CN109362127A - 一种无线电磁信号扫描定位***及方法 - Google Patents

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王德勇
李耀
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Abstract

本发明涉及一种无线电磁信号扫描定位***及方法，该***包括无线电磁信号扫描设备、无人机及地面控制站，所述无线电磁信号扫描设备搭载于无人机上，且与无人机的数据通信模块进行双向通信；无线电磁信号扫描设备用于在无人机的飞行空域内进行无线电磁信号扫描，并将扫描到的信息通过无人机的数据通信模块传输到地面控制站，以及接收地面控制站的告警提示信号，控制目标持续发出电磁波，并根据目标发出的电磁波的信号强度确定目标的位置。本发明***不仅可以实现无线电磁信号的扫描，还可以实现目标定位，可以应用于目标追踪，另外，无线电磁信号扫描设备搭载于无人机上，实现了空间领域的信号扫描，覆盖范围更广。

Description

一种无线电磁信号扫描定位***及方法
技术领域
本发明涉及安防技术领域，特别涉及一种无线电磁信号扫描定位***及方法。
背景技术
在公共安全与技术侦查领域，使用了针对移动通信网络信号设计的无线电磁环境扫描设备。这类设备一般采用多个定制的手机模块堆叠，锁定在各个移动通信网络运营商的2G、3G、4G网络制式上，完成对指定网络信号的捕获和解析。然而，目前的无线电磁信号扫描设备只能扫描到区域范围内的无线电磁信号，但不能定位到某个无线电磁信号的具***置，因此无线电磁信号扫描的应用依然比较受限。
发明内容
本发明的目的在于改善目前的无线信号扫描设备不能定位到指定无线电磁信号的问题，提供一种可以同时实现扫描和定位的无线电磁信号扫描定位***。
为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：
一种无线电磁信号扫描定位***，包括无线电磁信号扫描设备、无人机及地面控制站，所述无线电磁信号扫描设备搭载于无人机上，且与无人机的数据通信模块进行双向通信；无线电磁信号扫描设备用于在无人机的飞行空域内进行无线电磁信号扫描，并将扫描到的信息通过无人机的数据通信模块传输到地面控制站，以及接收地面控制站的告警提示信号，控制目标持续发出电磁波，并根据目标发出的电磁波的信号强度确定目标的位置。
在更优化的方案中，上述***还包括数据库服务器，用于存储所述地面控制站上传的信息，以及提供查询、可视化显示服务，所述地面控制站上传的信息为无线电磁信号扫描设备扫描到的信息。
另一方面，本发明实施例还提供了一种无线电磁信号定位方法，包括以下步骤：
无线电磁信号扫描设备通过伪装公共蜂窝通信网络发射小区信号的方式，获取扫描区域内手机的IMSI/IMEI号码，并通过无人机的数据通信模块传输至地面控制站；
地面控制站判断接收到的IMSI/IMEI号码中是否有目标号码，若有，则通过无人机向无线电磁信号扫描设备发出告警提示信号；
无线电磁信号扫描设备在接收到告警提示信号后指令目标手机持续发出电磁波，并根据接收到的电磁波的信号强度确定目标手机的位置。
在优化的方案中，上述方法还包括步骤：将目标手机的位置信息通过无人机的数据通信模块反馈给地面控制站。
在优化的方案中，上述方法还包括步骤：在接收到的IMSI/IMEI号码中没有目标号码时，记录接收到的IMSI/IMEI号码，或者将接收到的IMSI/IMEI号码上传至数据库服务器进行存储。
与现有技术相比，本发明存在以下有益效果：
(1)无线电磁信号扫描设备与无人机配合使用，搭载于无人机，相比于单独设置于地面固定位置使用，由一维平面范围扩展到三维空间范围，扩大了扫描范围，且更有利于信号的接收。
(2)无线电磁信号扫描设备可与无人机通信，继而实现与地面站通信，可以对指定目标进行锁定与跟踪，准确定位出目标的位置，为目标追踪提供支持。
(3)电磁信号频段覆盖范围更广泛，且支持多通道信号并行传输。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的无线电磁信号扫描定位***的组成示意图。
图2为实施例中无线电磁信号扫描定位***的模块构成示意图。
图3为实施例中无线电磁信号扫描定位***的原理流程图。
图4为实施例2中所述无人机载荷挂载结构的示意图。
图5为实施例2中第一吊柱与挂钩挂接的示意图。
图中标记说明
第一吊柱1；挂钩3；连接件4；转接板5；载荷舱顶盖6；支撑部11；挂接部12。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本实施例中提供了一种无线电磁信号扫描定位***，包括无线电磁信号扫描设备、无人机及地面控制站，无线电磁信号扫描设备搭载于无人机上，且与无人机的数据通信模块进行双向通信；地面控制站与无人机进行双向通信，地面控制站控制无人机的飞行姿态及路径，无人机向地面控制站传输数据。
上述无线电磁信号扫描定位***中还包括数据库服务器，数据库服务器与地面控制站进行通信，用于存储地面控制站上传的信息，也可以为访问终端提供查询、可视化显示等服务，例如查询某时段或某空域内扫描到的无线电磁信号。
如图2所示，无人机包括数据通信模块、飞行控制单元、旋翼模块等，数据通信模块实现与地面控制站之间的通信，接收地面控制站发出的控制指令信号，飞行控制单元仅能收到数据通信模块传来的控制指令信号，各旋翼模块仅能接受飞行控制单元的命令信号。无人机可以选用多旋翼无人机，以保障飞行的稳定性。
无线电磁信号扫描设备包括三个定向板状天线，分别用于发射2G信号、3G信号、4G信号。无线电磁信号扫描设备包括8条并发通道，其中，两条通道配置为2G网络，即GSM和CDMA制式，两条通道配置为3G网络，即TDSCDMA和WCDMA制式，剩余四条通道配置为4G网络，即LTE-FDD和LTE-TDD制式。8条通道全部配置可以覆盖的频段包括：870～880MHZ、935～960MHZ、1805～1880MHZ、1880～1920MHZ、2010～2015MHZ、2110～2170MHZ、2300～2400MHZ、2500～2700MHZ。
仅针对于目前的应用，只设置了三个定向板状天线，容易理解的，也可以再多设置一个定向板状天线，用于发射5G信号。
无人机的数据通信模块还与无线电磁信号扫描设备进行双向通信，将无线电磁信号扫描设备采集到的原始数据或者经过分析处理后的数据传输至地面控制站，或者将地面控制站对无线电磁信号扫描设备的控制指令传输给无线电磁信号扫描设备。
地面控制站包括数据通信模块、地面控制模块、数据显示模块、地面操作模块、远端态势显示模块等，地面控制模块可单向向数据显示模块及远端态势显示模块传输数据，地面控制模块可与地面操作模块进行双向通信，地面控制站通过其数据通信模块与无人机的数据通信模块进行信息交互。
请参阅图3，上述***中，操作人员通过地面站控制无人机上的无线电磁信号扫描设备伪装公共蜂窝通信网络，发射小区信号，在手机用户无察觉条件下，引导覆盖范围内的所有手机快速登录到无线电磁信号扫描设备，无线电磁信号扫描设备即可获取手机的IMSI/IMEI号码，获取的信息通过无人机的数据通信模块传输至地面控制站，地面控制站将无线电磁信号扫描设备获取的IMSI/IMEI号码上传至数据库服务器进行结构化存储。如果操作人员通过地面控制站设置了目标号码(IMSI/IMEI)，地面控制站在接收到无线电磁信号扫描获取的IMSI/IMEI号码后，可以从扫描获取的IMSI/IMEI号码中找出是否有设定的目标号码，若有，则地面控制站立即向无线电磁信号扫描设备发出告警提示，无线电磁信号扫描设备接收告警提示信号后锁定目标手机，在手机无振铃、屏幕无显示前提下，指令目标手机持续发出无线电波，并通过测量电波强度，精确测定目标手机的位置，并反馈在地面控制站，地面控制站的操作人员则可以通知追踪人员赶往目标手机的位置实现对目标手机的使用者的追捕。根据信号强度实现定位的方法属于现有技术，故此处对具体分析过程不做细述。
上述***中，无线电磁信号扫描设备增加了电磁波信号强度探测及距离计算，可以精确定位出目标手机的位置，实现目标跟踪。无线电磁信号扫描设备搭载于无人机，依靠无人机的飞行空域范围广的特点，实现无线电磁信号的更广范围扫描及目标跟踪。本***可适用于城市、乡村、偏远地区的无线信号扫描与图谱监测，可以建立空时四维无线电磁环境态势综合数据平台，可为高层建筑物内的手机侦测提供精准有效的工作参数配置方案。通过长期的电磁环境图谱的测量与分析，在软件平台上可自动发现异常电磁环境变化，进而跟踪定位非法发射源、定位干扰信号、定位可疑电磁对抗行为等，为社会公共安全提供电磁环境态势分析的有力支撑。
无人机飞行稳定，才能保障无线电磁信号扫描的稳定可靠。为了提高无人机飞行的稳定性，本实施例中，无人机平台采用八旋翼无人机，且旋翼为对称结构，更有利于使机身结构保持稳定。该无人机具有对称电机轴距，且轴距达到2330mm，大轴距的同时，翼展更是达到了3150mm，该无人机结构大大提升了无人机的载重能力，使该无人机的最大起飞重量可以达到56kg。全身机体采用碳纤维材料，碳纤维材料质量较轻，因此该无人机的空机重量仅为15kg，作业载荷可以达到25kg。
该无人机采用高性能压缩12s锂电池，电池容量可以达到27000mAh，在大载重的同时还兼顾了长续航，该机的空载悬停时间可以达到75min已上，在负载25kg时仍能续航30min已上。同时，该无人机留有系留接口，支持飞行模式的同时还支持系留模式。
实施例2
为了实现无线电磁信号扫描设备快速稳定的搭载于无人机，本实施例提供了一种载荷挂载结构。请参阅图4-5，该载荷挂载结构包括转接板5和载荷舱顶盖6，载荷舱顶盖6上设置有四个吊柱1，转接板上设置有四个挂钩3，四个挂钩3分布于转接板5的四个角。如图5所示，本实施例中，挂钩3为带***腔的U型结构，每个挂钩3上设有两个通孔，挂钩3通过螺栓和螺母固定在转接板5上。转接板5上设置有四个连接件4，转接板5通过连接件4安装在无人机的机身下腹部。如图4所示，本实施例中，连接件4为匚型结构，每个连接件4上设置有通孔，该通孔与无人机的机身下腹部承力点上通孔匹配，连接件采用匚型结构不仅可以实现设置多个螺纹孔的目的，而且可以减轻连接件的重量。同样，转接板5上也有对应通孔，通过螺栓和螺母将转接板5、连接件4与机身连接固定，将载荷重量最终传递至机身受力点。本实施例中，每个连接件4上设置有四个通孔，四个连接件共十六个连接点，这样不仅可以保障转接板与机身连接牢固以便于承载较重的载荷，也可以保障机身的平稳，不影响无人机的正常飞行，另外，通过螺栓与机身连接的方式也使得连接更稳定可靠。
如图5所示，吊柱1为由支撑部11和挂接部12构成的L型结构，挂接部12***挂钩3的***腔内即实现挂接。吊柱1事先安装在载荷舱顶盖6上，再装配载荷舱，载荷舱内可装载载荷(载荷舱盖板6也可以直接与载荷螺接，即无需装配一个载荷舱来供载荷放入)，装配完整的载荷舱通过吊柱1推入已经固定在机身下腹部的转接板5上的挂钩3的***腔中，实现吊柱1与挂钩3挂接，即实现载荷搭载于无人机。需要卸载载荷时，只需将吊柱1的挂接部12从挂钩3的***腔内抽出即可，载荷的装卸操作都十分方便。
容易理解的，本载荷挂载结构中，对于连接件的个数、挂钩的个数、吊柱的个数、通孔(螺纹孔)的个数没有限制。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无线电磁信号扫描定位***，其特征在于，包括无线电磁信号扫描设备、无人机及地面控制站，所述无线电磁信号扫描设备搭载于无人机上，且与无人机的数据通信模块进行双向通信；无线电磁信号扫描设备用于在无人机的飞行空域内进行无线电磁信号扫描，并将扫描到的信息通过无人机的数据通信模块传输到地面控制站，以及接收地面控制站的告警提示信号，控制目标持续发出电磁波，并根据目标发出的电磁波的信号强度确定目标的位置。
2.根据权利要求1所述的无线电磁信号定位***，其特征在于，所述无线电磁信号扫描设备覆盖的电磁波信号频段包括：870～880MHZ、935～960MHZ、1805～1880MHZ、1880～1920MHZ、2010～2015MHZ、2110～2170MHZ、2300～2400MHZ、2500～2700MHZ。
3.根据权利要求1所述的无线电磁信号定位***，其特征在于，所述无线电磁信号扫描设备包括三个定向板状天线，分别用于发射2G信号、3G信号、4G信号。
4.根据权利要求1所述的无线电磁信号定位***，其特征在于，所述无线电磁信号扫描设备包括四个定向板状天线，分别用于发射2G信号、3G信号、4G信号、5G信号。
5.根据权利要求1所述的无线电磁信号定位***，其特征在于，还包括数据库服务器，用于存储所述地面控制站上传的信息，以及提供查询、可视化显示服务，所述地面控制站上传的信息为无线电磁信号扫描设备扫描到的信息。
6.一种无线电磁信号扫描定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
无线电磁信号扫描设备通过伪装公共蜂窝通信网络发射小区信号的方式，获取扫描区域内手机的IMSI/IMEI号码，并通过无人机的数据通信模块传输至地面控制站；
地面控制站判断接收到的IMSI/IMEI号码中是否有目标号码，若有，则通过无人机向无线电磁信号扫描设备发出告警提示信号；
无线电磁信号扫描设备在接收到告警提示信号后指令目标手机持续发出电磁波，并根据接收到的电磁波的信号强度确定目标手机的位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括步骤：将目标手机的位置信息通过无人机的数据通信模块反馈给地面控制站。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括步骤：在接收到的IMSI/IMEI号码中没有目标号码时，记录接收到的IMSI/IMEI号码，或者将接收到的IMSI/IMEI号码上传至数据库服务器进行存储。
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