一種全天候自動探測和幹擾無人機的反制系統的製作方法

2023-05-18 18:33:26 1

本發明涉及無人機的反制系統技術領域，具體為一種全天候自動探測和幹擾無人機的反制系統。

背景技術：

當前手持式無人機反制槍主要依靠操作人員目測來發現飛臨無人機，然後由操作人員瞄準方式來發現、幹擾和反制無人機。首先受制於人眼視覺的發現條件局限(夜晚、雨、雪、陰、霧霾)和發現範圍小的影響，很難發現百米開外的民用無人機；而且操作人員無法全天候值守工作。當前無人機的非法應用已經越來越引起人們的警惕：在民航機場的非法飛行、在涉密場所上空的非法停留拍照攝像等。因此如何監測和反制非法無人機，亦成為一個熱點領域。如有人訓練老鷹來捕捉無人機；有人發射帶捕捉網的子彈；有人依靠更快速更大的無人機攜帶網兜來捕獲無人機；還有人依靠電磁幹擾來反制無人機。現有技術對無人機的發現依靠人眼目測，而一般無人機大小約為30cm3，即便在光線充足情況下，人眼也很難發現200m開外的無人機。而且在夜晚或其它目視條件受限的場合，發現距離還將減小。而發現距離越短，留給後續處置時間越短，從而影響對無人機的反制效果。另外，利用人眼觀測的手段，以及必須由人工參與的幹擾方式，也很難保證能夠全天候24小時對重點區域的值守和防護。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種全天候自動探測和幹擾無人機的反制系統，具有無需人工幹涉和參與，不受制於夜晚、雨、雪、陰、霧霾等自然環境條件的限制，實現全天候值守的優點，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種全天候自動探測和幹擾無人機的反制系統，包括主控計算機、用於安裝各種部件的雲臺、信號處理模塊、控制模塊、寬帶功率放大器、天線陣列和幹擾發送天線，雲臺包括底座、上託盤、叉臂和天線安置軸，底座的內部安裝有豎直步進電機、射頻滑環、步進電機驅動器、步進電機控制器、網絡交換機和串口伺服器，底座的內側面安裝有開關電源，豎直步進電機的頂部固定連接叉臂，叉臂內側通過螺絲安裝上託盤，所述上託盤固定安裝有信號處理模塊、控制模塊、寬帶功率放大器和射頻開關，叉臂的頂端安裝天線安置軸，叉臂的側面安裝水平步進電機，水平步進電機連接在天線安置軸上，所述天線安置軸上安裝幹擾發送天線和天線陣列。

優選的，主控計算機為整個系統的「大腦」，通過網線和網絡交換機連接，負責整個系統的調度和指揮：步進電機的轉動；各路開關、繼電器的切換；人機互動環境的維繫。

優選的，控制模塊接收主控計算機指令，經過內部單片機的解釋執行，通過高低電平的變化分別控制射頻開關的切換、寬帶功率放大器(13)的開啟與關閉。

優選的，步進電機驅動器和步進電機控制器的數量均為兩個，步進電機控制器和配套的驅動器協同工作，一路控制控制水平步進電機的轉動與停止；一路控制垂直水平步進電機俯仰角度的變化。

優選的，串口伺服器對上連接網絡交換機，將一路網口擴展為三路rs232串口，步進電機控制器佔據兩路rs232串口，控制模塊佔據第三路串口。主控計算機發送的指令首先由tcp協議轉換為rs232協議，再根據目的地址的不同分別送至步進電機控制器或控制模塊。

優選的，網絡交換機在無人機反制裝置雲臺內部構成一個區域網。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明的全天候自動探測和幹擾無人機的反制系統，雲臺在主控計算機的控制下在水平面上周期旋轉，接收天線不斷採集周圍空域內的電磁波信號，通過對無人機同遙控器進行通信時所發送的電磁波信號進行特徵提取和分析，藉此來判斷周圍空域內是否有無人機存在；並根據信號大小估算無人機的大致方位和距離。由於本發明利用電磁波信號進行無人機的探測，理論上的探測距離可達上千米，要遠大於人眼能夠發現無人機的距離。並且信號監測主要依靠信號探測和分析模塊完成，無需人工幹涉和參與；也不再受制於夜晚、雨、雪、陰、霧霾等自然環境條件的限制，因而能夠實現全天候值守。

附圖說明

圖1為本發明的裝置整體正面示意圖；

圖2為本發明的裝置整體側面示意圖；

圖3為本發明的反制系統原理示意圖；

圖4為本發明的反制系統自動工作流程示意圖。

圖中：1主控計算機、2底座、3叉臂、4上託盤、5天線安置軸、6步進電機控制器、7串口伺服器、8網絡交換機、9步進電機驅動器、10開關電源、11豎直步進電機、12射頻滑環、13寬帶功率放大器、14上託盤、15信號處理模塊、16控制模塊、17水平步進電機、18天線陣列、19幹擾發送天線。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

參閱圖1-4，本發明提供一種技術方案：一種全天候自動探測和幹擾無人機的反制系統，包括主控計算機1、用於安裝各種部件的雲臺、信號處理模塊15、控制模塊16、寬帶功率放大器13、天線陣列18和幹擾發送天線19，主控計算機1為整個系統的「大腦」，通過網線和網絡交換機8連接，負責整個系統的調度和指揮：步進電機的轉動；各路開關、繼電器的切換；人機互動環境的維繫，雲臺包括底座2、上託盤4、叉臂3和天線安置軸5，底座2的內部安裝有豎直步進電機11、射頻滑環12、步進電機驅動器9、步進電機控制器6、網絡交換機8和串口伺服器7，步進電機驅動器9和步進電機控制器6的數量均為兩個，步進電機控制器和配套的驅動器協同工作，一路控制控制水平步進電機17的轉動與停止；一路控制垂直水平步進電機11俯仰角度的變化，串口伺服器7對上連接網絡交換機8，將一路網口擴展為三路rs232串口，步進電機控制器6佔據兩路rs232串口，控制模塊16佔據第三路串口。主控計算機1發送的指令首先由tcp協議轉換為rs232協議，再根據目的地址的不同分別送至步進電機控制器6或控制模塊16，網絡交換機8在無人機反制裝置雲臺內部構成一個區域網，負責主控計算機1和各個通信節點的信息交互與傳遞，底座2的內側面安裝有開關電源10，豎直步進電機11的頂部固定連接叉臂3，叉臂3內側通過螺絲安裝上託盤4，上託盤4固定安裝有信號處理模塊15、控制模塊16、寬帶功率放大器13和射頻開關14，控制模塊16接收主控計算機指令，經過內部單片機的解釋執行，通過高低電平的變化分別控制射頻開關14的切換、寬帶功率放大器13的開啟與關閉，寬帶功率放大器13用於產生大功率幹擾信號，並通過定向天線輻射出去，用以切斷無人機同遙控器的通信鏈路，達到驅離或迫降的目的，天線是一方面用於系統接收外部電磁波信號，另一方面用於將功放產生的幹擾信號定向輻射出去。且系統包括四種頻段的定向天線，其工作頻段完全覆蓋了當前無人機所能夠使用的工作頻段，真正實現了頻段全覆蓋，叉臂3的頂端安裝天線安置軸5，叉臂3的側面安裝水平步進電機17，天線安置軸5上安裝幹擾發送天線19和天線陣列18，在豎直步進電機11作用下，叉臂3能夠在水平上旋轉；叉臂3一側裝有水平步進電機17，使天線安置軸5及裝在軸上的幹擾發送天線19和天線陣列18在水平步進電機17作用下，俯仰角在0～90範圍內自由調節。兩個電機共同作用，使得天線能夠對準空域內的任何一點，幹擾發送天線19和天線陣列18通過輸送線連接信號處理模塊15和寬帶功率放大器13，信號處理模塊15分別和射頻滑環12和寬帶功率放大器13電連接，射頻滑環12通過千兆網線連接底座2內的網絡交換機8，開關電源10電連接信號處理模塊15和寬帶功率放大器13，射頻滑環12將信號處理模塊15的信號通過千兆網線送至雲臺底座2內的網絡交換機8；並將開關電源10提供的直流電源送至平臺上託盤4給信號處理模塊15、寬帶功率放大器13供電。

工作原理：信號處理模塊15一方面對天線所接收的高頻電磁波信號進行下變頻和ad變換，將處理後的中頻數位訊號送入主控計算機1進行分析與計算。另一方面，信號處理模塊15還可以受主控計算機1控制直接產生不同頻段的射頻幹擾信號，經過寬帶功率放大器13功率放大後去幹擾無人機。

工作流程：首先，雲臺在主控計算機1的控制下在水平面上周期旋轉，接收天線不斷採集周圍空域內的電磁波信號，送入信號處理模塊15，經過信號處理模塊15下變頻及ad採樣後變為數字中頻信號送到主控計算機1。主控計算機1對中頻信號進行特徵提取和分析，並同資料庫內的無人機特徵信號進行比對，以判斷接收信號中是否有無人機通信信號。如果發現無人機特徵信號，則步進電機停止轉動，使天線對準發現無人機信號的方位，並通過聲光信號給操作人員發出報警提示信號。若操作人員在位，則根據系統提供的頻段、距離等參考信息，可手動選擇對無人機進行驅離或是迫降操作；如果操作人員不在位情況下，還可將系統切換到自動幹擾狀態，系統自行根據所探測的結果信息，自動發送對應頻段的幹擾信號。發送幹擾信號一段時間後，重新恢復到信號監測的過程，繼續對周圍空域進行管控。

綜上所述：本發明的全天候自動探測和幹擾無人機的反制系統，利用無線電信號探測並自動定位及釋放幹擾的反制無人機的方法，通過對無人機通信信號的捕獲和分析，能夠遠距離探測飛臨無人機，並且能夠自動定位和幹擾無人機，不受夜晚、雨、雪、陰、霧霾等自然環境條件影響，利用無線電信號分析手段來探測無人機，所探測距離要遠高於人眼發現無人機的距離；且信號受自然環境影響較小，白天晚上均適用，因此可全天候值守。利用旋轉雲臺加定向天線技術，在保證滿足反制無人機的同時，反制裝置只有探測到無人機才發射幹擾信號，並且還採用定向天線發射，對周圍電磁環境影響小，雲臺的旋轉、俯仰角度，信號的分析與處理，功放和幹擾信號的施放均由軟體程序控制，可實現無人值守。反制裝置的探測及幹擾頻段覆蓋無人機通信的所有頻段，並且反制幹擾方式還可在自動和手動兩種方式中切換，兼顧了靈活性和可操作性。本系統主控計算機同雲臺通過乙太網連接，反制裝置結構緊湊，完全可以將雲臺放置於建築物屋頂，還可車載使用，主控計算機1放置於值班室，實現網絡化控制，便於實施要害區域的無人機管制，因此，本發明通過對無人機同遙控器進行通信時所發送的電磁波信號進行特徵提取和分析，藉此來判斷周圍空域內是否有無人機存在；並根據信號大小估算無人機的大致方位和距離。由於本發明利用電磁波信號進行無人機的探測，理論上的探測距離可達上千米，要遠大於人眼能夠發現無人機的距離。並且信號監測主要依靠信號探測和分析模塊完成，無需人工幹涉和參與；也不再受制於夜晚、雨、雪、陰、霧霾等自然環境條件的限制，因而能夠實現全天候值守。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。