CN115586487A - 一种低空无人机被动探测定位*** - Google Patents

一种低空无人机被动探测定位*** Download PDF

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CN115586487A CN202110762638.9A CN202110762638A CN115586487A CN 115586487 A CN115586487 A CN 115586487A CN 202110762638 A CN202110762638 A CN 202110762638A CN 115586487 A CN115586487 A CN 115586487A
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杨鹤猛
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State Grid Corp of China SGCC
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Abstract

本发明公开了一种低空无人机被动探测定位***，包括无人机探测天线，所述无人机探测天线包括一条以上的探测支路；每条所述探测支路均包括阵列天线组件、多通道接收组件以及检测定位组件；所述阵列天线组件包括多个用于接收无人机发射的射频信号的天线阵元；所述天线单元包括一个以上的用于接收低频信号的低频天线单元、一个以上的用于接收中频信号的中频天线单元以及一个以上的用于接收高频信号的高频天线单元。中频天线单元、高频天线单元集成设置在同一电路板上，构成中高频天线单元，使得由一套天线装置即可同时接收低频信号、中频信号以及高频信号，从而实现精确的无人机探测与定位。

Description

一种低空无人机被动探测定位***
技术领域
本发明涉及无人机信号探测技术领域，尤其涉及一种低空无人机被动探测定位***。
背景技术
进入21世纪以来，随着智能技术的发展，无人机技术得到快速发展，其价格低廉、便于操控的优点使得无人机在各个领域得到快速的推广与使用，但其空域低、速度慢、体型小、随机性强等特点，使其难以被全面监视与控制，对电网安全构成了极大的威胁，因此近年来反无人机已成为一个非常重要的新兴领域，越来越多的研究希望通过更精确的无人机探测跟踪技术和引进新机能、新概念技术来更好地反制无人机，从而保证电网安全和可靠供电。
无人机探测与定位一般采用被动探测和定位***方法，通过有源阵列天线探测无人机信号，经过射频切换开关的切换控制将接收到的信号输出至接收机，接收机通常为单通道接收机，每次接收机通过射频切换开关接收一路天线的探测信号。但是该类方式需单独设计复杂的射频切换开关电路，且天线信号需经过射频切换开关至接收机，使得链路损耗大，同时由于无人机通信机制是周期发送而非连续发送，即无人机发射信号周期性进行发送，而每次接收机接收一路天线信号，则各天线接收到的无人机通信信号进入接收机时不是同一时刻的数据，由不同时刻的探测信号难以准确探测到无人机位置，探测效率低、探测方位误差大。
与本发明相关的专利CN105959966.A，公开了一种多波束选择智能天线通信装置及其通信方法，通过天线阵列的天线阵元组合组成不同的无线波束对连接的工作站进行扫描，找到信号最强的路径。该专利利用无线通讯技术，若网络信号不好，则会严重影响信号探测。其他有一定关系的发明专利：CN109873669.A，公开了一种无人机探测方法及无人机探测***。该专利通过无线电侦测方法、光电检测、信息处理检测探测范围内的目标无人机综合信息。该专利发现距离远、多目标跟踪能力强，但易受地杂波影响，无人机悬停时，无法有效探测，且在城市等电磁环境复杂区域性能大打折扣。
综上所述，现有的无人机的探测与定位技术，存在如下缺陷：
(1)现有方法利用被动探测和定位***进行无人机探测与定位，通过有源阵列天线探测无人机信号，设计复杂、链路损耗大、探测效率低；
(2)现有方法利用无线通讯技术，依赖网络信号，受到环境因素制约；
(3)现有方法易受地杂波影响，无人机悬停时，无法有效探测，且在城市等电磁环境复杂区域性能大打折扣。
发明内容
本申请的目的在于提供一种低空无人机被动探测定位***。
为实现本发明的目的，本发明提供的一种低空无人机被动探测定位***，包括无人机探测天线，所述无人机探测天线包括一条以上的探测支路；
每条所述探测支路均包括阵列天线组件、多通道接收组件以及检测定位组件；所述阵列天线组件包括多个用于接收无人机发射的射频信号的天线阵元；所述多通道接收组件包括多个通道接收端且每个所述天线阵元对应与所述多通道接收组件的一个所述通道接收端连接，所述多通道接收组件的输出端与所述检测定位组件连接；
所述天线单元包括一个以上的用于接收低频信号的低频天线单元、一个以上的用于接收中频信号的中频天线单元以及一个以上的用于接收高频信号的高频天线单元。
其中，所述检测定位组件包括依次连接的特征参数提取单元、识别单元以及定位单元，所述特征参数提取单元接收各天线阵元输出的信号，提取特征参数后输出给识别单元，识别单元将提取的特征参数与特征参数模板进行匹配，检测是否存在无人机，以及当检测到无人机发射的信号时识别出无人机的类型、定位得到无人机的具***置输出，特征参数模板具体预先由不同类型无人机发射的标准信号训练得到。
其中，每条探测支路还包括GPS定位组件，GPS定位组件与检测定位组件连接，由GPS定位组件实时获取GPS定位信号。
其中，所述GPS定位组件采用GPS双天线定向模块，输出对应探测支路所在位置GPS坐标，并可以自动修正各探测支路的探测0°到物理正北方向。
其中，所述***采用比幅测向原理，通过多阵列高增益天线，使得最大的测向误差和最小测向误差的测向均方根误差减少，大幅提高微小信号远距测角精度；具体方法如下：
无人机目标辐射源信号s0(t)＝Aexp(j2πft)从θ0方向入射到多阵列高增益天线，相邻两天线接收到的信号可分别表示为：
Figure BDA0003149598010000031
Figure BDA0003149598010000032
其中：目标信号频率为f，目标信号幅度为A；
Figure BDA0003149598010000033
为信号到达天线1的传播延时t1所引起的相位，同理可得
Figure BDA0003149598010000034
F1(φ1)，F2(φ2)分别为天线的方向图函数；将两路天线信号经检波、视频放大后，比幅输出z0表示为：
Figure BDA0003149598010000035
通过函数
Figure BDA0003149598010000036
可解算出无人机信号角度，其中k为比例常数，θB为天线半功率波束宽度，θS为相邻天线波束轴向夹角。
其中，还包括射频发射端，射频前端噪声源输出信号经1分4功分器功分成4路，经滤波之后形成四路干扰信号的噪声源，并经放大器、数控衰减、功放组件之后输出给天线，形成对固定频段的压制干扰。
其中，每一路功放均具备独立的电源开关断功能，可根据实际需要，对四路干扰信号进行单独控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果为；
(1)本专利提供一种结构简单、成本低、损耗小、不受空间环境影响且探测效率及精度高的低空无人机被动探测定位***；
(2)本专利天线单元同时配置有多个低频天线阵元、多个中频天线阵元以及多个高频天线阵元，中频天线单元、高频天线单元集成设置在同一电路板上，构成中高频天线单元，使得由一套天线装置即可同时接收低频信号、中频信号以及高频信号，从而实现精确的无人机探测与定位；
(3)本专利提供射频前端噪声源，其输出信号经1分4功分器功分成4路，经滤波之后形成四路干扰信号的噪声源，并经放大器，数控衰减，功放之后输出给天线，形成对固定频段的压制干扰。每一路功放均具备独立的电源开关断功能，可根据实际需要，对四路干扰信号进行单独控制。
附图说明
图1为本申请提供的低空无人机被动探测定位***的一种实施例结构示意图；
图2为本申请提供的射频前端的一种实施例结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种低空无人机被动探测定位***，包括无人机探测天线，所述无人机探测天线包括一条以上的探测支路，每条所述探测支路包括阵列天线组件、多通道接收组件以及检测定位组件，所述阵列天线组件包括多个用于接收无人机发射的射频信号的天线阵元，所述多通道接收组件包括多个通道接收端，每个所述天线阵元对应与所述多通道接收组件的一个所述通道接收端连接，所述多通道接收组件的输出端与所述检测定位组件连接；
所述阵列天线组件包括一个以上的用于接收低频信号的低频天线单元、一个以上的用于接收中频信号的中频天线单元以及一个以上的用于接收高频信号的高频天线单元。
检测定位组件具体包括依次连接的特征参数提取单元、识别单元以及定位单元，特征参数提取单元接收各天线阵元输出的信号，提取特征参数后输出给识别单元，识别单元将提取的特征参数与特征参数模板进行匹配，检测是否存在无人机，以及当检测到无人机发射的信号时识别出无人机的类型(如型号)、定位得到无人机的具***置输出，特征参数模板具体预先由不同类型无人机发射的标准信号训练得到。
每条探测支路还包括GPS定位组件，GPS定位组件与检测定位组件连接，由GPS定位组件实时获取GPS定位信号，结合探测支路检测到的无人机位置，可以便于实现精确的无人机定位。
GPS定位组件具体采用GPS双天线定向模块，输出对应探测支路所在位置GPS坐标，并可以自动修正各探测支路的探测0°到物理正北方向，可以实现定位、探测支路的探测方位与地理地图的方位自动校正以及各条探测支路之间的目标同步等功能，进一步提高***的测向定位精准度。
实施例2
另外，本***实施例中采用比幅测向原理，通过上述多阵列高增益天线，使得最大的测向误差和最小测向误差的测向均方根误差减少，大幅提高微小信号远距测角精度。具体方法如下：
无人机目标辐射源信号s0(t)=Aexp(j2πft)从θ0方向入射到多阵列高增益天线，相邻两天线接收到的信号可分别表示为：
Figure BDA0003149598010000061
Figure BDA0003149598010000062
其中：目标信号频率为f，目标信号幅度为A；
Figure BDA0003149598010000063
为信号到达天线1的传播延时t1所引起的相位，同理可得
Figure BDA0003149598010000064
F1(φ1)，F2(φ2)分别为天线的方向图函数。将两路天线信号经检波、视频放大后，比幅输出z0表示为：
Figure BDA0003149598010000065
通过函数
Figure BDA0003149598010000066
可解算出无人机信号角度，其中k为比例常数，θB为天线半功率波束宽度，θS为相邻天线波束轴向夹角。
本发明利用多个天线阵元对不同方向无人机的角度测量，实现无人机信号无死角覆盖。
实施例3
如图2所示，本实施例包括射频发射端。射频前端噪声源输出信号经1分4功分器功分成4路，经滤波之后形成四路干扰信号的噪声源，并经放大器、数控衰减、功放组件之后输出给天线，形成对固定频段的压制干扰。每一路功放均具备独立的电源开关断功能，可根据实际需要，对四路干扰信号进行单独控制。***通过释放遥控、图传信号实施压制干扰，根据无人机控制策略，通过释放不同信号的组合，可迫使无人机返航或迫降。
综上所述，本发明具有如下优势：
(1)提供一种结构简单、成本低、损耗小、不受空间环境影响且探测效率及精度高的低空无人机被动探测定位***。本发明中天线单元同时配置有多个低频天线阵元、多个中频天线阵元以及多个高频天线阵元，中频天线单元、高频天线单元集成设置在同一电路板上，构成中高频天线单元，使得由一套天线装置即可同时接收低频信号、中频信号以及高频信号，从而实现精确的无人机探测与定位，有效提高测向精度以及探测距离，使得整个天线装置的结构紧凑、体积小，且便于安装布置。
(2)采用比幅测向原理，通过多阵列高增益天线，使得最大的测向误差和最小测向误差的测向均方根误差减少，大幅提高微小信号远距测角精度。利用多阵列天线，从不同空间方位接收无人机信号，再利用比幅测向算法对信号进行处理，实现无人机角度精确测量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种低空无人机被动探测定位***，其特征在于，包括无人机探测天线，所述无人机探测天线包括一条以上的探测支路；
每条所述探测支路均包括阵列天线组件、多通道接收组件以及检测定位组件；所述阵列天线组件包括多个用于接收无人机发射的射频信号的天线阵元；所述多通道接收组件包括多个通道接收端且每个所述天线阵元对应与所述多通道接收组件的一个所述通道接收端连接，所述多通道接收组件的输出端与所述检测定位组件连接；
所述天线单元包括一个以上的用于接收低频信号的低频天线单元、一个以上的用于接收中频信号的中频天线单元以及一个以上的用于接收高频信号的高频天线单元。
2.根据权利要求1所述的一种低空无人机被动探测定位***，其特征在于，所述检测定位组件包括依次连接的特征参数提取单元、识别单元以及定位单元，所述特征参数提取单元接收各天线阵元输出的信号，提取特征参数后输出给识别单元，识别单元将提取的特征参数与特征参数模板进行匹配，检测是否存在无人机，以及当检测到无人机发射的信号时识别出无人机的类型、定位得到无人机的具***置输出，特征参数模板具体预先由不同类型无人机发射的标准信号训练得到。
3.根据权利要求1所述的一种低空无人机被动探测定位***，其特征在于，每条探测支路还包括GPS定位组件，GPS定位组件与检测定位组件连接，由GPS定位组件实时获取GPS定位信号。
4.根据权利要求3所述的一种低空无人机被动探测定位***，其特征在于，
所述GPS定位组件采用GPS双天线定向模块，输出对应探测支路所在位置GPS坐标，并可以自动修正各探测支路的探测0°到物理正北方向。
5.根据权利要求1所述的一种低空无人机被动探测定位***，其特征在于，所述***采用比幅测向原理，通过多阵列高增益天线，使得最大的测向误差和最小测向误差的测向均方根误差减少，大幅提高微小信号远距测角精度；具体方法如下：
无人机目标辐射源信号s0(t)＝Aexp(j2πft)从θ0方向入射到多阵列高增益天线，相邻两天线接收到的信号可分别表示为：
Figure FDA0003149598000000026
Figure FDA0003149598000000021
其中：目标信号频率为f，目标信号幅度为A；
Figure FDA0003149598000000022
为信号到达天线1的传播延时t1所引起的相位，同理可得
Figure FDA0003149598000000023
F1(φ1)，F2(φ2)分别为天线的方向图函数；将两路天线信号经检波、视频放大后，比幅输出z0表示为：
Figure FDA0003149598000000024
通过函数
Figure FDA0003149598000000025
可解算出无人机信号角度，其中k为比例常数，θB为天线半功率波束宽度，θS为相邻天线波束轴向夹角。
6.根据权利要求1所述的一种低空无人机被动探测定位***，其特征在于，还包括射频发射端，射频前端噪声源输出信号经1分4功分器功分成4路，经滤波之后形成四路干扰信号的噪声源，并经放大器、数控衰减、功放组件之后输出给天线，形成对固定频段的压制干扰。
7.根据权利要求6所述的一种低空无人机被动探测定位***，其特征在于，每一路功放均具备独立的电源开关断功能，可根据实际需要，对四路干扰信号进行单独控制。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117134794A (zh) * 2023-10-26 2023-11-28 天津云圣智能科技有限责任公司 一种通信链路的切换方法、图传设备及无人机

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