为0.2毫秒，8路电子开关分别与宽带接收机连接，所述宽带接收机的频率范围是400MHz-6000MHz。
本发明的目的之三是提供一种包含有上述频谱侦测系统的无人机定位设备。无人机定位设备只是频谱侦测系统的使用场景之一。
本发明频谱侦测系统的侦测对象还应包含低空领域飞行物，如无人机、无人飞艇等设备的控制链路、图像信号和其它通讯信号如卫星全球定位系统GPS信号；以及水面设施装备，如无人船、无人艇、无人救生筏和潜航器材等的控制链路和图像传输信号；以及陆地领域的设施设备，如遥控车、机器人、智能移动设备等。
本发明的有益效果：
1.本发明的频谱侦测方法开创了利用“有害”的互调信号作为基准识别信号，用于对目标进行识别和定位的先例。采用这种技术方法的无人机频谱侦测系统和设备，提高了探测成功率和降低了虚警率，其作为区别无人机与城市WIFI信号的探测手段，在无人机频谱侦测方面有很好的应用前景。
2.本发明的频谱侦测系统和包含该系统的无人机定位设备可以实现对无人机等飞行设备进行水平360°全向搜索，侦测区域无死角，且可避免城市WIFI信号的干扰。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为“三阶”互调信号的频谱示意图；
图2为本发明频谱侦测系统的连接框图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明：
本实施例中的频谱侦测系统，包括由前至后依次连接的对数周期宽带天线、8路或以上电子开关、宽带接收机、高低通滤波器、三阶信号检波器、三阶信号放大器、软件控制单元、终端设备。具体地，基于无人机所采用2400MHz控制信号和5800MHz图传信号的普遍模式，同时考虑兼容航空模型和专用飞行器的频率特性，使用高增益宽频带接收天线，该天线采用400MHz-6000MHz的对数周期天线。该天线水平覆盖角为45°，垂直覆盖角为60°，因而采用8付同增益对数周期无线可形成水平360°全向搜索，侦测区域无死角，满足设计要求。
所述电子开关设置有8路，8路电子开关分别与8付对数周期宽带天线一对一连接，所述8路电子开关之间的切换速度为0.2毫秒，8路电子开关分别与宽带接收机连接。每路接收天线的射频信号分别接入8路或以上高频电子开关，该切换开关切换速度为0.2毫秒，每切换一次对不同方向的无线电信号强度作为定位依据。从而确定无人机的方位。经切换开关输出的信号进入宽带接收机，该接收机的频率范围是400MHz-6000MHz，必须满足2400MHz和5800MHz互相作用而寄生出的“三阶”互调信号(2F1-F2)和(2F2-F1)，为应对可能产生的频率冲突和同频干扰。“三阶”互调信号(2F1-F2)和(2F2-F1)通过调整和修改参数能更好应对各种电磁环境，也给予功能扩展和不同应用环境留有空间。
通过高通和低通滤波器，我们可将“三阶”互调信号完整、干净、稳定的提取出来。检波电路对“三阶”互调信号的提取非常重要。由于“三阶”信号电平强度较基波信号强度低30dBi左右，所以除了要准确提取该信号外，还需要将这一信号加以放大用以抵消因环境噪声(底噪)对该信号的淹没覆盖。通过公式(2F1-F2)和(2F2-F1)的计算结果，使用频率范围700MHz-1100MH，带宽400MHz增益小于20dBi的低噪声放大器是较好的选择，性价比也是最高的。
用“三阶”互调信号作为基准识别的频谱侦测系统中，无人机控制频率为2400MHz至2500MHz带宽信号和图传频率为5725MHz至5850MHz带宽的跳变频信号。使用这两个频带的中心频率或这两个频带内的任意频点组合都能提取到不同的“三阶”互调信号。因此，在实际工作中可根据项目环境情况，设置调整避开可能产生同频干扰的信号，从而提高频谱侦测的准确性。通过公式(2F1-F2)或(2F2-F1)计算，可得到基波信号两端高低不同频率的“三阶”互调信号。例如1、选取遥控信号的中心频率2450MHz和图传信号的中心频率5787MHz，可寄生出887MHz的“三阶”互调信号；2、选取遥控信号的非中心频率2420MHz和图传信号的非中心频率5757MHz,可寄生出917MHz的“三阶”互调信号；3、如选取遥控信号的非中心频率2400MHz和图传信号的非中心频率5850MHz，可寄生出1050MHz的“三阶”互调信号……以此类推，可得到更多的“三阶”互调信号，这对于频谱侦测设备而言，适用面更广，设置更灵活，准确性更高。
需要特别指出的，在无人机安全防御系统中，频谱侦测设备采用“三阶”互调信号作基准识别信号时，为降低制造成本和提升性价比，用公式(2F1-F2)得出的“三阶”互调信号其频率低于基波信号。做信号幅度和稳定度对比结果都优于用公式(2F2-F1)得到的“三阶”互调信号，故采用基波信号低端的“三阶”互调信号是其首选。特殊情况也可采用(2F2-F1)“三阶”信号。
在实际操作中，我们分别使用惠普8592L和是德N9020A型频谱仪，清晰地得到“三阶”互调波形图，经分析测试完全符合本发明专利所描述的技术特征。
一个完美的“三阶”互调信号，经工控机和软件系统的控制后，对后级受控设备和监控设备都有突出的性能提升，新的技术方法、新的技术手段、新的设计理念对社会安全是有重大作用和意义的。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种频谱侦测方法，其特征在于：通过天线系统接收两个以上的信号，当两个以上不同频率信号作用于一非线性电路时将产生互调信号，提取上述互调信号，采用互调信号作为基准识别信号用于对目标进行侦测。
2.根据权利要求1所述的频谱侦测方法，其特征在于：所述互调信号为“三阶”互调信号。
3.根据权利要求2所述的频谱侦测方法，其特征在于：所述“三阶”互调信号采用公式2F1-F2得出，F1为信号1，F2为信号2，信号2频率大于信号1。
4.根据权利要求3所述的频谱侦测方法，其特征在于：所述信号1为链路控制信号的中心频率，信号2为图像传输信号的中心频率。
5.一种采用如权利要求1-4中任一项所述频谱侦测方法的频谱侦测系统，其特征在于：包括由前至后依次连接的对数周期宽带天线、8路或以上电子开关、宽带接收机、高低通滤波器、三阶信号检波器、三阶信号放大器、软件控制单元、终端设备。
6.根据权利要求5所述的频谱侦测系统，其特征在于：所述对数周期宽带天线设置有8付，每付对数周期宽带天线的频率带宽400MHz-6000MHz、水平覆盖角为45°、垂直覆盖角为60°，8付对数周期宽带天线水平方向360°周向均匀布置。
7.根据权利要求6所述的频谱侦测系统，其特征在于：所述电子开关设置有8路，8路电子开关分别与8付对数周期宽带天线一对一连接，所述8路电子开关之间的切换速度为0.2毫秒，8路电子开关分别与宽带接收机连接，所述宽带接收机的频率范围是400MHz-6000MHz。
8.一种可区别无人机与城市WIFI信号的无人机定位设备，其特征在于：采用如权利要求5-7中任一项所述的频谱侦测系统进行无人机定位。
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