CN115267870A - 一种反无人机目标遴选方法、存储介质及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反无人机目标遴选方法、存储介质及系统，包括：通过ADS‑B系统判断是否包含民航机目标信息；通过红搜系统检测指定空域的目标信息；导出通过ADS‑B系统得到的民航机目标信息；导出红搜系统检测到的飞行目标信息；以红搜系统的光电转塔正北方向为周扫的0°，逆时针旋转一周为360°，以光电转塔自身所在的GPS数据与民航机GPS数据，计算出民航机目标所在位置的方位角φ和俯仰角
Figure DDA0003768872750000011
将方位角φ和俯仰角
Figure DDA0003768872750000012
与红搜系统得到的目标方位角和俯仰角对比，剔除相同方位角与俯仰角信息的目标，得到无人机目标或自制未安装ADS‑B系统的飞机。本发明能够遴选出未搭载ADS‑B系统的无人机及民间自制飞行器，实现了反无人机目标遴选。

Description

一种反无人机目标遴选方法、存储介质及系统
技术领域
本发明涉及反无人机目标遴选方法，具体涉及一种基于ADS-B民航机目标方位信息、结合红外搜跟系统的目标信息的反无人机目标遴选方法、存储介质及系统。
背景技术
ADS-B(Automatic Dependent Surveillance Broadcast)系统是广播式自动相关监视系统的简称，多由民用航空器的机载ADS-B系统进行无中心节点组网，与地面站ADS-B系统之间以网状、多点对多点的方式，完成对空中航空器的目标感知。随着空域内无人机和其他未安装机载ADS-B系统的飞机出现在民航空域时，则地面ADS-B系统则无法甄别飞行目标，可能对空域的其他正常飞行作业目标造成碰撞威胁。
对于人们常见的无人机目标，因其飞行时间、地点随意性较大，一旦无人机进入民航航线，会扰乱客机飞行计划与起降，而民航机与私人飞机，皆有固定的飞行计划。随着国家的低空空域的逐渐放开，越来越多的无人机得以上天飞行，除部分无人机安装了机载ADS-B系统，能够被航空管制部门或地面ADS-B系统实时监测到外，其余无人机对空中交通增添了潜在的碰撞可能性，由此带来的反无人机目标甄别问题显得尤为重要。
随着红外搜索跟踪系统(以下简称红搜系统)相关技术的发展，以中波红外信号对指定空余的飞行目标进行检索，民航机、无人机、私人飞机等目标，皆能在一定空域内被红搜系统所发现，因此近年来红搜系统在反无人机方面的应用越来越广泛。但红搜系统针对几十公里外的飞行目标，仅通过外形特征，无法准确直观地甄别是否为符合空域规定的无人机、民航机、私人飞机，与ADS-B系统相比，皆存在无法准确甄别无人机目标，从而无法解决无人机目标对空域安全威胁的问题。
当ADS-B系统甄别的目标，与红搜系统检索到的目标对比，前者能准确检测到机载飞机的具体目标信息，而后者在加入定位定向相关组件的引导后，可准确检测出指定空域的飞机目标，混合有无人机、民航机等。前者对于未安装机载ADS-B系统的无人机或私人飞行器，无法获取目标信息；后者对指定空域内的飞机目标，可准确获取其位置信息，但无法甄别飞机属于民航机或无人机的具体类别，只能通过目标外形加以直观的判断，存在准确性差，对人眼依赖重等弱点。因此，二者皆存在无法准确反无人机目标遴选的重难点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述ADS-B系统与红搜系统在反无人机目标遴选方面的不足，提供一种基于ADS-B和红外搜跟系统的反无人机目标遴选方法、存储介质及系统。
利用红搜系统对指定空域的飞行目标检测，本发明将ADS-B系统捕获的民航机目标信息，与红搜系统检测到的所有飞行目标信息对比，利用后者定位定向相关组件数据与前者目标位置信息作差，从后者所检测到的飞行目标信息中，剔除民航机目标信息，从而达到反无人机目标信息遴选的目的。
在ADS-B飞行目标信息捕获系统中，空域中的飞行目标可使用搭载的设备(GPS接收机、收据收发机及其天线)，利用数据链(1090ES，UAT，VDL4)以DF17格式可以向外发送自身飞行目标的位置、速度、高度、姿态等信息。在地面的ADS-B系统接收端，将DF17格式报文捕获并解析，即可在普通计算机上显示飞行目标信息。
红搜系统所搭载的中波红外探测器，可对指定空域实现360度的全景扫描，并清晰显示捕获的周扫图像，同时对图像中出现的飞行目标进行检测或跟踪。同时，红搜系统搭载的定位定向相关组件，可将光电转塔所在位置的GPS信息包，解析出航向、经度、纬度、海拔高度等数据，并显示在红搜系统的界面上。
本发明利用ADS-B系统反馈的民航机目标信息中的位置、距离、高度、航向，与红搜系统的位置、距离、航向、高度等信息相结合，计算出民航机目标在红搜系统界面上对应的方位角、俯仰角信息，剔除红搜系统界面上与民航机方位角、俯仰角重合的目标，即可实现红搜系统的反无人机目标遴选。整个检测计算过程简洁明了，可用在红搜系统的显示计算机上安装ADS-B系统，通过显示计算机多线程的方式，同时运行两个系统对飞行目标进行检测并将目标信息作差，使得红搜系统在反无人机目标遴选方法上，具有更高效的检测效率、更多飞机目标种类的反无人机遴选等多种优点。
根据第一方面，本发明的一种反无人机目标遴选方法，包括以下步骤：
步骤S1，显控计算机并行开启两个线程，同时运行ADS-B系统与红搜系统对应的显控软件；
步骤S2，当两个线程运行时，并行执行如下步骤：
步骤S2.1，运行ADS-B数据流读取的线程，解析数据包信息，判断数据包内是否包含民航机目标信息，有民航机目标则执行下一步，否则执行当前步骤；
步骤S2.2，运行红搜系统的上位机软件，对指定空域实施360度全景红外图像扫描，当检测到飞行的目标信息时，则执行下一步，否则继续对指定空域进行周扫；
步骤S3，导出目标信息数据，并行执行如下步骤：
步骤S3.1，导出ADS-B系统捕获并解析出的民航机目标信息，包含航向、飞行高度、经度、维度等信息，并按照与接收机的距离信息，从近到远排序前N个目标；
步骤S3.2，导出红搜系统全景图中所检测到的飞行目标信息，包含俯仰、方位、等信息，并按照目标威胁度，筛选出前N个目标；
步骤S3.3，以红搜系统的光电转塔正北方向为周扫的0°，逆时针旋转一周为360°，以光电转塔自身所在的GPS数据(经度、维度、高度)与民航机GPS数据(经度，纬度，高度)，采用如下公式计算出民航机目标所在位置的方位角φ、俯仰角
Figure BDA0003768872730000031
信息。
1)方位角计算公式(lonA、latA、lonB、latB分别对应光电转塔与目标的经度与维度信息，东经为正，西经为负，北纬为正，南纬为负)：
Figure BDA0003768872730000041
Figure BDA0003768872730000042
Figure BDA0003768872730000043
Figure BDA0003768872730000044
其中atan2函数的计算方法如下：
Figure BDA0003768872730000045
2)俯仰角计算公式(r为地球半径是定值，dis为光电转塔与目标点的距离，hA、hB分别为光电转塔与目标点的高度，lonA、latA、lonB、latB的定义与方位角定义相同，
Figure BDA0003768872730000046
为目标点相对于光电转塔的夹角)：
r≈6370km
Figure BDA0003768872730000047
Figure BDA0003768872730000048
步骤S4,将S3.3得到的民航机目标方位角、俯仰角信息，与S3.1红搜系统检测的目标方位角、俯仰角信息对比，剔除相同方位角与俯仰角信息的目标，即可将红搜系统检测到的民航机目标全部剔除；
步骤S5，将步骤S4步得到的数据导入红搜系统的上位机软件显示界面上，此时红搜系统上位机软件雷达图上，所显示的飞行器目标则为无人机目标或自制未安装ADS-B系统的飞机；
步骤S6，根据红搜系统的数据更新率，重复执行步骤S2至步骤S5。
步骤S7，当两个线程检测到任意一个线程数据停止刷新时，结束线程的执行。
根据第二方面，本发明的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明的反无人机目标遴选方法的步骤。
根据第三方面，本发明的一种反无人机目标遴选系统，包括：显控计算机、ADS-B便携式地面站和红搜系统，所述显控计算机、ADS-B便携式地面站、红搜系统相互之间通过网络进行通信连接；所述ADS-B便携式地面站用于捕获的民航机目标信息；所述红搜系统用于指定空域实现360度的全景扫描对出现的飞行目标进行检测或跟踪并解析出光电转塔所在位置的航向、经度、纬度、海拔高度等数据；所述显控计算机设置有本发明所述的计算机可读存储介质，该存储介质上存储有实现本发明的反无人机目标遴选方法的步骤的计算机程序。
与现有技术相比较，本发明的有益效果包括：
(1)本发明利用了ADS-B系统对民航机目标信息的准确捕获，并可利用终端监视软件解析并导出指定空域的民航机目标信息，为红搜系统反无人机提供目标位置引导。
(2)本发明基于红搜系统的中波红外多光谱技术，能较好的对周扫区域的全景图检测出静态或动态目标，并且利用红外线也能够实现白天和夜晚24小时无间断的空域目标检索。
(3)本发明将ADS-B系统的目标导入红搜系统作目标信息差，遴选出未搭载ADS-B系统的无人机及民间自制飞行器。
(4)本发明可对指定空域近百公里内的多混合种类的飞行器，实现反无人机目标遴选。
(5)本发明采用包含民航机目标信息显示(包含航向、经纬度、高度等信息)、反无人机遴选目标信息显示(包含经纬度、高度、航向等信息)，在红搜系统的上位机界面上，可直观显示遴选出的反无人机目标，并在雷达图上进行标注，经两个工作日共计近20个小时的外场试验系统联调，并未出现ADS-B目标信息丢失、民航机目标漏传、无人机目标误识、程序崩溃死机等情况，具有极高的稳定性和反无人机检测效率。
附图说明
图1为本发明的反无人机目标遴选系统的的整体架构图。
具体实施方式
实施例1
一种反无人机目标遴选方法，包括以下步骤：
步骤S1，显控计算机并行开启两个线程，用于同时运行ADS-B系统与红搜系统对应的显控软件；
步骤S2，当两个线程运行时，并行执行如下步骤：
步骤S2.1，运行ADS-B数据流读取的线程，解析数据包信息，判断数据包内是否包含民航机目标信息，有民航机目标则执行下一步，否则执行当前步骤；
步骤S2.2，运行红搜系统的上位机软件，对指定空域实施360度全景红外图像扫描，当检测到飞行的目标信息时，则执行下一步，否则继续对指定空域进行周扫；
步骤S3，导出目标信息数据，并行执行如下步骤：
步骤S3.1，导出ADS-B系统捕获并解析出的民航机目标信息，包含航向、飞行高度、经度、维度等信息，并按照与接收机的距离信息，从近到远排序前20个目标；
步骤S3.2，导出红搜系统全景图中所检测到的飞行目标信息，包含俯仰、方位、等信息，并按照目标威胁度，筛选出前20个目标；
步骤S3.3，以红搜系统的光电转塔正北方向为周扫的0°，逆时针旋转一周为360°，以光电转塔自身所在的GPS数据(经度、维度、高度)与民航机GPS数据(经度，纬度，高度)，采用如下公式计算出相对位置的方位角φ、俯仰角
Figure BDA0003768872730000061
信息。
1)方位角φ计算公式(lonA、latA、lonB、latB分别对应光电转塔与目标的经度与维度信息，东经为正，西经为负，北纬为正，南纬为负)：
Δα＝ln(tan(latB/2+π/4)/tan(latA/2+π/4))
Δβ＝abs(lonA-lonB)
θ＝atan2(Δβ,Δα)*180/π
Figure BDA0003768872730000071
其中atan2函数的计算方法如下：
Figure BDA0003768872730000072
2)俯仰角
Figure BDA0003768872730000073
计算公式(r为地球半径是定值，dis为光电转塔与目标点的距离，hA、hB分别为光电转塔与目标点的高度，lonA、latA、lonB、latB的定义与方位角定义相同，
Figure BDA0003768872730000074
为目标点相对于光电转塔的夹角)：
r≈6370km
Figure BDA0003768872730000075
Figure BDA0003768872730000076
步骤S4,将S3.3得到的民航机目标方位角、俯仰角信息，与S3.1红搜系统检测的目标方位角、俯仰角信息对比，剔除相同方位角与俯仰角信息的目标，即可将红搜系统检测到的民航机目标全部剔除；
步骤S5，将步骤S4步得到的数据导入红搜系统的上位机软件显示界面上，此时红搜系统上位机软件雷达图上，所显示的飞行器目标则为无人机目标或自制未安装ADS-B系统的飞机；
步骤S6，根据红搜系统的数据更新率，重复执行步骤S2至步骤S5。
步骤S7，当两个线程检测到任意一个线程数据停止刷新时，结束线程的执行。

Claims (7)

1.一种反无人机目标遴选方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，通过ADS-B系统捕获并解析出的民航机目标信息，判断数据包内是否包含民航机目标信息，有民航机目标则执行下一步，否则执行当前步骤；
步骤S2，通过红搜系统对指定空域实施360°全景红外图像扫描，当检测到飞行的目标信息时，则执行下一步，否则继续对指定空域进行周扫；
步骤S3，导出通过ADS-B系统得到的民航机目标信息，包含航向、飞行高度、经度、维度信息，并按照与接收机的距离信息，从近到远排序前N个目标；
步骤S4，导出红搜系统全景红外图像中所检测到的飞行目标信息，包含俯仰角和方位角，并按照目标威胁度，筛选出前N个目标；
步骤S5，以红搜系统的光电转塔正北方向为周扫的0°，逆时针旋转一周为360°，以光电转塔自身所在的GPS数据与民航机GPS数据，计算出相对位置的方位角φ和俯仰角
Figure FDA0003768872720000011
步骤S6,将S5得到的民航机目标的方位角φ和俯仰角
Figure FDA0003768872720000012
与S4得到的目标方位角和俯仰角对比，剔除相同方位角与俯仰角信息的目标，即可将红搜系统检测到的民航机目标全部剔除，得到无人机目标或自制未安装ADS-B系统的飞机。
2.根据权利要求1所述的反无人机目标遴选方法，其特征在于，在步骤S5中，采用如下公式计算出相对位置的方位角φ：
1)方位角计算公式
Figure FDA0003768872720000013
Figure FDA0003768872720000014
Figure FDA0003768872720000015
Figure FDA0003768872720000016
式中lonA、latA、lonB、latB分别对应光电转塔与目标的经度与维度信息，东经为正，西经为负，北纬为正，南纬为负。
3.根据权利要求1所述的反无人机目标遴选方法，其特征在于，在步骤S5中，采用如下公式计算出相对位置的俯仰角
Figure FDA0003768872720000021
r≈6370km
Figure FDA0003768872720000022
Figure FDA0003768872720000023
其中：r为地球半径是定值，dis为光电转塔与目标点的距离，hA、hB分别为光电转塔与目标点的高度，lonA、latA、lonB、latB的定义与方位角定义相同，俯仰角
Figure FDA0003768872720000024
为目标点相对于光电转塔的夹角。
4.根据权利要求1-3任一项所述的反无人机目标遴选方法，其特征在于，在步骤S1和S4中，所述目标个数为20个。
5.根据权利要求1-3任一项所述的反无人机目标遴选方法，其特征在于，所述GPS数据包括经度、纬度和高度。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的反无人机目标遴选方法的步骤。
7.一种反无人机目标遴选系统，包括显控计算机、ADS-B便携式地面站和红搜系统，所述显控计算机、ADS-B便携式地面站、红搜系统相互之间通过网络进行通信连接；所述ADS-B便携式地面站用于捕获的民航机目标信息；所述红搜系统用于指定空域实现360度的全景扫描对出现的飞行目标进行检测或跟踪并解析出航向、经度、纬度、海拔高度数据；其特征在于，所述显控计算机设置有如权利要求6所述的计算机可读存储介质。
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