一種低空防禦設備的製作方法

2023-05-26 11:55:10

本發明涉及低空防禦領域，特別是一種低空防禦設備。

背景技術：

隨著無人機的製造成本不斷下降、性能不斷提升，無人機從軍用和高端商用逐漸走向大眾市場。無人機作為一種飛行載體，不同的人可以拿它做不同的事。既不能無限制地使用，也不能因為它有協助犯罪的潛力就完全禁止。無人機雖然有利於各種戶外作業的需求，但從反恐和犯罪的角度講，無人機的確可以變成極具危害性的航空武器，讓人防不勝防，它們能夠攜帶照相機、武器、有毒化學物質和爆炸物等，並可能被大量用於恐怖襲擊、間諜行為和走私活動，若管控不好將成為懸在人們頭上的定時炸彈。

無人機漫天亂飛、偷拍等行為，已經給人類的安全防禦帶來了巨大的挑戰，尤其是在機場、監獄、體育館、大型集會場所、保密單位等空域。無人機的防範已經成為需要迫切解決的問題。

很多國家都在無人機防禦問題上採取了積極主動的反無人機措施,，英國的AUDS無人機防禦系統，美國的雷射炮，法國的無人機攔截者等等，都是空中黑飛無人機的殺手。但這些無人機反制措施多採用硬防禦措施，直接摧毀或擊落黑飛無人機。無人機應防禦措施破壞性較大，易對周邊環境造成破壞，產生連帶損害。

因此，亟需一種有效應對黑飛無人機威脅，以通信幹擾為核心的無人機軟防禦方案，來滿足民用低空空域防禦的需求。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術中所存在的上述不足，提供一種以光電探測、智能追蹤、通信幹擾為核心，機動性強的低空空域無人機軟防禦設備，來滿足民用低空空域防禦的需求。本發明提供的低空防禦設備，主要適用於反無人機，也適用於其他低空、慢速運動目標的防禦方案。

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：

一種智能低空防禦設備，包括監控攝像機、雲臺、射頻幹擾設備和數據處理單元；

所述監控攝像機、雲臺和和射頻幹擾設備分別與所述數據處理單元連接；

所述監控攝像機和所述射頻幹擾設備固定設置於所述雲臺上，所述雲臺帶動所述監控攝像機和所述射頻幹擾設備轉動；

所述數據處理單元接收所述監控攝像機傳回的監控圖像，識別出所述監控圖像中的目標無人機，向所述監控攝像機和所述雲臺發送跟蹤指令，向所述射頻幹擾設備發送幹擾指令。

進一步地，所述監控攝像機採用長焦電動變焦鏡頭，具有自動聚焦功能。

進一步地，所述監控攝像機根據無人機距離所述監控攝像機的遠近距離調整焦距。

優選地，所述監控攝像機搭配35倍以上高清電動變焦鏡頭，白天監控距離可達1000m。

進一步地，所述監控攝像機配置有雷射燈，可在夜晚清晰監控無人機，雷射照射距離可達1000m。

進一步地，所述雲臺採用變速網絡雲臺，水平轉動角度為0°～360°，俯仰轉動角度-30°～60°，範圍可調，通過預置目標無人機航向軌跡對應的雲臺軌跡，智能追蹤目標無人機。

進一步地，所述雲臺水平轉動速度範圍為0.1°～30°/s，垂直轉動速度範圍為0.1°～10°/s。

優選地，所述雲臺預置軌跡點個數為300個。

進一步地，所述幹擾指令包括幹擾頻率和幹擾功率。

進一步地，所述射頻幹擾設備包括幹擾源和定向天線。所述幹擾源的頻率選擇以無人機通信鏈路、控制鏈路、GPS信號的工作頻率為依據。對於多組工作頻率，採用預支對應的多組幹擾源。對於所述多組幹擾源選用與其適配的多組定向天線實現幹擾信號的定向施放。

進一步地，所述雲臺帶動所述監控攝像機、雷射燈和定向天線進行旋轉。

進一步地，所述射頻幹擾設備包括第一幹擾源及與其連接的第一定向天線，第二幹擾源及與其連接的第二定向天線。

進一步地，所述第一幹擾源為2.4GHz幹擾源，所述第一定向天線為定向八木發射天線。所述第一幹擾源及所述第一定向天線組成的第一幹擾單元主要幹擾黑飛無人機的通信鏈路和控制鏈路。

進一步地，所述第二幹擾源為1.5GHz幹擾源，所述第二定向天線為GPS定向螺旋發射天線。所述第二幹擾源及所述第二定向天線組成的第二幹擾單元主要幹擾黑飛無人機的GPS信號。

進一步地，所述幹擾源採用全固態微波功率器件，輸出功率可到100W，PLL鎖相環技術有利於提高頻率穩定度，掃頻模式結合自動頻率調節系統，可實現全方位檢測和控制所述射頻幹擾設備工作狀態。

進一步地，所述射頻幹擾設備採用強迫風冷，幹擾距離達1000m，定向天線使得幹擾信號僅針對黑飛無人機，而不產生附帶影響。

進一步地，所述智能低空防禦設備還配置有充氣開關和電源轉換模塊。當所述監控攝像機、雲臺和射頻幹擾設備出現異常時，所述充氣開關切斷電源保護設備。所述電源轉換模塊實現所述智能低空防禦設備與市電交流220V進行連接，使用便捷。

進一步地，所述智能低空防禦設備還包括交換機，所述監控攝像機、雲臺和射頻幹擾設備分別與所述交換機連接，所述交換機與所述數據處理單元連接。所述交換機的引入，將弱電信號集中在一條線路上傳輸，減少了外部裸露電線的數量，避免了強電產生電磁波幹擾信號線。

作為一種具體的實施方式，所述交換機通過RJ45接口直接與所述數據處理單元連接。該方式連接方便快捷，圖像傳輸質量好，錄製的監控視頻保存在數據處理單元電腦硬碟中，通過數據處理單元軟體操作界面對所述監控攝像、雲臺和射頻幹擾設備進行操作和控制。

作為一種具體的實施方案，所述交換機連接外網，所述數據處理單元通過外網接入。該方式實現了與外網連同，使用者經過身份驗證登錄設備控制系統，可實現遠程監控。

使用者可根據使用實際情況擇優選擇設備信號線路連接方式。

進一步地，所述智能低空防禦設備還包括防水外殼，所述監控攝像機、雲臺和射頻幹擾設備位於所述防水外殼上部，所述電源轉換模塊和交換機位於所述防水外殼內部。

作為另一種具體的實施方式，所述監控攝像機、雲臺和所述定向天線位於所述防水外殼上部；所述電源轉換模塊、交換機和所述幹擾源位於所述防水外殼內部。

所述防水外殼可抵抗噴水入侵，防止灰塵進入，確保設備在戶外24小時不間斷工作。

優選地，所述智能低空防禦設備附近還安裝有避雷針，增加了設備的安全性。

進一步地，所述數據處理單元實施顯示監控畫面，檢測設備運行的電流電壓。

優選地，所述數據處理單元安裝有反無人機軟體，所述反無人機軟體具備圖像識別與目標跟蹤功能。

進一步地，所述數據處理單元包括圖像識別模塊。所述圖像識別模塊完成圖像預處理及無人機目標檢測。

進一步地，所述圖像預處理包括圖像預處理時間域圖像預處理算法、變換域圖像預處理算法或空間域圖像預處理算法。

圖像預處理的主要目的是抑制背景，提高圖像信噪比和相對增強目標信號。時間域圖像預處理算法針對前後幀沒有相對運動的圖像序列，根據背景幀間具有短時平穩性的特性進行背景壓制。常用的時間域圖像預處理算法包括有限衝擊響應濾波器(FIR)和無限衝擊響應濾波器(IIR)。

變換域圖像預處理算法包括頻率高通濾波法和小波分析預處理算法。頻率高通濾波法利用目標和背景分別對應於頻率域的高頻分量和低頻分量，原始信號通過正變化到頻率域，濾出低頻分量，再通過逆變換得到濾波後的圖像信息。小波分析因其具有良好的時頻局部化特性，在背景抑制上應用甚廣。利用小波變換對原始圖像進行分解，獲取圖像的低頻和高頻部分，對小波分解得到的低頻圖像和高頻圖像進行背景估計，最後重構得到處理結果圖像。

空間域圖像預處理算法根據背景在鄰域內的相關性進行預測，根據預測背景和實際背景之間的誤差自適應調整濾波器自身參數，然後通過比較預測背景和原始圖像來實現背景壓制。常見的空間域圖像預處理算法包括中值濾波算法。

進一步地，圖像預處理完成後，通過特徵值比對檢測監控圖像中的無人機圖像。

進一步地，所述數據處理單元包括目標跟蹤模塊。所述目標跟蹤模塊根據圖像識別模塊確定的無人機飛行軌跡確定跟蹤軌跡。

進一步地，當目標無人機從監控圖像中丟失時，依據搜索難度遞增從三個層面遞進進行，依次為目標域搜索、局部搜索和全局搜索。

具體地，包括S1，目標域搜索，設當前處理的圖像為第k幀，在第k+1幀跟蹤丟失，被追蹤目標的中心位置在序列圖像中依次表示為y0,y1...yk,yk+1...，根據目標運動的連續性，丟失後的目標應在yk附近，故yk+1的估計公式為：

yk+1-yk＝yk-yk-1 (1)

當前處理的第k幀圖像中目標無人機位於區域z，在第k+1幀圖像中選取所述區域z作為候選區域w，與目標模板匹配，若匹配相似度達到第一閾值，則判定為找到目標無人機，若匹配相似度小於閾值，則執行S2；

優選的，所述區域z以內接橢圓形的方式包括目標無人機，橢圓長軸方向與無人機在靜態圖像投影的長軸方向一致。

優選的，第一閾值設置為0.8。

當目標無人機由於部分遮擋或圖像採集環境因素影響出現跟蹤丟失，匹配相似度低於第一閾值時，採用S2，局部搜索。

S2，局部搜索，在第k+1幀圖像中，以所述區域z為中心，在其周圍隨機選取多個候選區域w，所述候選區域w與所述區域z中內接橢圓大小、方向相同，將多個所述候選區域w與目標模板匹配，選取相似度最高且超過第二閾值的候選區域w進行迭代搜索，直到相似度達到第一閾值，則判定為找到目標無人機，若均小於第二閾值，則輸入下一幀圖像進行局部搜索，若連續n幀圖像匹配相似度小於第二閾值，則執行步驟S3；所述n幀根據圖像採集設備採集頻率決定。

S3，全局搜索，以所述區域z為比對模板對第k+1幀圖像進行遍歷搜索，保留所有相似度大於第三閾值的候選區域w，選擇相似度最高且大於第三閾值的候選區域w作為預測的無人機位置。

與現有技術相比，本發明的有益效果：

本發明提供的智能低空防禦設備以光電探測、目標跟蹤和射頻幹擾為核心，整個設備採用模塊化設計，探測部分和幹擾部分可單獨部署，單獨工作。該設備安裝方便，能夠快速布置在安防空域，大範圍內進行陣列式布防，快速有效地對無人機進行跟蹤和打擊；採用定向天線，減少或者避免產生附帶幹擾；採用防水外殼，可抵擋水和灰塵入侵，確保設備在惡劣環境下使用。

附圖說明：

圖1為本發明實施例1中智能低空防禦設備整體結構圖；

圖2為本發明實施例1中智能低空防禦設備監控攝像機示意圖；

圖3為本發明實施例1中智能低空防禦設備射頻幹擾設備示意圖；

圖4為本發明實施例2中智能低空防禦設備整體結構圖；

圖中標記：1-監控攝像機，2-雲臺，31-第一幹擾源，32-第二定向天線，33-第二幹擾源，32-第二定向天線，4-數據處理單元，5-交換機，6-防水外殼。

具體實施方式

下面結合試驗例及具體實施方式對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的範圍僅限於以下的實施例，凡基於本發明內容所實現的技術均屬於本發明的範圍。

實施例1

一種智能低空防禦設備，如圖1所示，包括監控攝像機1、雲臺2、射頻幹擾設備(包括31、32、33、34)和數據處理單元4；

所述監控攝像機1、雲臺2和和射頻幹擾設備分別與所述數據處理單元4連接；

所述監控攝像機1、雲臺2和和射頻幹擾設備分別與所述數據處理單元4連接；

所述監控攝像機1和所述射頻幹擾設備固定設置於所述雲臺上，所述雲臺2帶動所述監控攝像機1和所述射頻幹擾設備轉動；

所述數據處理單元4接收所述監控攝像機1傳回的監控圖像，識別出所述監控圖像中的目標無人機，向所述監控攝像機1和所述雲臺2發送跟蹤指令，向所述射頻幹擾設備發送幹擾指令

進一步地，如圖2所示，所述監控攝像機1採用長焦電動變焦鏡頭，具有自動聚焦功能。

優選地，所述監控攝像機1搭配35倍以上高清電動變焦鏡頭，白天監控距離可達1000m。

進一步地，所述監控攝像機1配置有雷射燈，可在夜晚清晰監控無人機，雷射照射距離可達1000m。

進一步地，所述雲臺2採用變速網絡雲臺，水平轉動角度為0°～360°，俯仰轉動角度-30°～60°，範圍可調，通過預置目標無人機航向軌跡對應的雲臺軌跡，智能追蹤目標無人機。

進一步地，所述雲臺2水平轉動速度範圍為0.1°～30°/s，垂直轉動速度範圍為0.1°～10°/s。

優選地，所述雲臺2預置軌跡點個數為300個。

進一步地，所述雲臺2上搭載有監控攝像機1和射頻幹擾設備。所述雲臺轉動帶動所述監控攝像機1和射頻幹擾設備轉動，對準目標無人機。

進一步地，如圖3所示，所述射頻幹擾設備包括幹擾源和定向天線。所述幹擾源的頻率選擇以無人機通信鏈路、控制鏈路、GPS信號的工作頻率為依據。對於多組工作頻率，採用預支對應的多組幹擾源。對於所述多組幹擾源選用與其適配的多組定向天線實現幹擾信號的定向施放。

進一步地，所述雲臺2帶動所述監控攝像機1、雷射燈和射頻幹擾設備進行旋轉。

進一步地，所述射頻幹擾設備包括第一幹擾源31及與其連接的第一定向天線32，第二幹擾源33及與其連接的第二定向天線34。

進一步地，所述第一幹擾源31為2.4GHz幹擾源，所述第一定向天線32為定向八木發射天線。所述第一幹擾源31及所述第一定向天線32組成的第一幹擾單元主要幹擾黑飛無人機的通信鏈路和控制鏈路。

進一步地，所述第二幹擾源33為1.5GHz幹擾源，所述第二定向天線34為GPS定向螺旋發射天線。所述第二幹擾源33及所述第二定向天線34組成的第二幹擾單元主要幹擾黑飛無人機的GPS信號。

進一步地，所述幹擾源採用全固態微波功率器件，輸出功率可到100W，PLL鎖相環技術有利於提高頻率穩定度，掃頻模式結合自動頻率調節系統，可實現全方位檢測和控制所述射頻幹擾設備工作狀態。

進一步地，所述射頻幹擾設備採用強迫風冷，幹擾距離達1000m，定向天線使得幹擾信號僅針對黑飛無人機，而不產生附帶影響。

進一步地，所述智能低空防禦設備還配置有充氣開關和電源轉換模塊。當所述監控攝像機1、雲臺2和射頻幹擾設備出現異常時，所述充氣開關切斷電源保護設備。所述電源轉換模塊實現所述智能低空防禦設備與市電交流220V進行連接，使用便捷。

進一步地，所述智能低空防禦設備還包括交換機5，所述監控攝像機1、雲臺2和射頻幹擾設備分別與所述交換機5連接，所述交換機5與所述數據處理單元4連接。所述交換機5的引入，將弱電信號集中在一條線路上傳輸，減少了外部裸露電線的數量，避免了強電產生電磁波幹擾信號線。

進一步地，所述交換機5通過RJ45接口直接與所述數據處理單元4連接。該方式連接方便快捷，圖像傳輸質量好，錄製的監控視頻保存在數據處理單元電腦硬碟中，通過數據處理單元軟體操作界面對所述監控攝像、雲臺和射頻幹擾設備進行操作和控制。

進一步地，所述智能低空防禦設備還包括防水外殼6，所述監控攝像機1、雲臺2和射頻幹擾設備位於所述防水外殼上部，所述電源轉換模塊和交換機5位於所述防水外殼內部。

作為另一種具體的實施方式，所述監控攝像機1、雲臺2和所述定向天線位於所述防水外殼6上部；所述電源轉換模塊、交換機5和所述幹擾源位於所述防水外殼內部。

所述防水外殼可抵抗噴水入侵，防止灰塵進入，確保設備在戶外24小時不間斷工作。

優選地，所述智能低空防禦設備附近還安裝有避雷針，增加了設備的安全性。

進一步地，所述數據處理單元實時顯示監控畫面，檢測設備運行的電流電壓。

實施例2

實施例2提供一種智能低空防禦設備，如圖4所示，與實施例1的區別在於，所述交換機連接外網，所述數據處理單元通過外網接入。該方式實現了與外網連同，使用者經過身份驗證登錄設備控制系統，可實現遠程監控。

實施例3

實施例3提供一種智能低空防禦設備，其與實施例1、2的區別在於，所述數據處理單元還包括圖像識別與跟蹤模塊，根據監控圖像中的無人機識別信息確定無人機飛行軌跡，根據所述無人機飛行軌跡確定所述智能低空防禦設備跟蹤軌跡，向所述監控攝像機1、雲臺2和射頻幹擾設備傳輸參數控制信息。