CN205228470U - 一种无人飞行器预警定位装置 - Google Patents

Abstract

一种无人飞行器预警定位装置，该装置包括多个全向接收天线(1)、频谱功率分析器(2)、预警器(3)和定位器(4)，其中，所述预警器(3)包括存储部件(6)和预警部件(7)，所述预警部件(7)将功率谱和存储在所述存储部件(6)中的无人飞行器频段的电磁环境数据对比，当一个或多个中心频点出现超功率门限变化时，所述预警器(3)判定存在无人飞行器抵近飞行并发出告警；当所述预警器(3)判定存在无人飞行器抵近飞行时，所述定位器(4)提取各个所述接收天线(1)在无人飞行器频段上的功率值，通过接收信号强度指示测距(RSSI)分别计算所述接收天线(1)与无人飞行器之间的距离。

Description

一种无人飞行器预警定位装置

技术领域

本实用新型属于无人飞行器预警领域，特别是涉及一种无人飞行器预警定位装置。

背景技术

当前无人飞行器已经开始广泛的介入广大群众的日常生活。无人飞行器由于能够完成直上直下的起飞与降落，并且能够在空中悬停，飞行更加灵活，所以相较于传统的固定翼式飞行器，有其自身特点，并得到了广泛应用。现有法规对于通航领域的飞行管理还不是很完善，但是对于飞行高度不高，往往处于视距范围内的无人飞行器，目前的监管还是一个空白。

虽然，无人飞行器在航拍、物流、巡逻等方面，开始给予广大消费者以全新的体验，并且拥有着广泛的应用前景，但同时，无人飞行器无监管的飞行，也会带来一些困扰。由于飞行器本身质量水平不一，控制飞行器的飞手的操纵水平差异也很大，所以，无人飞行器误入一些禁飞区的新闻屡见不鲜。比如，四轴飞行器闯入白宫的新闻、四轴飞行器飞越巴黎政府区的新闻。甚至，也诱发了一些敏感人士担心，可能会有不良人士操纵四轴飞行器来实施偷拍。

在重点安防区域，如果无人飞行器抵近飞行，则需要采取主动防御措施，防止无人飞行器抵近拍摄，非法传递信息，甚至携带危险品进入重点安防区域。因此重点安防区域存在侦测并抵御无人飞行器飞行的需求。

根据无人飞行器的特性，其有别于有人驾驶飞机，无人飞行器的飞行过程一定受到地面站无线控制。因此在无人飞行器抵近重点安防区域之前，可以采用频率侦测、跟踪和定位的方式，预先发现无人飞行器控制者，采取人为干预手段阻止无人飞行器控制者的控制无人飞行器在安防区域或禁飞区飞行。

目前，由工信部批注的无人飞行器工作频率和工作方式如下表所示，此外工信部未批准但无人飞行器爱好者常用的无人飞行器控制和图传频段还包括：上行/下行433MHz跳频方式，下行5800MHz波道指配方式。因此本系统将重点针对以上提及的频率范围和工作方式实施频率侦测和频率压制。

专利CN202261322U公开了一种无线电信号压制系统，其特征在于所述压制系统包括监测接收机，该监测接收机连接设置一终端控制计算机，该终端控制计算机连接设置一压制信号的信号激励器，该信号激励器通过压制信号的放大分配器与射频激励器连接，射频激励器经由连接的功率放大器连接天馈系统。该无线电信号压制系统能够有效对各频段的无线电信号实施干扰压制，其能够产生有效压制波形，实现了任意单音和多音信号的压制信号生成及发送，可作为无线电管理机构在日常设备维护和特殊应用场合的专用设备。但其并不能针对无人飞行器进行信号侦测以及信号压制。

专利CN102508237公开了一种角跟踪系统，其特征是包括控制中心、天线分系统、馈线分系统、发射分系统、接收分系统、伺服分系统和通讯接口分系统，所述天线分系统包括电线座，以及安装在天线座上的定向天线、全向天线和定向喇叭，所述发射分系统，包括上变频器、频控处理器、功放和选择开关；由控制中心送来的基带激励信号送给发射分系统，在发射分系统内，基带激励信号经上变频器后送至功放；功放的输出端连接选择开关的输入端；所述选择开关的输出端分别连接定向天线、全向天线和定向喇叭的发射信号输入端；所述定向天线通过馈线分系统连接该选择开关的输出端；频控处理器接收来自控制中心的控制信号，并依此输出选择开关、上变频器频率选择和功放的控制信号，所述馈线分系统，本分系统传输发射信号给定向天线，接收相应频率回波信号，在发射信号的同时接收和∑、方位差ΔA二路接收信号，再经接收分系统送接收机；本分系统包括双工器、加减器、左馈源和右馈源；对于定向天线的发射信号，该发射信号依次经双工器、加减器和左馈源输出；接收和∑信号依次经左馈源、加减器和端口输出至双工器，接收方位差ΔA信号由左右馈源经加减器差输出，所述接收分系统，包括选择开关、LNA、下变频器、频控处理器和中频接收机；本选择开关的一个输出端依次连接LNA和下变频器，下变频器的输出端连接中频接收机的输入端；该选择开关有三个输入端，全向天线和定向喇叭分别连接该选择开关的两个输入端；本选择开关的另一个输入端接收所述∑信号和ΔA信号；本频控处理器接收来自控制中心的控制信号，并依此输出选择开关、下变频器的控制信号，所述伺服分系统，包括伺服控制器和驱动电机，所述伺服控制器的控制信号输出给驱动电机，驱动电机驱动电线座作转动和俯仰动作，所述通讯接口分系统，连接在控制中心与发射分系统的频控处理器、接收分系统的频控处理器以及伺服分系统的伺服控制器之间。该专利文献有较高的测角精度和良好的搜索、捕获能力，但部件多、结构复杂且成本昂贵而无法得到广泛的应用且无法对无人飞行器进行信号压制。

专利CN103822699A公开了一种无人直升机振动在线监测系统，其特征在于：包括：机载通信设备，主要作用是发射经过分析处理的振动信号；地面通信控制设备，接收机载通信设备发送来的实时振动信号，以图形或声音形式实现报警、提示及演示无人直升机的空中飞行实时振动情况；传感器，设在无人直升机的一处或多处机身上，感应机身各处的位移、速度和加速度；采集仪，将传感器感应到的各种信号转换成电信号并传递给分析仪，所述采集仪主要由抗混滤波、数模转换和DSP处理器组成；所述抗混滤波和DSP处理器的截止频率为所述采集仪最大采样频率的1/2.56倍，阻带衰减：－120dB/Oct，平坦度0.05dB/Oct；分析仪，对采集仪传输过来的电信号与预设的极限值进行比对判断，如果传输过来的电信号没有超出预设的极限值，则不触发其他动作；如果传输过来的电信号超出预设的极限值，分析仪将分析结果通过机载通信设备发送至地面通信控制设备。该专利文献公开的这种在线监测系统能够让地面操控人员实时的掌握无人直升机的飞行状态，但其需要机载设备配合，无法实现预警功能，也无法对无人飞行器进行信号压制。

因此，当前存在一种需求，设计并实现了一种无人飞行器抵近飞行侦测和定位装置，通过侦测无人飞行器工作频段，提前预警无人飞行器抵近飞行，并在通过无人飞行器控制频段定位无人飞行器操控者，能够提前感应到高速飞行的无人飞行器，并实施预警和提供有针对性的信号压制，以及结构简单、成本低适用范围广。

实用新型内容

本实用新型公开了一种无人飞行器预警定位装置，其实现了一种无人飞行器抵近飞行侦测和频率压制，通过侦测无人飞行器工作频段，提前预警无人飞行器抵近飞行，并在无人飞行器控制频段和数据传输频段释放干扰，阻止无人飞行器抵近飞行至受保护的安防区域。

本实用新型的目的是通过以下技术方案予以实现。

根据本实用新型的第一方面，本实用新型公开的一种无人飞行器预警定位装置包括多个全向接收天线、频谱功率分析器、预警器和定位器。

所述多个全向接收天线用于实时扫描区域内电磁环境信号并发送到所述频谱功率分析器。

所述频谱功率分析器包括使所述多个全向接收天线发送的信号保持时钟同步的同步器，所述频谱功率分析器处理并转换所述信号为功率谱并发送到所述预警器。

连接所述频谱功率分析器的所述预警器包括存储部件和预警部件，所述预警部件将所述功率谱和存储在所述存储部件中的无人飞行器频段的电磁环境数据对比，当一个或多个中心频点出现超功率门限变化时，所述预警器判定存在无人飞行器抵近飞行并发出告警。

当所述预警器判定存在无人飞行器抵近飞行时，所述定位器提取各个所述接收天线在无人飞行器频段上的功率值，通过接收信号强度指示测距(RSSI)分别计算所述接收天线与无人飞行器之间的距离。

优选地，所述接收信号强度指示测距(RSSI)使用无线传播模型进行测距。

优选地，当所述区域为大致平面时，所述无线传播模型为Lp＝-32.44-20lgd(Km)-20lgf(MHz)，其中，Lp是自由空间传播损耗，即所述无人机控制端频点发射功率值减去接收天线接收的对应频点的功率值，单位为dBm；d是距离，单位是Km；f是无人飞行器工作频率，单位是MHz。

当无人飞行器抵近飞行时，由于无人飞行器通信的原理，会在区域内无人飞行器通信工作频段内带来异常功率增益。本装置可以通过接收天线对功率进行分析处理，进行无人飞行器的预警和定位。

根据本实用新型的第二方面，本实用新型公开的一种无人飞行器预警定位装置包括多个全向接收天线、频谱功率分析器、预警器和定位器。

所述多个全向接收天线用于实时扫描区域内电磁环境信号并发送到所述频谱功率分析器。

所述频谱功率分析器包括使所述多个全向接收天线发送的信号保持时钟同步的同步器，所述频谱功率分析器处理并转换所述信号为功率谱并发送到所述预警器。

所述预警器包括存储部件和预警部件，所述预警部件将所述功率谱和存储在所述存储部件中的无人飞行器频段的电磁环境数据对比，当一个或多个中心频点出现超功率门限变化时，所述预警器判定存在无人飞行器抵近飞行并发出告警。

当所述预警器判定存在无人飞行器抵近飞行时，所述定位器提取各个所述接收天线在无人飞行器频段上的功率值，通过接收信号强度指示测距(RSSI)分别计算所述接收天线与无人飞行器之间的距离。

当所述定位器计算得到两个或两个以上的所述接收天线与无人飞行器之间的距离时，所述定位器确定所述无人飞行器的位置处于相交区域，所述相交区域通过分别以各个接收天线的坐标位置为圆心，相应的所述距离为半径的圆形区域相交形成。

优选地，所述无人飞行器预警定位装置包括发射天线，所述发射天线可发送不同频段的干扰信号。

优选地，所述无人飞行器预警定位装置包括干扰器和发射天线，所述干扰器(包括设定基带信号频率的基带信号发生器、将基带信号调制为噪声信号的干扰调制器、增加噪声功率的工作放大器和将不同的噪声频带合并的合路器。

所述发射天线接收并定向发射所述干扰器发送的不同频段的干扰信号。

优选地，所述多个全向接收天线为固定或可移动的全向天线。

优选地，所述频谱功率分析器包括将接收的模拟信号转换为数字信号的模数转换器、数字信号和振荡器的输出时钟信号混频且转换为基带信号的混频器和将所述基带信号转换成随频率变换的功率谱的功率谱提取部件。

优选地，预警器包括扬声器，当预警器发出警报时，扬声器发出警报信息。

优选地，所述干扰器采用跳频数字通信的无人飞行器上行/下行840.5-845MHz频段。

优选地，所述干扰器采用在无人飞行器工作的4.5M频带宽度内持续发送大于46DBM噪声的随机数字信号进行阻塞式干扰。

优选地，所述干扰器释放与无人飞行器使用的信道频率相同的频率且与信道频谱宽度相同的带宽的干扰信号。

优选地，所述干扰器释放大于39DBM的干扰功率。针对无人飞行器不同的频段和工作方式，本实用新型还可以采用不同的干扰模式。比如：针对采用跳频数字通信的无人飞行器上行/下行840.5-845MHz频段，可以选择采用阻塞式干扰，即在无人飞行器工作的4.5M频带宽度内持续发送大功率(大于46DBM)干扰信号，淹没无人飞行器通信信号。针对采用波道指配方式的1430-1446MHz和2408-2440MHz频段，可以根据信道频谱分析结果，采用瞄准式干扰，即释放干扰的载频与无人飞行器使用的信道中心频率重合，干扰信号带宽与信道频谱宽度相同，干扰功率(大于39DBM)。在干扰无人飞行器通信频段的同时不影响己方正常通信。

本实用新型提出的方案，能够实现在无人飞行器抵近区域之前，可以采用频率侦测、跟踪和定位的方式，预先发现无人飞行器控制者，采取人为干预手段阻止无人飞行器控制者的控制无人飞行器在安防区域或禁飞区飞行。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的无人飞行器预警定位装置的结构示意图。

图2是根据本实用新型另一个实施例的无人飞行器预警定位装置的结构示意图。

图3是根据本实用新型另一个实施例的无人飞行器预警定位装置的圆形区域的示意图。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的解释。

具体实施方式

本实用新型的实施例描述了一种无人飞行器预警定位装置，如图1所示的无人飞行器预警定位装置包括多个全向接收天线1、频谱功率分析器2、预警器3和定位器4。

所述多个全向接收天线1用于实时扫描区域内电磁环境信号并发送到所述频谱功率分析器2。多个全向接收天线1可以是在安防区域边界或待侦测区域边界位置的部署的全向接收天线，该接收天线1可以是固定天线，也可以是移动式便携天线。

所述频谱功率分析器2包括使所述多个全向接收天线1发送的信号保持时钟同步的同步器5，所述频谱功率分析器2处理并转换所述信号为功率谱并发送到所述预警器3。所述频谱功率分析器2可由模拟部分和数字部分组成。模拟部分将输入信号转换为模数转换器可以接受的电压范围和频率范围以实现数字化。数字部分对离散化之后的数字信号进行中频滤波、检波、功率谱分析等一系列处理之后，将所述信号为功率谱并发送到所述预警器3。

所述预警器3包括存储部件6和预警部件7，所述预警部件7将所述功率谱和存储在所述存储部件6中的无人飞行器频段的电磁环境数据对比，当一个或多个中心频点出现超功率门限变化时，所述预警器3判定存在无人飞行器抵近飞行并发出告警。当所述预警器3判定存在无人飞行器抵近飞行时，所述定位器4提取各个所述接收天线1在无人飞行器频段上的功率值，通过接收信号强度指示测距RSSI分别计算所述接收天线1与无人飞行器之间的距离。接收信号强度指示测距RSSI(ReceivedSignalStrengthIndicator)是通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离，进而根据相应数据进行定位计算。在一个实施例中，所述接收信号强度指示测距RSSI使用无线传播模型进行测距。在一个实施例中，当所述区域为大致平面时，所述无线传播模型为Lp＝-32.44-20lgd(Km)-20lgf(MHz)，其中，Lp是自由空间传播损耗，即接收天线1接收的功率谱减去所述功率值，单位为dBm；d是距离，单位是Km；f是无人飞行器工作频率，单位是MHz。例如，一个工作频率为433.92MHz，控制端发射功率为10dBm，接收天线接收到工作频率的功率谱分析结果为-85dBm，则路径传播损耗为-95dbm，由上面公式可计算得出，接收天线到无人飞行器控制端的距离为3.09km。

在复杂地形情况下，例如：密集高楼、高地、山区等特殊地形，本实用新型的接收信号强度指示测距RSSI利用其它无线传播模型进行功率-距离计算。

根据一个实施例，预警器3包括扬声器，当预警器3发出警报时，扬声器在当前频域中发出警报信息。

如图2所示的无人飞行器预警定位装置包括多个全向接收天线1、频谱功率分析器2、预警器3和定位器4。

所述多个全向接收天线1用于实时扫描区域内电磁环境信号并发送到所述频谱功率分析器2。所述频谱功率分析器2包括使所述多个全向接收天线1发送的信号保持时钟同步的同步器5，所述频谱功率分析器2处理并转换所述信号为功率谱并发送到所述预警器3。

在一个实施例中，频谱功率分析器2首先将输入的模拟信号通过衰减器，前置放大器及低通滤波器，将输入信号转换为混频器最佳工作电平送给混频器，混频器根据该输入信号和本地压控振荡器的输出时钟信号一起进行“超外差扫频”变换，将输入信号的频率范围从20KHz-7.2GHz转换为基于一定频点几十MHz、能够被模数转换器采样的带通信号，该信号的带宽是分辨率带宽的几倍。本地压控振荡器的输出时钟信号的频率受数字部分的软件控制频率逐渐变化，即针对无人飞行器常用的控制频段进行扫频。混频之后的信号再经过放大器和滤波器处理之后送给模数转换器进行离散化转换为数字信号，再经过混频器数字下变频转变为基带信号。该基带信号经过中频滤波器和傅里叶变换处理，再经过检波器和频谱功率分析之后送预警器3处理。其中，频谱功率分析器2采用中心频率固定的带宽滤波器，首先将无人飞行器可能的控制频段中心频率设定于频谱功率分析器2中，然后通过“频率搬移”的方式改变输入信号的频率以使频率被改变之后的信号依此能够被中心频率固定的带通滤波器过滤，由于频率变换的关系式是确定的，从而也就获得输入信号随频率变换的功率谱。

在一个实施例中，所述频谱功率分析器2包括将接收的模拟信号转换为数字信号的模数转换器14、数字信号和振荡器的输出时钟信号混频且转换为基带信号的混频器15和将所述基带信号转换成随频率变换的功率谱的功率谱提取部件16。

当所述定位器4计算得到两个或两个以上的所述接收天线1与无人飞行器之间的距离时，所述定位器4确定所述无人飞行器的位置处于相交区域，所述相交区域通过分别以各个接收天线1的坐标位置为圆心，相应的所述距离为半径的圆形区域相交形成。如图3所示，当所述定位器4计算得到3个所述接收天线1与无人飞行器之间的距离时，所述定位器4确定所述无人飞行器的位置处于相交区域。

在一个实施例中，所述无人飞行器预警定位装置包括发射天线8，所述发射天线8可发送不同频段的干扰信号。

在进一步的实施例中，所述无人飞行器预警定位装置包括干扰器9和发射天线8，所述干扰器9包括设定基带信号频率的基带信号发生器10、将基带信号调制为噪声信号的干扰调制器11、增加噪声功率的工作放大器12和将不同的噪声频带合并的合路器13。

所述发射天线8接收并定向发射所述干扰器9发送的不同频段的干扰信号。

根据一个实施例，所述干扰器9采用跳频数字通信的无人飞行器上行/下行840.5-845MHz频段。

根据一个实施例，所述干扰器9采用在无人飞行器工作的4.5M频带宽度内持续发送大于46DBM噪声的随机数字信号进行阻塞式干扰。

根据一个实施例，干扰器9释放与无人飞行器使用的信道频率相同的频率且与信道频谱宽度相同的带宽的干扰信号。

根据一个实施例，所述干扰器9释放大于39DBM的干扰功率。

如图2所示的根据本实用新型一个实施例的无人飞行器预警方法的流程示意图，无人飞行器预警方法首先进行扫描无人飞行器上行和下行的所有可能的工作频段，将获得的信号进行处理，如果处理得到的频域数据和预存在存储部件中的频域数据不处于预定范围内，则返回扫描步骤，如果处理得到的频域数据和预存在存储部件中的频域数据处于预定范围内，则判断获得异常的信号频带信息，在该异常频段内发出警告信息，如果预定时间段内，异常信号源消失，则返回扫描步骤，如果预定时间段内，异常信号源未消失，则进入干扰压制部分，首先生成干扰频段基带信号，调制干扰噪声信号，进行功率放大，释放干扰信号，当得到有效压制后，停止释放干扰信号。

更进一步地，所述发射天线8发射干扰信号直到所述预警器3判定不存在无人飞行器抵近飞行为止。

尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。

Claims (10)

1.一种无人飞行器预警定位装置，其包括多个全向接收天线(1)、频谱功率分析器(2)、预警器(3)和定位器(4)，其中，

所述多个全向接收天线(1)用于实时扫描区域内电磁环境信号并发送到所述频谱功率分析器(2)；

所述频谱功率分析器(2)包括使所述多个全向接收天线(1)发送的信号保持时钟同步的同步器(5)，所述频谱功率分析器(2)处理并转换所述信号为功率谱并发送到所述预警器(3)；

连接所述频谱功率分析器(2)的所述预警器(3)包括存储部件(6)和预警部件(7)，所述预警部件(7)将所述功率谱和存储在所述存储部件(6)中的无人飞行器频段的电磁环境数据对比，当一个或多个中心频点出现超功率门限变化时，所述预警器(3)判定存在无人飞行器抵近飞行并发出告警；

当所述预警器(3)判定存在无人飞行器抵近飞行时，所述定位器(4)提取各个所述全向接收天线(1)在无人飞行器频段上的功率值，通过接收信号强度指示测距分别计算所述全向接收天线(1)与无人飞行器之间的距离。

2.根据权利要求1所述的无人飞行器预警定位装置，其特征在于：预警器(3)包括扬声器，当预警器发出警报时，扬声器发出警报信息。

3.根据权利要求1所述的无人飞行器预警定位装置，其特征在于：当所述定位器(4)计算得到两个或两个以上的所述接收天线(1)与无人飞行器之间的距离时，所述定位器(4)确定所述无人飞行器的位置处于相交区域，所述相交区域通过分别以各个接收天线(1)的坐标位置为圆心，相应的所述距离为半径的圆形区域相交形成。

4.根据权利要求1所述的无人飞行器预警定位装置，其特征在于：所述无人飞行器预警定位装置包括发射天线(8)，所述发射天线(8)可发送不同频段的干扰信号。

5.根据权利要求4所述的无人飞行器预警定位装置，其特征在于：所述无人飞行器预警定位装置包括干扰器(9)和发射天线(8)，所述干扰器(9)包括设定基带信号频率的基带信号发生器(10)、将基带信号调制为噪声信号的干扰调制器(11)、增加噪声功率的工作放大器(12)和将不同的噪声频带合并的合路器(13)；

所述发射天线(8)接收并定向发射所述干扰器(9)发送的不同频段的干扰信号。

6.根据权利要求5所述的无人飞行器预警定位装置，其特征在于：所述干扰器(9)采用跳频数字通信的无人飞行器上行/下行840.5-845MHz频段。

7.根据权利要求1所述的无人飞行器预警定位装置，其特征在于：所述多个全向接收天线(1)为固定或可移动的全向天线。

8.根据权利要求1所述的无人飞行器预警定位装置，其特征在于：所述频谱功率分析器(2)包括将接收的模拟信号转换为数字信号的模数转换器(14)、数字信号和振荡器的输出时钟信号混频且转换为基带信号的混频器(15)和将所述基带信号转换成随频率变换的功率谱的功率谱提取部件(16)。

9.根据权利要求5所述的无人飞行器预警定位装置，其特征在于：所述干扰器(9)采用在无人飞行器工作的4.5M频带宽度内持续发送大于46DBM噪声的随机数字信号进行阻塞式干扰。

10.根据权利要求1所述的无人飞行器预警定位装置，其特征在于：所述频谱功率分析器(2)包括前置放大器和滤波器。