CN114604424A - 一种巡飞查打一体化平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种巡飞查打一体化平台及方法，通过巡航飞行器持续巡航发现入侵无人机并进行防御。该系统及方法具有探测距离远、不受到地形限制、快速摧毁入侵无人机、能够抵御大规模无人机入侵等诸多优点。

Description

一种巡飞查打一体化平台

技术领域

本发明涉及一种巡飞查打一体化平台，属于无人机领域。

背景技术

随着无人机广泛的应用，无人机干扰事件频发，针对重点区域的无人机管控问题尤为凸显。

现有的无人机防御系统，多采用频谱侦测探测、雷达探测、无线电干扰压制等技术实现对非法入侵无人机进行管控防御。

上述技术存在探测距离近，发现入侵无人机不及时；对不同无人机干扰效果差异大，对部分无人机无法有效防御等弊端，在某些场合不能有效的实现无人机的有效防御。

另外，还有部分无人机防御系统采用拦截导弹等进行拦截，但由于拦截导弹成本过高，造成防御系统性价比较低。

此外，现有的无人机防御系统，多设立在地面，受到地形限制较多，在一些特殊地形，存在侦查盲区，导致防御失效。

因此，亟需研究一种探测距离远，能够有效防御无人机入侵的系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，通过搭载有微波检测装置、激光探测装置和定向能武器的巡航飞行器持续巡航发现入侵无人机并进行防御，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

一方面，本发明，提供了一种巡飞查打一体化平台，

所述系统具有巡航飞行器和地面基站，

所述地面基站用于指挥巡航飞行器，并接收巡航飞行器发回的信号以确定是否有非法入侵无人机。

所述巡航飞行器能够在预设的防御区域巡航飞行，在巡航飞行器上，设置有通讯装置，以与地面基站进行通讯，

在所述巡航飞行器上，还设置有微波检测装置和激光探测装置。

所述微波检测装置，能够向巡航飞行器的四周照射电磁波，并接收回波，以获取监控区域是否存在非法入侵无人机并确定无人机的入侵范围。

所述激光探测装置能够测定入侵无人机的位置及与巡航飞行器的距离。

在所述巡航飞行器上，还设置有定向能武器，所述定向能武器，是利用各种束能产生的杀伤力的武器，优选为激光武器。

根据本发明，所述巡航飞行器可以为多台，在不同的区域巡航，

所述通讯装置还能够与其它巡航飞行器进行通讯，当一台巡航飞行器通过微波检测装置发现非法入侵无人机后，将非法入侵无人机的大致位置传递给巡航位置与其相邻的巡航飞行器和/或与入侵无人机位置最接近的巡航飞行器。

在一个优选的实施方式中，所述巡航飞行器还具有摄像装置，在微波检测装置检测到有入侵无人机时，摄像装置启动，拍摄入侵无人机的视频以及摧毁视频，并通过通讯装置将画面传递到地面基站。

另一方面，本发明还提供了一种巡飞查打一体化方法，通过巡航飞行器持续巡航发现入侵无人机并进行防御。

所述发现入侵无人机并进行防御，包括以下步骤，如图2所示：

S1、微波侦查；

S2、激光探测；

S3、精确打击。

所述微波侦查，是指巡航飞行器在防御范围内巡航的同时，持续向四周照射电磁波，并接受回波，根据回波获取监控区域是否存在非法入侵无人机，

在所述微波侦查中，优选采用波长为1～5cm，频率为6～20GHz的电磁波，

所述向四周照射电磁波是指以角速度为6°/s～24°/s的速度进行360°照射，收集不同角度的回波。

根据本发明，当某一台巡航飞行器在微波侦查过程中发现多个入侵无人机时，该巡航飞行器能够根据入侵无人机的数量协调其它巡航飞行器协同检测和防御。

在一个优选的实施方式中，当某一台巡航飞行器通过微波侦查检测到入侵无人机后，将入侵无人机的大致位置传递给巡航位置与该巡航飞行器相邻的巡航飞行器和/或与入侵无人机位置最接近的巡航飞行器，以更快的对入侵无人机进行有效检测。

所述激光探测，是指利用激光对入侵无人机的位置进行准确测定，通过向无人机射出一束激光，接收无人机反射的激光束，并测定激光束从发射到接收的时间，从而计算出从巡航飞行器到无人机之间的距离。

在一个优选的实施方式中，在所述激光探测中，以微波侦查中确定的入侵无人机所在位置的中心为圆心，以微波检测装置的测量精度为半径，从圆心开始逐渐向圆周方向呈环形扫描，以快速测定入侵无人机相对于巡航飞行器的具体方位以及与巡航飞行器之间的距离。

在一个优选的实施方式中，当有入侵无人机数量较多，需要其它巡航飞行器协助检测时，发出协助检测请求的巡航飞行器能够将不同的入侵无人机分配给不同的协助巡航飞行器，使得多个巡航飞行器能够协作作业，更快的确定所有的入侵无人机的具体位置。

在精确打击中，通过激光武器对入侵的无人机进行打击。

根据本发明，在完成精确打击后，还可以具有如下步骤：

S4、持续对打击区域进行微波侦查，以确定入侵无人机是否已被摧毁。

优选地，精确打击后巡航飞行器对打击区域持续10～60S持续微波侦查，确定无人机是否被摧毁；

若无人机已被摧毁，则继续巡航，并向地面基地进行汇报；

若无人机为被摧毁，则重复步骤S2～S4。

根据本发明提供的一种巡飞查打一体化平台，具有以下有益效果：

(1)探测距离远；

(2)不受到地形限制；

(3)快速摧毁入侵无人机，不存在防御失效问题；

(4)系统协同作业，防御效率高，能够抵御大规模无人机入侵。

附图说明

图1示出一种优选实施方式中巡飞查打一体化方法示意图；

图2示出一种优选实施方式的巡飞查打一体化方法流程示意图。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些示例性说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明一方面提供了一种巡飞查打一体化平台，所述系统具有巡航飞行器和地面基站，如图1所示，

所述地面基站用于指挥巡航飞行器，并接收巡航飞行器发回的信号以确定是否有非法入侵无人机。

所述巡航飞行器能够在预设的防御区域巡航飞行，在巡航飞行器上，设置有通讯装置，以与地面基站进行通讯，

在所述巡航飞行器上，还设置有微波检测装置，能够向巡航飞行器的四周照射电磁波，并接收回波，以获取监控区域是否存在非法入侵无人机，

由于电磁波的照射与接收均是在空中完成，使得其不受到地形影响，且使得电磁波的检测距离更远，探测精度更高，从而使得所述防御系统的监控区域远大于预设防御区域，能够在非法入侵无人机未进入防御区域前就提前发现其踪迹，提高了侦查效率及侦查范围。

此外，由于是移动巡航监控，使得监控无固定盲区和固定监控死角，监控效果更佳。

通过微波检测装置，能够快速的发现非法入侵无人机，但微波检测只能确定非法入侵无人机的大致范围，无法对其进行精确定位。

根据本发明，在所述巡航飞行器上，还设置有激光探测装置，所述激光探测装置能够利用激光对非法入侵无人机的位置进行准确测定，所述准确测定包括测定相对于巡航飞行器的具体方位以及与巡航飞行器之间的距离。

在一个优选的实施方式中，所述激光探测装置能够相对于巡航飞行器在一定范围内旋转，使得激光探测装置在由微波检测装置确定的非法入侵无人机的范围内扫描，以确定非法入侵无人机的准确位置以及与巡航飞行器的距离。

在所述巡航飞行器上，还设置有定向能武器，以对非法入侵的无人机进行摧毁。

所述定向能武器，是利用各种束能产生的杀伤力的武器，优选为激光武器。

定向能武器相较于防御导弹等武器，具有作用效果快、成本低等优点，尤其适合对体积较小单位进行局部破坏达到摧毁效果，其具有较高的性价比。

当激光探测装置准确测定非法入侵无人机的准确位置和距离后，定向能武器对其进行精确打击，

在一个优选的实施方式中，所述巡航飞行器先根据激光探测装置探测的无人机位置与预设防御范围进行对比，若探测到的无人机进入预设防御范围，则通过定向能武器将其摧毁，若未进入预设防御范围，则对其进行持续跟踪。

根据本发明，所述巡航飞行器可以为多台，使得其能够在不同的区域巡航，以覆盖预设防御范围。

在一个优选的实施方式中，将防御区域均分成多个巡航区域，每台巡航区域具有一台巡航飞行器，以覆盖所有防御范围。

在一个更优选的实施方式中，所述巡飞查打一体化平台还具有备用巡航飞行器，以在各别巡航飞行器充能或维修时进行替换，并能够在出现大量入侵无人机时加强防御效果。

进一步地，所述通讯装置还能够与其它巡航飞行器进行通讯，当一台巡航飞行器通过微波检测装置发现非法入侵无人机后，将非法入侵无人机的大致位置传递给巡航位置与其相邻的巡航飞行器和/或与入侵无人机位置最接近的巡航飞行器，多台巡航飞行器一同对非法入侵无人机位置进行准确测定，并通过定向能武器对其进行精确打击，以确保非法入侵无人机被摧毁。

在一个优选的实施方式中，所述巡航飞行器还具有摄像装置，在微波检测装置检测到有入侵无人机时，摄像装置启动，拍摄入侵无人机的视频以及摧毁视频，并通过通讯装置将画面传递到地面基站。

另一方面，本发明还提供了一种巡飞查打一体化方法，通过巡航飞行器持续巡航发现入侵无人机并进行防御。

具体地，通过搭载有微波检测装置、激光探测装置和定向能武器的巡航飞行器在防御范围内持续巡航，实现无视地形，远距离发现非法入侵无人机，并进行精确打击的效果。

在一个优选的实施方式中，所述巡航飞行器具有多台，在不同区域巡航，以更好的覆盖侦查区域，

进一步地，每台巡航飞行器具有唯一编号，以使得地面基站能够识别并控制不同的巡航飞行器。

优选地，所述巡航飞行器还能够自动返航充能，当巡航飞行器能源不足时，向地面基站发出返航充能请求，地面基站接收到返航充能请求后，分配新的巡航飞行器前往待返航巡航飞行器的巡航区域，以替换能源不足巡航飞行器。

根据本发明，所述发现入侵无人机并进行防御，包括以下步骤：

S1、微波侦查；

S2、激光探测；

S3、精确打击。

根据本发明，所述微波侦查，是指巡航飞行器在防御范围内巡航的同时，持续向四周照射电磁波，并接受回波，根据回波获取监控区域是否存在非法入侵无人机，

进一步地，在所述微波侦查中，优选采用波长为1～5cm，频率为6～20GHz的电磁波，此波段具有对天线尺寸重量要求低的优点，更加适合机动性强的巡航飞行器携带。

在一个优选的实施方式中，当所述巡航飞行器具有多台时，不同巡航飞行器携带使用的电磁波波长不同，以避免相互干扰。

根据本发明，所述向四周照射电磁波是指以角速度为6°/s～24°/s的速度进行360°照射，收集不同角度的回波，能够判断该区域是否有无人机入侵，并能够根据回波确定入侵无人机的大致位置，所述大致位置，是指以微波探测反馈位置为球心，以微波检测装置的测量精度为半径的球形区域。

在一个优选的实施方式中，当微波侦查发现有无人机入侵时，巡航飞行器停止巡航，并向入侵无人机位置靠近，以更加精确的对入侵无人机进行检测，避免距离过远造成检测失误，同时，缩短与入侵无人机之间的距离，为精确打击提供打击条件。

在本发明中，当巡航飞行器通过微波侦查发现有无人机入侵时，将含有入侵无人机的大致位置以及入侵无人机的数量情况的检测结果发送到地面基站，以通知指挥人员发现非法入侵无人机。

根据本发明，当某一台巡航飞行器在微波侦查过程中发现多个入侵无人机时，该巡航飞行器能够根据入侵无人机的数量协调其它巡航飞行器协同检测和防御，

具体地，当入侵无人机的数量小于5个时，该巡航飞行器单独进行微波侦查；

当入侵无人机的数量大于5个时，该巡航飞行器向地面基站发送请求协助检测请求信息，所述协助检测请求信息中包括微波检测发现的入侵无人机数量、入侵无人机大致位置。

地面基站收到请求信息后，控制其它巡航飞行器向入侵无人机位置靠近，以协助检测。

进一步地，地面基站根据入侵无人机的分布情况，优先控制与最先发现入侵无人机的巡航飞行器相邻的巡航飞行器和/或与入侵无人机位置最接近的巡航飞行器协助检测，以更快的对入侵无人机进行有效检测进而进行防御。

发明人发现，当一个区域聚集大量的巡航飞行器，且巡航飞行器频繁检测，向地面基站反馈检测结果，会导致巡航飞行器与地面基站之间的通讯受到干扰，降低通讯质量。

根据本发明，当多个巡航飞行器协助检测时，地面基站将最先发现入侵无人机的巡航飞行器确定为领机，其它协助检测的巡航飞行器确定为从机，领机能够与各从机分别建立通讯，

在各从机与领机建立通讯后，从机不在与地面基站直接通讯，将检测结果直接反馈给领机，由领机汇总后传递回地面基站。

进一步地，领机能够对从机进行控制，包括分配从机飞行路线、分配检测目标、结束检测等；领机可以由地面基站直接进行控制，包括是否对入侵无人机进行精确打击、是否结束检测等。

更进一步地，从机与领机之间的通讯采用高频段通讯，优选为2300～5000MHz频段，使得领机与从机之间能够快速交换大量信息，便于领机对从机进行控制；领机与地面基站之间的通讯采用低频段通讯，优选为800～2000MHz频段，使得通讯距离更远，抗干扰性更强。采用不同的频率通讯，不仅解决了巡航飞行器与地面基站通讯的信号干扰问题，同时，使得领机与从机之间的通讯更加快捷。

在一个优选的实施方式中，当入侵无人机较多，优选超过20个时，地面基站能控制备用巡航飞行器飞往协助检测的从机原巡航区域，以避免防御系统出现漏洞。

在一个优选的实施方式中，当入侵无人机较少，优选不超过15个时，最先发现入侵无人机的巡航飞行器能够直接与其相近或与入侵无人机位置最接近的一至两台巡航飞行器发出协助检测请求信息，并直接将自身确认为领机，附近的巡航飞行器在接收到请求信息后，与其建立通讯，确认为从机。使得当入侵无人机较少，无需大范围调动巡航飞行器的情况下，系统能够更加快速的对入侵无人机进行检测防御，提高系统防御效率。

在一个优选的实施方式中，所述协助检测的巡航无人机的数量为入侵无人机数量的1/5～1/4，以提供足够的检测强度和防御效果。

所述激光探测，为当微波侦查过程中确定有无人机入侵后进行，是指利用激光对入侵无人机的位置进行准确测定，通过向无人机射出一束激光，接收无人机反射的激光束，并测定激光束从发射到接收的时间，从而计算出从巡航飞行器到无人机之间的距离，

在一个优选的实施方式中，在所述激光探测中，以微波侦查中确定的入侵无人机所在位置的中心为圆心，以微波检测装置的测量精度为半径，从圆心开始逐渐向圆周方向呈环形扫描，以快速测定入侵无人机相对于巡航飞行器的具体方位以及与巡航飞行器之间的距离。

相比于逐行扫描，通过由中心向外侧的扫描方式，能够快速的定位入侵无人机的准确位置，进而完成快速打击。

根据本发明，在一个优选的实施方式中，当入侵无人机具有多个时，优选根据巡航飞行器与入侵无人机相对距离由近到远的顺序逐个对入侵无人机进行激光探测，

在一个优选的实施方式中，当有入侵无人机数量较多，需要其它巡航飞行器协助检测时，发出协助检测请求的巡航飞行器能够将不同的入侵无人机分配给不同的协助巡航飞行器，使得多个巡航飞行器能够协作作业，更快的确定所有的入侵无人机的具体位置。

所述精确打击，是指通过定向能武器对入侵的无人机进行打击，定向能武器打击的位置即为激光探测出得出的具体位置。

具体地，若所述巡航飞行器与入侵无人机之间的距离在定向能武器打击范围内，则直接使用定向能武器对入侵无人机进行打击；

若所述巡航飞行器与入侵无人机之间的距离超过定向能武器打击范围，则巡航飞行器向入侵无人机方向飞行，直至入侵无人机进入巡航飞行器定向能武器打击范围内，定向能武器对激光探测装置锁定的位置进行精确打击，以摧毁入侵无人机。

在一个优选的实施方式中，所述定向能武器为激光武器，通过激光武器产生瞬时高能的激光对精确测定位置的入侵无人机进行精确射击，将其破坏，从而起到摧毁入侵无人机的效果。

根据本发明，在完成精确打击后，还可以具有如下步骤：

S4、持续对打击区域进行微波侦查，以确定入侵无人机是否已被摧毁。

优选地，精确打击后巡航飞行器对打击区域持续10～60S持续微波侦查，确定无人机是否被摧毁；

若无人机已被摧毁，则继续巡航，并向地面基地进行汇报；

若无人机为被摧毁，则重复步骤S2～S4。

实施例

实施例1

在一个高山地区，组建一个巡飞查打一体化平台，包含15台巡航飞行器和地面基站，其防御范围划分成12份，每份分别由12台巡航飞行器进行巡航，另外3台作为备用巡航飞行器，防御范围为20km，20台采用不同通讯频率控制的轻型无人机和微型无人机进行入侵，检测防御系统性能。

在无人机距离防御范围10km处，系统检测出无人机入侵，并准确传回入侵数量，在无人机进入防御范围6s内完成入侵无人机的全部摧毁，本次防御过程只有能源损耗，无其它损耗，费用较低。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种巡飞查打一体化平台，其特征在于，包括巡航飞行器和地面基站。

2.根据权利要求1所述的巡飞查打一体化平台，其特征在于，

在所述巡航飞行器上，设置有微波检测装置和激光探测装置，

所述微波检测装置，能够向巡航飞行器的四周照射电磁波和接收回波，以确定无人机的入侵范围；

所述激光探测装置能够测定入侵无人机的位置及与巡航飞行器的距离。

3.根据权利要求1所述的巡飞查打一体化平台，其特征在于，

在所述巡航飞行器上，设置有定向能武器。

4.一种巡飞查打一体化方法，其特征在于，

通过巡航飞行器持续巡航发现入侵无人机并进行防御。

5.根据权利要求4所述的巡飞查打一体化方法，其特征在于，

所述巡航飞行器具有多台，在不同区域巡航。

6.根据权利要求4所述的巡飞查打一体化方法，其特征在于，

所述发现入侵无人机并进行防御，包括以下步骤：

S1、微波侦查；

S2、激光探测；

S3、精确打击。

7.根据权利要求6所述的巡飞查打一体化方法，其特征在于，

在微波侦查中，采用波长为1～5cm，频率为6～20GHz的电磁波进行侦查。

8.根据权利要求6所述的巡飞查打一体化方法，其特征在于，

当某台巡航飞行器在微波侦查过程中发现多个入侵无人机时，该巡航飞行器能够根据入侵无人机的数量协调其它巡航飞行器协同检测和防御。

9.根据权利要求6所述的巡飞查打一体化方法，其特征在于，

在所述激光探测中，以微波侦查中确定的入侵无人机所在位置的中心为圆心，以微波检测装置的测量精度为半径，从圆心开始逐渐向圆周方向呈环形扫描。

10.根据权利要求6所述的巡飞查打一体化方法，其特征在于，

在精确打击中，通过激光武器对入侵的无人机进行打击。

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