CN115328201A - 一种黑飞无人机智能抓捕装置及其智能抓捕方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种黑飞无人机智能抓捕装置，属于无人机捕获装置领域，包括安装座、至少一个的图像采集器、干扰器、抓捕器以及控制主板，所述安装座用于与抓捕无人机固定连接，至少一个的图像采集器位于所述安装座的底部边缘处，所述图像采集器用于获取黑飞无人机的视频序列，干扰器位于所述安装座的侧壁上，所述干扰器用于向所述黑飞无人机发送干扰指令，抓捕器位于所述安装座的底部，用于捕捉所述黑飞无人机，所述控制主板与至少一个的所述图像采集器、所述干扰器以及所述抓捕器电连接。本发明公开的黑飞无人机智能抓捕装置能够实现在高空中对黑飞无人机进行短距离跟踪、干扰以及抓捕，有效避免了现有技术中黑飞无人机跟丢或者难找寻等问题。

Description

一种黑飞无人机智能抓捕装置及其智能抓捕方法

技术领域

本发明涉及无人机捕获装置领域，尤其涉及一种黑飞无人机智能抓捕装置以及用于上述黑飞无人机智能抓捕装置的黑飞无人机智能抓捕方法。

背景技术

随着黑飞无人机得到广泛普及，对于黑飞无人机飞行的有效管控正变得日渐重要，黑飞无人机的任意飞行对重要场所、重大活动场所、重要设施、军事要地、民航机场等区域容易造成威胁及挑战。因此对于上述黑飞无人机的探测、识别以及反制，成为迫在眉睫的紧急任务。现有技术中，常常采用无线电设备、无线电侦测站发射高频信号切断黑飞无人机与遥控器之间的通讯链路而迫使其自行降落或者受控返航，由于无线电设备、无线电侦测站发射高频干扰信号仅能使黑飞无人机的飞行作业失败,但对于受干扰后黑飞无人机的后续运动趋势难以进行推断，这种操作方式会出现黑飞无人机难找寻、黑飞无人机易跟丢等问题。

中国专利文献公开号CN204822085U公开了一种带有抓捕器的无人机，包括机仓、瞄准用摄像头、捕网枪发射装置，机仓前端安装有红外热成像仪和高清变倍摄像头，机仓内部安装有飞控图传系统，捕网枪发射装置包括传动杆、套管、捕网枪和舵机，舵机安装于机仓的底盘上，捕网枪内设有若干抓捕网，套管顶端安装限位块，套管底端设有弹道并与捕网枪顶端连接，弹道内安装有子弹，传动杆上端与舵机的输出端连接，传动杆下端连接有的撞针，撞针位于限位块和子弹之间，有弹簧位于撞针和限位块之间并套装在传动杆上。上述专利公开的无人机虽然能够对黑飞无人机进行拍摄及抓捕，但从拍摄到追踪是十分复杂的，故上述带有抓捕器的无人机的成功捕获率是较低的。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种黑飞无人机智能抓捕装置，能够实现在高空中对黑飞无人机进行短距离跟踪、干扰以及抓捕，有效避免了现有技术中黑飞无人机跟丢或者难找寻等问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开的一种黑飞无人机智能抓捕装置，包括：

安装座，所述安装座用于与抓捕无人机固定连接；

至少一个的图像采集器，位于所述安装座的底部边缘处，所述图像采集器用于获取黑飞无人机的视频序列；

干扰器，所述干扰器的一部分位于所述安装座的侧壁上，所述干扰器用于向所述黑飞无人机发送干扰指令；

抓捕器，位于所述安装座的底部，用于捕捉所述黑飞无人机；

控制主板，所述控制主板与至少一个的所述图像采集器、所述干扰器以及所述抓捕器电连接，所述控制主板用于控制至少一个的所述图像采集器、所述干扰器以及所述抓捕器，所述控制主板的信号收发器通过无线电侦测站获取所述黑飞无人机的位置坐标；

所述黑飞无人机智能抓捕装置的控制主板及所述抓捕无人机通过所述无线电侦测站的监测信号获取所述黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度，当所述抓捕无人机依据所述黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度运动到第一预设范围内时，所述控制主板生成干扰指令对所述黑飞无人机进行干扰，当所述抓捕无人机依据所述黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度运动到第二预设范围内时，所述控制主板开启至少一个的图像采集器并通过所述图像采集器采集黑飞无人机的视频序列，所述控制主板依据所述黑飞无人机的视频序列对所述黑飞无人机进行锁定及追踪，并在预设抓捕位置所述控制主板生成抓捕指令驱动抓捕器对所述黑飞无人机进行抓捕。

本发明进一步的技术特征在于，所述干扰器包括高频信号发生器、至少一根的干扰天线及阻断天线，至少一根的所述干扰天线及所述阻断天线固定在所述安装座的侧壁上，至少一根的所述干扰天线及所述阻断天线与所述高频信号发生器的输出端相连，所述高频信号发生器的输入端与所述控制主板相连，所述控制主板控制所述高频信号发生器产生2.4～5.8GHZ的第一类干扰信号，并通过所述干扰天线发送所述第一类干扰信号以干扰所述黑飞无人机的飞控信号，所述控制主板控制所述高频信号发生器产生1～1.5GHZ的第二类干扰信号，并通过所述阻断天线发送所述第二类干扰信号以阻断所述黑飞无人机的导航信号。

本发明进一步的技术特征在于，所述信号收发器包括5G发送器、5G接收器以及5G天线，所述5G发送器及所述5G接收器与所述控制主板电连接，所述5G天线与所述5G发送器电连接，所述5G天线固定在所述安装座的侧壁上。

本发明进一步的技术特征在于，所述抓捕器包括由电机驱动的投网器及抓捕网，所述抓捕网通过绳索与所述投网器相连。

本发明进一步的技术特征在于，所述控制主板包括图像处理单元及目标锁定单元，所述图像处理单元采用Yolov5算法对所述视频序列中的黑飞无人机进行识别并输出所述黑飞无人机的检测框坐标，且将所述检测框坐标输出至所述目标锁定单元，所述目标锁定单元依据所述检测框坐标采用目标跟踪算法计算后得到锁定框坐标，所述抓捕无人机依据所述锁定框坐标对所述黑飞无人机的位置进行锁定，所述抓捕无人机开启跟踪模式对所述黑飞无人机进行跟踪。

本发明进一步的技术特征在于，所述控制主板还包括决策单元，所述目标跟踪算法配置为KCF算法，所述决策单元依据所述Yolov5算法输出的检测框坐标与所述KCF算法输出的锁定框坐标进行相似度S比对，当所述相似度S≥抓捕预设值，所述抓捕器执行抓捕；当所述相似度S＜抓捕预设值，所述无人机继续跟踪。

本发明进一步的技术特征在于，所述控制主板还包括决策单元，当所述黑飞无人机的速度≤预设速度并持续第一预设时间，所述决策单元判定黑飞无人机处于悬停状态；当所述黑飞无人机的速度＞预设速度并持续第二预设时间，所述决策单元判定黑飞无人机处于返航状态。

本发明进一步的技术特征在于，当所述黑飞无人机处于悬停状态时，所述决策单元发送第一抓捕指令至所述抓捕无人机，所述抓捕无人机接收到所述第一抓捕指令后飞行至所述黑飞无人机上方的预设抓捕位置，所述控制主板控制所述抓捕器对所述黑飞无人机进行抓捕；当所述黑飞无人机处于返航状态时，所述决策单元发送第二抓捕指令至所述抓捕无人机，所述抓捕无人机接收到所述第二抓捕指令后以快于所述黑飞无人机的速度加速飞行，直至所述抓捕无人机位于所述黑飞无人机上方的预设抓捕位置时保持与所述黑飞无人机同速飞行，所述控制主板控制所述抓捕器对所述黑飞无人机进行抓捕。

本发明还公开的一种用于上述的黑飞无人机智能抓捕装置的黑飞无人机智能抓捕方法，按如下步骤实施：

S00：开启无线电侦测站对所述黑飞无人机的位置进行探测并获取其GPS 位置。

S10：携带黑飞无人机智能抓捕装置的抓捕无人机升空。

S20：所述黑飞无人机智能抓捕装置的控制主板及所述抓捕无人机通过所述无线电侦测站的监测信号获取所述黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度。

S30：当所述抓捕无人机依据所述黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度运动到第一预设范围内时，所述控制主板生成干扰指令对所述黑飞无人机进行干扰。

S40：当所述抓捕无人机依据所述黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度运动到第二预设范围内时，所述控制主板开启至少一个的图像采集器并通过所述图像采集器采集黑飞无人机的视频序列，所述控制主板依据所述黑飞无人机的视频序列对所述黑飞无人机进行锁定及追踪，并在预设抓捕位置所述控制主板生成抓捕指令驱动抓捕器对所述黑飞无人机进行抓捕。

本发明进一步的技术特征在于，在步骤S40中，对所述黑飞无人机进行锁定及追踪的步骤如下：

S401：所述控制主板的图像处理单元获取黑飞无人机的视频序列；

S402：所述图像处理单元采用Yolov5算法对所述视频序列中的黑飞无人机进行识别并输出所述黑飞无人机的检测框坐标；

S403：将所述检测框坐标输出至所述目标锁定单元，所述目标锁定单元依据所述检测框坐标采用目标跟踪算法计算后得到锁定框坐标；

S404：所述抓捕无人机依据所述锁定框坐标对所述黑飞无人机的位置进行锁定，所述抓捕无人机开启跟踪模式对所述黑飞无人机进行跟踪；

S405：当所述抓捕无人机运动到预设抓捕位置，所述控制主板生成抓捕指令对所述黑飞无人机进行抓捕。

本发明的有益效果为：

本发明提供的黑飞无人机智能抓捕装置，设置有能够发射干扰信号的干扰器能够在高空对黑飞无人机的飞行状态进行干扰，使得其只能具有悬停及返航两种飞行状态，然后采用图像采集器利用Yolov5算法及目标跟踪算法对黑飞无人机进行定位及追踪，使得抓捕无人机能够准确从黑飞无人机的上空对其跟踪，最后通过抓捕器投掷抓捕网对黑飞无人机进行抓捕，这种黑飞无人机智能抓捕装置通过干扰、定位以及抓捕等一系列操作，极大提升了黑飞无人机的捕获率。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中提供的黑飞无人机智能抓捕装置的结构图；

图2是本发明具体实施方式中提供的黑飞无人机智能抓捕装置的结构图，抓捕网处于展开状态；

图3是本发明具体实施方式中提供的黑飞无人机智能抓捕装置的功能框图；

图4是本发明具体实施方式中提供的黑飞无人机锁定及追踪的流程图；

图5是本发明具体实施方式中提供的黑飞无人机智能抓捕方法的流程图。

图中：1、安装座；2、图像采集器；3、干扰器；4、抓捕器；5、控制主板； 31、高频信号发生器；32、干扰天线；33、阻断天线；511、5G发送器；512、 5G接收器；513、5G天线；41、投网器；42、抓捕网；411、收纳罩；51、信号收发器；52、图像处理单元；53、目标锁定单元；54、决策单元。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

如图1至图4所示，本实施例中提供的黑飞无人机智能抓捕装置包括安装座1、至少一个的图像采集器2、干扰器3、抓捕器4以及控制主板5，安装座1 用于与抓捕无人机固定连接，至少一个的图像采集器2位于安装座1的底部边缘处，安装座1呈圆柱体状，通过会选用两个或者四个图像采集器2固定在安装座1的底部边缘处，图像采集器2用于获取黑飞无人机的视频序列，视频序列中包含多张电子图像，干扰器3的一部分位于安装座1的侧壁上，干扰器3 用于向黑飞无人机发送干扰指令，抓捕器4位于安装座1的底部，用于捕捉黑飞无人机，控制主板5与至少一个的图像采集器2、干扰器3以及抓捕器4电连接，控制主板5的信号收发器51通过无线电侦测站获取黑飞无人机的位置坐标，这个位置坐标通常是黑飞无人机的初步位置，用于引导抓捕无人机靠近黑飞无人机并飞行至黑飞无人机的上方，控制主板5用于控制至少一个的图像采集器2、干扰器3以及抓捕器4，控制主板5可配置为树莓派4或者NVIDIAJetson计算机，树莓派4或者NVIDIAJetson具有强悍的图形及数据处理能力，同时能够对黑飞无人机的拍摄数据进行存储，黑飞无人机智能抓捕装置的控制主板5及抓捕无人机通过无线电侦测站的监测信号获取黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度，无线电侦测站通常指地面侦测站，优选地，无线电侦测站配置为TDOA侦测装置。当抓捕无人机依据黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度运动到第一预设范围内时，控制主板5生成干扰指令对黑飞无人机进行干扰，第一预设范围优选设置为100～150米，此时通过干扰器3就能够对黑飞无人机的飞行进行有效的干扰，当抓捕无人机依据黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度运动到第二预设范围内时，控制主板5开启至少一个的图像采集器2并通过图像采集器2采集黑飞无人机的视频序列，控制主板5依据黑飞无人机的视频序列对黑飞无人机进行锁定及追踪，并在预设抓捕位置控制主板5生成抓捕指令驱动抓捕器4对黑飞无人机进行抓捕，第二预设范围优选设置为小于10米的范围，从而保证抓捕无人机从黑飞无人机投掷抓捕网42时能够对黑飞无人机进行有效抓捕。本实施例中提供的黑飞无人机智能抓捕装置设置有能够发射干扰信号的干扰器3能够在高空对黑飞无人机的飞行状态进行干扰，使得其只能具有悬停及返航两种飞行状态，然后采用图像采集器2并结合相应的算法能够对黑飞无人机进行定位及追踪，使得抓捕无人机能够准确的飞到黑飞无人机的上空，最后通过抓捕器4 投掷抓捕网42对黑飞无人机进行抓捕，相较于现有技术中依赖于无线电侦测站的探测实施抓捕，这种黑飞无人机智能抓捕装置通过干扰、定位以及抓捕等一系列操作，有效避免了抓捕无人机扑空，极大提升了其对黑飞无人机的捕获率。

干扰器3包括高频信号发生器31、至少一根的干扰天线32及阻断天线33，至少一根的干扰天线32及阻断天线33可配置为玻璃钢天线，至少一根的干扰天线32及阻断天线33固定在安装座1的侧壁上，至少一根的干扰天线32及阻断天线33与高频信号发生器31的输出端相连，高频信号发生器31的输入端与控制主板5相连，控制主板5控制高频信号发生器31产生2.4～5.8GHZ的第一类干扰信号，并通过干扰天线32发送第一类干扰信号以干扰黑飞无人机的飞控信号，控制主板5控制高频信号发生器31产生1～1.5GHZ的第二类干扰信号，并通过阻断天线33发送第二类干扰信号以阻断黑飞无人机的导航信号，现有技术中为对黑飞无人机的飞控信号及导航信号进行干扰往往选择一个相对折中的信号，但这势必会降低对不同信号的干扰效果，而本申请提供的干扰器3可以依据不同信号的类别进行分别干扰，使得黑飞无人机无法接收飞控信号及导航信号，从而达到致盲黑飞无人机的作用，使得黑飞无人机要么处于悬停状态，要么处于返航状态，从而更好的实施抓捕。具体地，干扰器3包括高频信号发生器31、两根的干扰天线32及阻断天线33，高频信号发生器31由多组高频线圈组成，可以根据指令切换工作线圈的圈数来发送不同频率的高频信号，两根的干扰天线32可发出2.4GHZ、5.8GHZ的干扰信号，阻断天线33可发出 1.0GHZ-1.3GHZ的干扰信号，具体使用时，控制主板5先控制高频信号发生器 31产生2.4GHZ或5.8GHZ的高频信号，对黑飞无人机进行干扰，然后控制主板 5控制高频信号发生器31产生1.0GHZ-1.3GHZ的高频信号，使得黑飞无人机丢失导航信号，使用实用中，控制主板5也可以发出交替地控制信号至高频信号发生器31产生不同类型的信号，使得黑飞无人机被迫悬停或返回起飞点。

信号收发器51包括5G发送器511、5G接收器512以及5G天线513，5G 发送器511及5G接收器512与控制主板5电连接，5G天线513与5G发送器 511电连接，5G天线513固定在安装座1的侧壁上，5G信号支持频段为 3500MHZ-3600MHZ，带宽为100M，信号收发器51能够与无线电侦测站进行远程信息传输，使得无线电侦测站能够实时获知到智能抓捕装置的工作状态。

抓捕器4包括由电机驱动的投网器41及抓捕网42，抓捕网42通过绳索与投网器41相连。投网器的收纳罩411为5cm*5cm*7cm的圆柱形，收纳罩411 可容纳一张高性能聚乙烯绳网，也即抓捕网42，抓捕网42尺寸为3m*3m、重量为0.2kg，抓捕网42的顶部会与轻型弹性绳的一端相连，也即绳索的一端，绳索的另一端固定在收纳罩411的侧壁上。当抓捕网42喷射出去后，会按照固定角度圆形展开来抓捕位于抓捕网42正下方的黑飞无人机。本实施例中提供的黑飞无人机智能抓捕装置能够准确抓捕主要是由于设置了图像处理单元52及目标锁定单元53，能够实现对黑飞无人机的实时锁定及跟踪，从而提升抓捕器4 抓捕的准确定，而现有技术中，往往只能通过无人机本身的云台来实施追踪，而由于黑飞无人机的运动速度较快，市面上大部分无人机云台的精度及算法是无法满足对黑飞无人机进行有效锁定与及时追踪的。电机41配置为微型减速电机，电机41的长度为25mm、宽度为21mm、电压为5V、电流为0.35A。

控制主板5包括图像处理单元52及目标锁定单元53，图像处理单元52采用Yolov5算法对视频序列中每帧电子图像对应的黑飞无人机进行识别，图像处理单元52采用Yolov5算法对视频序列中的黑飞无人机进行识别并输出黑飞无人机的检测框坐标，且将检测框坐标输出至目标锁定单元53，目标锁定单元53依据检测框坐标采用目标跟踪算法计算后得到锁定框坐标，抓捕无人机依据锁定框坐标对黑飞无人机的位置进行锁定，抓捕无人机开启跟踪模式对黑飞无人机进行跟踪，具体的，对视频序列中的各帧电子图像进行数据集清洗，剔除模糊不清的无人机图像、噪声点多的图像，例如：采用中值滤波的方式进行清洗。如图4所示，具体工作时，将清洗后的视频序列中的各帧电子图像按照6:2:2划分为训练集、验证集和测试集，清洗后的视频序列中的各帧电子图像构成图像数据集，图像处理单元52采用LabelImage对图像数据集中的无人机进行标注， LabelImage是一种深度学习图像标注工具，将标注后训练集的图像数据集按批作为Yolov5算法的输入项、经过算法特征提取，然后经过输出层输出每帧电子图像的检测框坐标，并通过验证集对输出的检测框坐标的有效性进行验证，当识别黑飞无人机的准确度大于95％时方可保存Yolov5算法模型，当识别黑飞无人机的准确度小于95％时，则调整Yolov5算法模型的参数后再进行验证，直至保存Yolov5算法模型。Yolov5算法模型训练完成后，采用上述类似方法对测试集进行标注，并将标注后测试集的图像数据集按批作为Yolov5算法的输入项、经过算法特征提取，然后经过输出层输出每帧电子图像对应的检测框坐标，此时的检测框坐标作为Yolov5算法模型的检测结果并输出至目标锁定单元53，也即检测框坐标作为目标锁定单元53的输入项，由此可见，本申请提供的黑飞无人机智能抓捕装置巧妙的将Yolov5算法与目标锁定单元53对应的KCF算法进行了有效结合，从而保证对黑飞无人机快速锁定及追踪，而避免现有技术中即使采用昂贵的高精度云台，也难以对黑飞无人机进行有效锁定及追捕的问题，本申请的图像采集器2无需旋转，由于算法运算是极其迅速的，故抓捕无人机能够从黑飞无人机的上方快速的锁定黑飞无人机并对其实施抓捕，从而克服单纯利用无人机云台旋转跟踪容易导致黑飞无人机难以锁定并容易跟丢的问题。此外，图像采集器2包括CMOS传感器、镜头、光圈以及LED补光灯，其中 CMOS传感器采用1/1.8"Progressive Scan CMOS，其最低照度1ux，水平视场角为107°-39.8°，垂直视场角为56°-22.4°，对角线视场角为130.1°-45.7°，支撑自动对焦及自动补光，LED补光灯是红外灯，补光距离最长可达20m，支持防补光过曝，从而保证有效的抓拍动态的黑飞无人机。因此，图像采集器2 是固定某个角度，而非旋转的，并不是采用云台结构，这样的好处是抓捕无人机从上往下拍摄黑飞无人机时，从而迅速捕捉及锁定黑飞无人机，也即直接利用算法来对黑飞无人机位置进行检测，再依据黑飞无人机的位置变化来计算黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度，从而保证黑飞无人机被及时锁定及追踪。另外，由于抓捕无人机只需要知道黑飞无人机的准确位置，就能够自动跟踪飞行，因此采用本实施例的方案，也很好利用了抓捕无人机本身的跟踪能力，故本实施例中提供的黑飞无人机智能抓捕装置成本较低但抓捕能力强。

控制主板还包括决策单元54，目标跟踪算法配置为KCF算法，决策单元 54依据Yolov5算法输出的检测框坐标与KCF算法输出的锁定框坐标进行相似度S比对，相似度S是通过计算电子图像中的检测框及锁定框交集面积与并集面积的比值，电子图像中的检测框面积可以依据检测框坐标计算得到，电子图像中的锁定框坐标可以依据锁定框坐标计算得到，具体地，当相似度S≥抓捕预设值，抓捕器执行抓捕；当相似度S＜抓捕预设值，抓捕无人机继续跟踪。由此可见，相似度S是通过计算检测框坐标及锁定框坐标二者重合度，通过上述方法可以使得决策单元54迅速决策是否抓捕，而且由于当二者的结果差异较大时，通过上述计算规则能够放大这种差异，因此，设置95％以上的重合率就能够保证极好的识别准确性。Yolov5算法模型输出每帧电子图像的检测框坐标，目标锁定单元53先利用卡尔曼滤波对每帧电子图像的检测框坐标进行滤波处理，然后再采用KCF算法后再对黑飞无人机实施追踪，图像处理单元52可在GetForce 1640显卡上对Yolov5算法在进行训练和测试，当Yolov5算法的测试结果识别率达到95％以上认为检测到黑飞无人机，此时将图像数据集中视频序列对应的黑飞无人机的位置及速度传送至目标跟踪算法实现对黑飞无人机的跟踪，也即抓捕预设值为95％，这样能保证对黑飞无人机具有足够的锁定准确率。

控制主板5包括决策单元54，当黑飞无人机的速度≤预设速度并持续第一预设时间，决策单元54判定黑飞无人机处于悬停状态；当黑飞无人机的速度＞预设速度并持续第二预设时间，决策单元54判定黑飞无人机处于返航状态。例如：通常设置黑飞无人机的速度≤2m/s，持续时间为3s以上时，决策单元54 判定黑飞无人机处于悬停状态，这样当黑飞无人机处于悬停状态时，决策单元 54发送第一抓捕指令至抓捕无人机，抓捕无人机接收到所述第一抓捕指令后飞行至黑飞无人机上方的预设抓捕位置，控制主板5控制抓捕器4对黑飞无人机进行抓捕，由于黑飞无人机悬停，则有利于降低黑飞无人机的抓捕难度。当黑飞无人机的速度＞2m/s，持续时间为3s以上时，决策单元54判定黑飞无人机处于返航状态，这样当黑飞无人机处于返航状态时，决策单元54发送第二抓捕指令至抓捕无人机，抓捕无人机接收到第二抓捕指令后以快于黑飞无人机的速度加速飞行，直至抓捕无人机位于黑飞无人机上方的预设抓捕位置后并与黑飞无人机保持同速飞行，控制主板5控制抓捕器4对黑飞无人机进行抓捕。

实施例二

如图4及图5所示，本实施例提供的一种用于上述的黑飞无人机智能抓捕装置的黑飞无人机智能抓捕方法，按如下步骤实施：

S00：开启无线电侦测站对黑飞无人机的位置进行探测并获取其GPS位置。无线电侦测站能够获知黑飞无人机的初步位置，但由于探测信号在远距离传输过程中容易受到干扰，故难以实现黑飞无人机的锁定及追踪。由于黑飞无人机通常是处于运动状态的，因此黑飞无人机的初步位置也是不断变化的。

S10：携带黑飞无人机智能抓捕装置的抓捕无人机升空。

S20：黑飞无人机智能抓捕装置的控制主板及抓捕无人机通过无线电侦测站的监测信号获取黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度。实际操作中，也可以由黑飞无人机智能抓捕装置的控制主板接收到无线电侦测站的监测信号再转发给抓捕无人机，当然也可以他们二者各自单独与无线电侦测站进行通信，当抓捕无人机获知黑飞无人机的初步位置后，就会朝黑飞无人机所在的方位飞行。

S30：当抓捕无人机依据黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度运动到第一预设范围内时，控制主板5生成干扰指令对黑飞无人机进行干扰，第一预设范围优选设置为100～150米，在这个范围内对黑飞无人机进行干扰，使得黑飞无人机提前进入到悬停状态或返航状态，也即让黑飞无人机处于相对稳定的飞行状态，这样就能够更加准确的捕捉到黑飞无人机，因为黑飞无人机处于返航状态时，往往会沿着某些固定路线进行返航，而不是在飞控数据作用下进行航飞，因此，预先干扰使得抓捕无人机能够更好的锁定黑飞无人机并对其抓捕。

S40：当抓捕无人机依据黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度运动到第二预设范围内时，控制主板5开启至少一个的图像采集器2并通过图像采集器2采集黑飞无人机的视频序列，控制主板5依据黑飞无人机的视频序列对黑飞无人机进行锁定及追踪，控制主板5通过图像处理单元52及目标锁定单元53运行相应算法实现锁定及追踪，并在预设抓捕位置控制主板5生成抓捕指令驱动抓捕器4对黑飞无人机进行抓捕，控制主板5生成抓捕指令对黑飞无人机进行抓捕，第二预设范围优选设置为小于10米且抓捕无人机位于黑飞无人机的上方，这样就十分利于固定的图像采集器2对其下方的黑飞无人机进行拍照。控制主板5 生成抓捕指令后，当黑飞无人机的速度≤预设速度并持续第一预设时间，控制主板5的决策单元54判定黑飞无人机处于悬停状态，决策单元54发送第一抓捕指令至抓捕无人机，抓捕无人机接收到第一抓捕指令后飞行至黑飞无人机上方的预设抓捕位置，控制主板5控制抓捕器4对黑飞无人机进行抓捕；当黑飞无人机的速度＞预设速度并持续第二预设时间，决策单元54判定黑飞无人机处于返航状态，决策单元54发送第二抓捕指令至抓捕无人机，抓捕无人机接收到第二抓捕指令后以快于黑飞无人机的速度加速飞行，直至抓捕无人机位于黑飞无人机上方的预设抓捕位置，控制主板5控制抓捕器4对黑飞无人机进行抓捕。

在进一步的实施例中，在步骤S40中，对黑飞无人机进行锁定及追踪的步骤如下：

S401：控制主板5的图像处理单元52获取黑飞无人机的视频序列。

S402：图像处理单元52采用Yolov5算法对视频序列中的黑飞无人机进行识别并输出黑飞无人机的检测框坐标。

S403：将检测框坐标输出至目标锁定单元53，目标锁定单元53依据检测框坐标采用目标跟踪算法计算后得到锁定框坐标。

S404：抓捕无人机依据锁定框坐标对黑飞无人机的位置进行锁定，抓捕无人机开启跟踪模式对黑飞无人机进行跟踪。此时，黑飞无人机智能抓捕装置只需要将黑飞无人机的位置坐标，也即依据锁定框坐标换算的位置坐标发送至抓捕无人机，由于抓捕无人机本身自带追踪功能，故当抓捕无人机获取到黑飞无人机的位置坐标后，就能够基于其位置坐标自动实现对抓捕无人机的追踪。

S405：当抓捕无人机运动到预设抓捕位置，控制主板生成抓捕指令对黑飞无人机进行抓捕。预设抓捕位置是指处于第二预设范围内的位置，并且通常在黑飞无人机正上方的1～3米处，从而方便投射抓捕网42后正好进行抓捕。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种黑飞无人机智能抓捕装置，其特征在于，包括：

安装座，所述安装座用于与抓捕无人机固定连接；

至少一个的图像采集器，位于所述安装座的底部边缘处，所述图像采集器用于获取黑飞无人机的视频序列；

干扰器，所述干扰器的一部分位于所述安装座的侧壁上，所述干扰器用于向所述黑飞无人机发送干扰指令；

抓捕器，位于所述安装座的底部，用于捕捉所述黑飞无人机；

控制主板，所述控制主板与至少一个的所述图像采集器、所述干扰器以及所述抓捕器电连接，所述控制主板用于控制至少一个的所述图像采集器、所述干扰器以及所述抓捕器，所述控制主板的信号收发器通过无线电侦测站获取所述黑飞无人机的位置坐标；

所述黑飞无人机智能抓捕装置的控制主板及所述抓捕无人机通过所述无线电侦测站的监测信号获取所述黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度，当所述抓捕无人机依据所述黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度运动到第一预设范围内时，所述控制主板生成干扰指令对所述黑飞无人机进行干扰，当所述抓捕无人机依据所述黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度运动到第二预设范围内时，所述控制主板开启至少一个的图像采集器并通过所述图像采集器采集黑飞无人机的视频序列，所述控制主板依据所述黑飞无人机的视频序列对所述黑飞无人机进行锁定及追踪，并在预设抓捕位置所述控制主板生成抓捕指令驱动抓捕器对所述黑飞无人机进行抓捕。

2.根据权利要求1所述的黑飞无人机智能抓捕装置，其特征在于：

所述干扰器包括高频信号发生器、至少一根的干扰天线及阻断天线；

至少一根的所述干扰天线及所述阻断天线固定在所述安装座的侧壁上；

至少一根的所述干扰天线及所述阻断天线与所述高频信号发生器的输出端相连，所述高频信号发生器的输入端与所述控制主板相连，所述控制主板控制所述高频信号发生器产生2.4～5.8GHZ的第一类干扰信号，并通过所述干扰天线发送所述第一类干扰信号以干扰所述黑飞无人机的飞控信号，所述控制主板控制所述高频信号发生器产生1～1.5GHZ的第二类干扰信号，并通过所述阻断天线发送所述第二类干扰信号以阻断所述黑飞无人机的导航信号。

3.根据权利要求1所述的黑飞无人机智能抓捕装置，其特征在于：

所述信号收发器包括5G发送器、5G接收器以及5G天线；

所述5G发送器及所述5G接收器与所述控制主板电连接，所述5G天线与所述5G发送器电连接，所述5G天线固定在所述安装座的侧壁上。

4.根据权利要求1所述的黑飞无人机智能抓捕装置，其特征在于：

所述抓捕器包括由电机驱动的投网器及抓捕网；

所述抓捕网通过绳索与所述投网器相连。

5.根据权利要求1所述的黑飞无人机智能抓捕装置，其特征在于：

所述控制主板包括图像处理单元及目标锁定单元；

所述图像处理单元采用Yolov5算法对所述视频序列中的黑飞无人机进行识别并输出所述黑飞无人机的检测框坐标，且将所述检测框坐标输出至所述目标锁定单元，所述目标锁定单元依据所述检测框坐标采用目标跟踪算法计算后得到锁定框坐标，所述抓捕无人机依据所述锁定框坐标对所述黑飞无人机的位置进行锁定，所述抓捕无人机开启跟踪模式对所述黑飞无人机进行跟踪。

6.根据权利要求5所述的黑飞无人机智能抓捕装置，其特征在于：

所述控制主板还包括决策单元；

所述目标跟踪算法配置为KCF算法；

所述决策单元依据所述Yolov5算法输出的检测框坐标与所述KCF算法输出的锁定框坐标进行相似度S比对，当所述相似度S≥抓捕预设值，所述抓捕器执行抓捕；当所述相似度S＜抓捕预设值，所述抓捕无人机继续跟踪。

7.根据权利要求1所述的黑飞无人机智能抓捕装置，其特征在于：

所述控制主板还包括决策单元；

当所述黑飞无人机的速度≤预设速度并持续第一预设时间，所述决策单元判定黑飞无人机处于悬停状态；当所述黑飞无人机的速度＞预设速度并持续第二预设时间，所述决策单元判定黑飞无人机处于返航状态。

8.根据权利要求7所述的黑飞无人机智能抓捕装置，其特征在于：

当所述黑飞无人机处于悬停状态时，所述决策单元发送第一抓捕指令至所述抓捕无人机，所述抓捕无人机接收到所述第一抓捕指令后飞行至所述黑飞无人机上方的预设抓捕位置，所述控制主板控制所述抓捕器对所述黑飞无人机进行抓捕；

当所述黑飞无人机处于返航状态时，所述决策单元发送第二抓捕指令至所述抓捕无人机，所述抓捕无人机接收到所述第二抓捕指令后以快于所述黑飞无人机的速度加速飞行，直至所述抓捕无人机位于所述黑飞无人机上方的预设抓捕位置时保持与所述黑飞无人机同速飞行，所述控制主板控制所述抓捕器对所述黑飞无人机进行抓捕。

9.一种用于权利要求1至8任一项所述的黑飞无人机智能抓捕装置的黑飞无人机智能抓捕方法，其特征在于，按如下步骤实施：

S00：开启无线电侦测站对所述黑飞无人机的位置进行探测并获取其GPS位置；

S10：携带黑飞无人机智能抓捕装置的抓捕无人机升空；

S20：所述黑飞无人机智能抓捕装置的控制主板及所述抓捕无人机通过所述无线电侦测站的监测信号获取所述黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度；

S30：当所述抓捕无人机依据所述黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度运动到第一预设范围内时，所述控制主板生成干扰指令对所述黑飞无人机进行干扰；

S40：当所述抓捕无人机依据所述黑飞无人机的飞行坐标及飞行速度运动到第二预设范围内时，所述控制主板开启至少一个的图像采集器并通过所述图像采集器采集黑飞无人机的视频序列，所述控制主板依据所述黑飞无人机的视频序列对所述黑飞无人机进行锁定及追踪，并在预设抓捕位置所述控制主板生成抓捕指令驱动抓捕器对所述黑飞无人机进行抓捕。

10.根据权利要求9所述的黑飞无人机智能抓捕方法，其特征在于：

在步骤S40中，对所述黑飞无人机进行锁定及追踪的步骤如下：

S401：所述控制主板的图像处理单元获取黑飞无人机的视频序列；

S402：所述图像处理单元采用Yolov5算法对所述视频序列中的黑飞无人机进行识别并输出所述黑飞无人机的检测框坐标；

S403：将所述检测框坐标输出至所述目标锁定单元，所述目标锁定单元依据所述检测框坐标采用目标跟踪算法计算后得到锁定框坐标；

S404：所述抓捕无人机依据所述锁定框坐标对所述黑飞无人机的位置进行锁定，所述抓捕无人机开启跟踪模式对所述黑飞无人机进行跟踪；

S405：当所述抓捕无人机运动到预设抓捕位置，所述控制主板生成抓捕指令对所述黑飞无人机进行抓捕。

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