一種無人飛行器預(yù)警定位裝置及其預(yù)警定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無人飛行器預(yù)警領(lǐng)域，特別是涉及一種無人飛行器預(yù)警定位裝置及預(yù) 警定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前無人飛行器已經(jīng)開始廣泛的介入廣大群眾的日常生活。無人飛行器由于能夠 完成直上直下的起飛與降落，并且能夠在空中懸停，飛行更加靈活，所以相較于傳統(tǒng)的固定 翼式飛行器，有其自身特點，并得到了廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有法規(guī)對于通航領(lǐng)域的飛行管理還不是 很完善，但是對于飛行高度不高，往往處于視距范圍內(nèi)的無人飛行器，目前的監(jiān)管還是一個 空白。
[0003] 雖然，無人飛行器在航拍、物流、巡邏等方面，開始給予廣大消費者以全新的體驗， 并且擁有著廣泛的應(yīng)用前景，但同時，無人飛行器無監(jiān)管的飛行，也會帶來一些困擾。由于 飛行器本身質(zhì)量水平不一，控制飛行器的飛手的操縱水平差異也很大，所以，無人飛行器誤 入一些禁飛區(qū)的新聞屢見不鮮。比如，四軸飛行器闖入白宮的新聞、四軸飛行器飛越巴黎政 府區(qū)的新聞。甚至，也誘發(fā)了一些敏感人士擔(dān)心，可能會有不良人士操縱四軸飛行器來實施 偷拍。
[0004] 在重點安防區(qū)域，如果無人飛行器抵近飛行，則需要采取主動防御措施，防止無人 飛行器抵近拍攝，非法傳遞信息，甚至攜帶危險品進入重點安防區(qū)域。因此重點安防區(qū)域存 在偵測并抵御無人飛行器飛行的需求。
[0005] 根據(jù)無人機的特性，其有別于有人駕駛飛機，無人機的飛行過程一定受到地面站 無線控制。因此在無人機抵近重點安防區(qū)域之前，可以采用頻率偵測、跟蹤和定位的方式， 預(yù)先發(fā)現(xiàn)無人機控制者，采取人為干預(yù)手段阻止無人機控制者的控制無人機在安防區(qū)域或 禁飛區(qū)飛行。
[0006]目前，由工信部批注的無人機工作頻率和工作方式如下表所示，此外工信部未批 準(zhǔn)但無人機愛好者常用的無人機控制和圖傳頻段還包括：上行/下行433MHz跳頻方式，下 行5800MHz波道指配方式。因此本系統(tǒng)將重點針對以上提及的頻率范圍和工作方式實施頻 率偵測和頻率壓制。
[0007]
[0008] 專利CN202261322U公開了一種無線電信號壓制系統(tǒng)，其特征在于所述壓制系統(tǒng) 包括監(jiān)測接收機，該監(jiān)測接收機連接設(shè)置一終端控制計算機，該終端控制計算機連接設(shè)置 一壓制信號的信號激勵器，該信號激勵器通過壓制信號的放大分配器與射頻激勵器連接， 射頻激勵器經(jīng)由連接的功率放大器連接天饋系統(tǒng)。該無線電信號壓制系統(tǒng)能夠有效對各 頻段的無線電信號實施干擾壓制，其能夠產(chǎn)生有效壓制波形，實現(xiàn)了任意單音和多音信號 的壓制信號生成及發(fā)送，可作為無線電管理機構(gòu)在日常設(shè)備維護和特殊應(yīng)用場合的專用設(shè) 備。但其并不能針對無人飛行器進行信號偵測以及信號壓制。
[0009] 專利CN102508237公開了一種角跟蹤系統(tǒng)，其特征是包括控制中心、天線分系統(tǒng)、 饋線分系統(tǒng)、發(fā)射分系統(tǒng)、接收分系統(tǒng)、伺服分系統(tǒng)和通訊接口分系統(tǒng)，所述天線分系統(tǒng)包 括電線座，以及安裝在天線座上的定向天線、全向天線和定向喇叭，所述發(fā)射分系統(tǒng)，包括 上變頻器、頻控處理器、功放和選擇開關(guān)；由控制中心送來的基帶激勵信號送給發(fā)射分系 統(tǒng)，在發(fā)射分系統(tǒng)內(nèi)，基帶激勵信號經(jīng)上變頻器后送至功放；功放的輸出端連接選擇開關(guān) 的輸入端；所述選擇開關(guān)的輸出端分別連接定向天線、全向天線和定向喇機的發(fā)射信號輸 入端；所述定向天線通過饋線分系統(tǒng)連接該選擇開關(guān)的輸出端；頻控處理器接收來自控制 中心的控制信號，并依此輸出選擇開關(guān)、上變頻器頻率選擇和功放的控制信號，所述饋線分 系統(tǒng)，本分系統(tǒng)傳輸發(fā)射信號給定向天線，接收相應(yīng)頻率回波信號，在發(fā)射信號的同時接收 和Σ、方位差ΔΑ二路接收信號，再經(jīng)接收分系統(tǒng)送接收機；本分系統(tǒng)包括雙工器、加減器、 左饋源和右饋源；對于定向天線的發(fā)射信號，該發(fā)射信號依次經(jīng)雙工器、加減器和左饋源輸 出；接收和Σ信號依次經(jīng)左饋源、加減器和端口輸出至雙工器，接收方位差ΔΑ信號由左右 饋源經(jīng)加減器差輸出，所述接收分系統(tǒng)，包括選擇開關(guān)、LNA、下變頻器、頻控處理器和中頻 接收機；本選擇開關(guān)的一個輸出端依次連接LNA和下變頻器，下變頻器的輸出端連接中頻 接收機的輸入端；該選擇開關(guān)有三個輸入端，全向天線和定向喇機分別連接該選擇開關(guān)的 兩個輸入端；本選擇開關(guān)的另一個輸入端接收所述Σ信號和△A信號；本頻控處理器接收 來自控制中心的控制信號，并依此輸出選擇開關(guān)、下變頻器的控制信號，所述伺服分系統(tǒng)， 包括伺服控制器和驅(qū)動電機，所述伺服控制器的控制信號輸出給驅(qū)動電機，驅(qū)動電機驅(qū)動 電線座作轉(zhuǎn)動和俯仰動作，所述通訊接口分系統(tǒng)，連接在控制中心與發(fā)射分系統(tǒng)的頻控處 理器、接收分系統(tǒng)的頻控處理器以及伺服分系統(tǒng)的伺服控制器之間。該專利文獻有較高的 測角精度和良好的搜索、捕獲能力，但部件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本昂貴而無法得到廣泛的應(yīng)用 且無法對無人飛行器進行信號壓制。
[0010] 專利CN103822699A公開了一種無人直升機振動在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包 括：機載通信設(shè)備，主要作用是發(fā)射經(jīng)過分析處理的振動信號；地面通信控制設(shè)備，接收機 載通信設(shè)備發(fā)送來的實時振動信號，以圖形或聲音形式實現(xiàn)報警、提示及演示無人直升機 的空中飛行實時振動情況；傳感器，設(shè)在無人直升機的一處或多處機身上，感應(yīng)機身各處的 位移、速度和加速度；采集儀，將傳感器感應(yīng)到的各種信號轉(zhuǎn)換成電信號并傳遞給分析儀， 所述采集儀主要由抗混濾波、數(shù)模轉(zhuǎn)換和DSP處理器組成；所述抗混濾波和DSP處理器的截 止頻率為所述采集儀最大采樣頻率的1/2. 56倍，阻帶衰減：一 120dB/0ct，平坦度0. 05dB/ Oct;分析儀，對采集儀傳輸過來的電信號與預(yù)設(shè)的極限值進行比對判斷，如果傳輸過來的 電信號沒有超出預(yù)設(shè)的極限值，則不觸發(fā)其他動作；如果傳輸過來的電信號超出預(yù)設(shè)的極 限值，分析儀將分析結(jié)果通過機載通信設(shè)備發(fā)送至地面通信控制設(shè)備。該專利文獻公開的 這種在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠讓地面操控人員實時的掌握無人直升機的飛行狀態(tài)，但其需要機載 設(shè)備配合，無法實現(xiàn)預(yù)警功能，也無法對無人飛行器進行信號壓制。
[0011] 因此，當(dāng)前存在一種需求，設(shè)計并實現(xiàn)了一種無人機抵近飛行偵測和定位裝置，通 過偵測無人機工作頻段，提前預(yù)警無人機抵近飛行，并在通過無人機控制頻段定位無人機 操控者，能夠提前感應(yīng)到高速飛行的無人飛行器，并實施預(yù)警和提供有針對性的信號壓制， 以及結(jié)構(gòu)簡單、成本低適用范圍廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明公開了一種無人飛行器預(yù)警定位裝置及預(yù)警定位方法，其實現(xiàn)了一種無人 飛行器抵近飛行偵測和頻率壓制，通過偵測無人飛行器工作頻段，提前預(yù)警無人飛行器抵 近飛行，并在無人飛行器控制頻段和數(shù)據(jù)傳輸頻段釋放干擾，阻止無人飛行器抵近飛行至 受保護的安防區(qū)域。
[0013] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明公開的一種無人飛行器預(yù)警定位裝置包括多個接 收天線、頻譜功率分析模塊、預(yù)警模塊和定位模塊。
[0015] 所述多個接收天線用于實時掃描區(qū)域內(nèi)電磁環(huán)境信號并發(fā)送到所述頻譜功率分 析模塊。
[0016] 所述頻譜功率分析模塊包括使所述多個接收天線發(fā)送的信號保持時鐘同步的同 步模塊，所述頻譜功率分析模塊處理并轉(zhuǎn)換所述信號為功率譜并發(fā)送到所述預(yù)警模塊。
[0017] 所述預(yù)警模塊包括存儲單元和預(yù)警單元，所述預(yù)警單元將所述功率譜和存儲在所 述存儲單元中的無人飛行器頻段的電磁環(huán)境數(shù)據(jù)對比，當(dāng)一個或多個中心頻點出現(xiàn)超功率 門限變化時，所述預(yù)警模塊判定存在無人飛行器抵近飛行并發(fā)出告警。
[0018] 當(dāng)所述預(yù)警模塊判定存在無人飛行器抵近飛行時，所述定位模塊提取各個所述接 收天線在無人飛行器頻段上的功率值，通過接收信號強度指示測距（RSSI)分別計算所述 接收天線與無人飛行器之間的距離。
[0019] 優(yōu)選地，所述接收信號強度指示測距（RSSI)使用無線傳播模型進行測距。
[0020] 優(yōu)選地，當(dāng)所述區(qū)域為大致平面時，所述無線傳播模型為Lp= -32.44-201g d(Km)-201gf(MHz)，其中，Lp是自由空間傳播損耗，無人飛行器頻點發(fā)射功率值減去接收 天線接收的對應(yīng)頻點的功率值，單位為dBm;d是距離，單位是Km是無人飛行器工作頻 率，單位是MHz。
[0021] 當(dāng)無人飛行器抵近飛行時，由于無人飛行器通信的原理，會在區(qū)域內(nèi)無人飛行器 通信工作頻段內(nèi)帶來異常功率增