CN117553628A - 一种无人机群反制技术效能评估***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机群反制技术效能评估***及方法，***包括：反制技术效能评估管理模块用于向其他模块发出控制指令并接收对应数据；反制设备控制模块用于控制探测设备、打击设备开关机和实施探测、打击动作；空‑地联合电磁信号监测模块用于对无人机反制设备发射、接收的信号以及各无人机接收的信号进行监测、分析和回放；无人机群运动控制模块用于实现无人机群起飞、降落，以及在运动过程中的队形、位置和速度控制；无人机群运动状态监测模块用于精确监测各无人机位置、速度数据并存储。本发明可实现多维度评估试验数据的定量监测和试验场景的精准复现功能，可为无人机群探测、打击等反制技术研究提供试验验证平台。

Description

一种无人机群反制技术效能评估***及方法

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，涉及一种无人机群反制技术效能评估***及方法。

背景技术

随着以无人机为代表的低慢小飞行器相关技术发展和商业化普及，由其带来的安全隐患也日益增大，无人机入侵油库、电站、机场、监狱等要害地带事件频发。而伴随着智能技术的跨越升级，无人机群逐步进入人们视野，其具有数量多、成本低、非接触、伤亡小和智能协同等特点，反制难度大、代价成本高。无人机群反制技术可分为探测技术和打击技术两种。其中，探测技术从机理上可以分为电子、光学、声学三类，打击技术主要有干扰阻断、毁伤打击、欺骗控制三类。由于无人机群反制技术应用性强，需要大量开展试验验证。然而，现有市场已有或公开文献可查的试验条件缺少无人机实际飞行状态和电磁环境监测手段，试验变量控制不灵活，可重复性差，仅可对试验中的反制效果进行定性判断，无法实现定量深入分析。因此，构建无人机群反制技术效能评估***、设计反制技术效能评估方法，对于开展无人机群反制技术研究和设备研制，均有着重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种无人机群反制技术效能评估***及方法，解决现有反制技术试验手段存在的试验变量控制不灵活、可重复性差以及无法实现定量分析的问题。本发明用于无人机群探测技术和打击技术的效能评估，包括但不限于探测距离、发现时间、定位或定向误差、打击距离、生效时间。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：

一方面，本发明提供了一种无人机群反制技术效能评估***，包括反制技术效能评估管理模块、反制设备控制模块、空-地联合电磁信号监测模块、无人机群运动控制模块和无人机群运动状态监测模块，其中：

反制技术效能评估管理模块，通过通信接口分别连接反制设备控制模块、空-地联合电磁信号监测模块、无人机群运动控制模块和无人机群运动状态监测模块，用于向其他模块发出控制指令并接收对应数据；

反制设备控制模块，用于根据反制技术效能评估管理模块的控制指令，控制探测设备开关机或实施探测动作，控制打击设备开关机或实施打击动作，同时接收探测或打击设备上报的探测结果和设备状态信息，并发送给反制技术效能评估管理模块；

空-地联合电磁信号监测模块用于对无人机反制设备发射、接收的信号以及无人机群中的各个无人机实际接收的、需关注频率范围内的信号进行全过程监测、分析和回放；

无人机群运动控制模块用于根据反制技术效能评估管理模块的控制指令，实现无人机群起飞、降落，以及在运动过程中的队形、位置和速度控制；

无人机群运动状态监测模块用于监测各无人机位置、速度数据并存储。

进一步的，所述的空-地联合电磁信号监测模块包括多个监测载荷，多个监测载荷分别布设在无人机群的各个被反制对象无人机以及地面上。

进一步的，所述的监测载荷采用实时频谱分析仪。

进一步的，所述的监测载荷可接收记录的信号频率范围保证覆盖1.2GHz~1.6GHz频段以及900MHz、2.4GHz、5.8GHz频段。

进一步的，所述的无人机群运动状态监测模块包括搭载单元和电台服务器，其中，搭载单元由导航接收机和无线电台组成；导航接收机负责按照给定时间间隔对载体无人机的运动状态进行采样，并将获取到的信息发送至电台，再由电台下发至电台服务器；导航接收机应工作在非反制的导航信号频段；电台服务器用于收集各搭载单元发送的各无人机位置、速度数据，并将该数据汇总后发送至反制技术效能评估管理模块。

第二方面，本发明提供了一种无人机群探测技术探测距离评估方法，基于本发明所述的无人机群反制技术效能评估***，包括如下步骤：

步骤1，反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块，控制探测设备开机；

步骤2，反制技术效能评估管理模块通过无人机群运动控制模块，起飞搭载有空-地联合电磁信号监测模块的无人机群，使之按照指定路线和编队队形由远及近飞行，同时空-地联合电磁信号监测模块开始记录各个监测载荷接收的电磁信号数据；

步骤3，无人机群运动状态监测模块按照预先设定时间间隔将无人机群中各个无人机的实时位置信息传送至反制技术效能评估管理模块；

步骤4，若反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块收到探测设备上报的无人机群探测结果，记录无人机群运动状态监测模块上报的当前无人机群的实时位置信息，跳至步骤5；否则，继续等待探测结果，直至无人机群飞行至探测设备，评估失败，转入步骤6；

步骤5，若探测设备上报的无人机群探测结果中的位置信息与无人机群运动状态监测模块上报的无人机群位置信息匹配，则探测成功，探测距离为无人机群当前位置与探测设备位置之差，转入步骤6；否则，探测不成功，转入步骤4；

步骤6，反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块控制探测设备关机、通过无人机群运动控制模块控制无人机群降落，并记录和展示效能评估试验数据。

第三方面，本发明提供了一种无人机群导航诱骗类打击技术生效时间评估方法，基于本发明所述的无人机群反制技术效能评估***，包括如下步骤：

步骤1，反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块，控制打击设备开机，打击设备处于信号待发射状态；

步骤2，反制技术效能评估管理模块通过无人机群运动控制模块，起飞搭载有空-地联合电磁信号监测模块的无人机群，使之按照指定路线和编队队形由远及近飞行或悬停，同时控制空-地联合电磁信号监测模块开始记录电磁信号数据；

步骤3，无人机群运动状态监测模块按照固定时间间隔将无人机群中各个无人机的实时位置信息传送至反制技术效能评估管理模块；

步骤4，反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块，控制打击设备发射导航诱骗信号，同时反制技术效能评估管理模块开始计时；

步骤5，若反制技术效能评估管理模块通过对比无人机群运动状态监测模块上报的无人机群的实时位置信息和通过无人机群运动控制模块预设的无人机群运动状态，判断无人机群依照导航诱骗指定趋势运动，停止计时，计时结果为打击生效时间，跳至步骤6；否则，继续等待，直至无人机群飞行至探测设备，评估失败，转入步骤6；

步骤6，反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块控制打击设备关机、通过无人机群运动控制模块控制无人机群降落，并记录和展示效能评估试验数据。

相较于现有技术，本发明具有如下技术效果：

（1）本发明的无人机群反制技术效能评估***采用模块化设计、兼容性强，既适用于光学、电子、声学等各类无人机探测技术，又可用于硬件毁伤、干扰阻断、欺骗控制等所有打击技术的效能评估。

（2）本发明的无人机群反制技术效能评估***可实现对效能评估试验过程、场景的全流程记录，并可根据记录进行历史试验的精准复现，可为无人机单机及机群反制技术研究和效果验证提供平台。

（3）本发明的无人机群反制技术效能评估***通过无人机群运动控制接口，实现对无人机群编队队形、飞行高度、速度和方向的精确控制，使得反制技术作用对象受控，评估试验可重复性更高，试验结果量化、可信。

（4）本发明的无人机群反制技术效能评估***在记录反制对象运动状态的同时，也将记录试验环境数据，如无人机和反制设备接收和发射的电磁信号，为反制技术效能评估提供多维度的定量数据支撑。

综上，本发明采用导航对抗、软件无线电、自动控制、多源数据融合等技术，设计了由反制技术效能评估管理模块、反制设备控制模块、空-地联合电磁信号监测模块、无人机群运动控制模块、无人机群运动状态监测模块组成的无人机群反制技术效能评估***，依托该***可实现多维度评估试验数据的定量监测和试验场景的精准复现等功能，可为无人机群探测、打击技术研究提供试验验证过程的全周期管理平台，为无人机群反制技术加速迭代衍生提供支撑，促进无人机群反制技术向精细化、体系化发展。

附图说明

图1是本发明的无人机群反制技术效能评估***的组成示意图；

图2是空-地联合电磁信号监测模块在无人机群探测技术效能评估中的应用示意图；

图3是空-地联合电磁信号监测模块在无人机群打击技术效能评估中的应用示意图；

图4是无人机群运动状态监测模块的组成示意图。

以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。

具体实施方式

如图1所示，本发明给出的无人机群反制技术效能评估***，包括反制技术效能评估管理模块、反制设备控制模块、空-地联合电磁信号监测模块、无人机群运动控制模块和无人机群运动状态监测模块，其中：

（1）反制技术效能评估管理模块

反制技术效能评估管理模块通过通信接口分别连接反制设备控制模块、空-地联合电磁信号监测模块、无人机群运动控制模块和无人机群运动状态监测模块。用于实现如下功能：

用于通过反制设备控制模块，控制探测设备开关机或实施探测动作，控制打击设备开关机或实施打击动作，收集探测或打击过程中的状态反馈数据并存储；

用于控制空-地联合电磁信号监测模块开关机和监测启停；

用于对无人机群运动控制模块实施指令控制，实现对无人机群起飞、降落、运动过程中的编队队形、位置、速度的控制；

用于通过无人机群运动状态监测模块，收集无人机群中各无人机位置、速度数据并存储；

用于根据试验过程中时间轴和反制设备状态变化时间节点，对试验数据进行融合，提供数据管理、分析和展示功能；

用于通过空-地联合电磁信号监测模块中监测载荷的信号回放功能复现信号状态变化，通过无人机群运动控制模块复现无人机群在试验过程中的运动状态。

（2）反制设备控制模块

无人机群的反制技术最终要在无人机群反制设备上实现，反制设备包括探测设备和打击设备。反制设备控制模块打通了反制技术效能评估管理模块和反制设备之间的通信链路。反制设备控制模块用于根据反制技术效能评估管理模块的控制指令，控制探测设备开关机或实施探测动作，控制打击设备开关机或实施打击动作，同时接收探测或打击设备上报的探测结果和设备状态信息。为保证该模块的可扩展性，兼顾成本和距离因素，反制设备控制模块采用基于IP的网络协议实现设备控制和数据收发。

（3）空-地联合电磁信号监测模块

空-地联合电磁信号监测模块包括多个监测载荷，多个监测载荷分别布设在无人机群的各个被反制对象无人机以及地面上，用于对无人机反制设备发射、接收的信号以及无人机群中的各个无人机实际接收的、需关注频率范围内的信号进行全过程监测、分析和回放，从而保证监测结果能够定量反映无人机群在运动过程中的接收信号变化情况。空中电磁信号监测使用无人机搭载监测载荷实现，用于监测无人机接收到的有源探测信号或干扰、诱骗等打击信号状态。地面电磁信号监测载荷部署在反制设备附近，用于监测探测设备的接收信号或打击设备的发射信号状态。为保证监测载荷记录数据的准确性，搭载监测载荷的天线应近距离安装在反制对象无人机的接收天线附近，地面监测载荷的天线则应靠近探测设备或打击设备接收和发射天线进行安装。

监测载荷可采用自研定制的信号采集模块实现，也可采用轻量的实时频谱分析仪。空-地联合电磁信号监测模块可通过接口将监测数据上传至反制技术效能评估管理模块，以供后续效能评估和进一步数据分析使用。

需要指出的是：监测载荷应同时具有信号生成功能，以便重构和复现整个效能评估试验过程中的信号环境，为反制技术迭代优化提供必要条件；监测载荷可接收记录的信号频率范围需覆盖1.2GHz~1.6GHz卫星导航频段以及900MHz、2.4GHz、5.8GHz等通信图传信号频段；由于监测载荷分散部署在空中和地面，可加装卫星导航授时设备，以供各载荷间记录数据进行时间同步。空-地联合电磁信号监测模块在无人机群探测技术效能评估中的应用场景如图2所示，在打击技术效能评估中的应用场景如图3所示。对于探测技术效能评估而言，回波雷达等主动式探测设备需要地面电磁信号监测载荷监测回波信号，同时需要无人机上搭载的电磁信号监测载荷对设备发射信号状态实施监测。信号探测或外辐射源雷达等被动式探测技术的效能评估则只需地面电磁信号监测载荷对无人机发射或反射信号进行监测即可。电磁信号类打击技术效能评估则需要在地面和无人机上同时布设监测载荷，以对打击设备发射信号和无人机实际接收到的信号状态进行监测。

综上，空-地联合电磁信号监测模块可对地面反制设备和各无人机发射和实际接收的信号进行全过程记录，真实反映无人机群在运动过程中接收信号的变化和反制设备发射或接收信号的状态，通过与无人机群运动状态监测模块反馈的数据进行对比，使得信号作用机理和效果分析更加准确。

（4）无人机群运动控制模块

无人机群作为本发明涉及技术效能评估***的目标对象，其运动状态可控是完成相应评估的基础，而不同的反制技术体制或评估场景需对应不同的机群类型和运动状态。无人机群运动控制模块用于根据反制技术效能评估管理模块的控制指令，实现无人机群起飞、降落，以及在运动过程中的队形、位置、速度控制，从而为无人机群反制技术效能评估提供目标对象条件，更好的评估反制技术的优劣。

（5）无人机群运动状态监测模块

无人机群目标在反制试验过程中不可避免会出现通信链路受扰、导航链路受骗、位姿控制环路失控等现象，从而导致目标无法获取和传输真实的运动状态信息。因此，必须构建独立的无人机群运动状态监测模块，监测各无人机位置、速度数据并存储，为反制技术效能评估提供依据。无人机群运动状态监测模块组成及工作原理示意见图4。

无人机群运动状态监测模块由硬件和软件组成。其中，模块硬件包括搭载单元和电台服务器。搭载单元由导航接收机（可使用空-地联合电磁信号监测模块中无人机搭载的授时型接收机）和无线电台组成。导航接收机负责按照给定时间间隔对载体无人机的运动状态进行采样，并将获取到的信息发送至电台，再由电台下发至电台服务器。需要指出的是，导航接收机应工作在非反制的导航信号频段，例如，评估的反制技术为导航诱骗时，诱骗信号为GPS、GLONASS和BDS B1频点，则可将接收机配置工作在BDS B3频点。电台服务器用于收集各搭载单元发送的各无人机目标运动状态数据（即位置、速度等），并将该数据汇总后发送至反制技术效能评估管理模块。

本发明给出的无人机群反制技术效能评估方法基于本发明的无人机群反制技术效能评估***实现。鉴于本发明内容可用于无人机群探测技术和打击技术的效能评估，如探测距离、发现时间、定位或定向误差、打击距离、打击生效时间等，而各指标的评估方法大致步骤相同。下面分别以探测技术的探测距离和导航诱骗类打击技术的生效时间为例，进行无人机群反制技术效能评估方法说明。

无人机群探测技术探测距离评估方法具体包括如下步骤：

（1）反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块，控制探测设备开机；

（2）反制技术效能评估管理模块通过无人机群运动控制模块，起飞搭载有空-地联合电磁信号监测模块的无人机群，使之按照指定路线和编队队形由远及近飞行，同时空-地联合电磁信号监测模块开始记录各个监测载荷接收的电磁信号数据；

（3）无人机群运动状态监测模块按照预先设定时间间隔将无人机群中各个无人机的实时位置信息传送至反制技术效能评估管理模块；

（4）若反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块收到探测设备上报的无人机群探测结果，记录无人机群运动状态监测模块上报的当前无人机群的实时位置信息，跳至步骤（5）。否则，继续等待探测结果，直至无人机群飞行至探测设备，评估失败，转入步骤（6）；

（5）若探测设备上报的无人机群探测结果中的位置信息与无人机群运动状态监测模块上报的无人机群位置信息匹配，则探测成功，探测距离为无人机群当前位置与探测设备位置之差，转入步骤（6）；否则，探测不成功，转入步骤（4）；

（6）反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块控制探测设备关机、通过无人机群运动控制模块控制无人机群降落，并记录和展示效能评估试验数据。具体包括且不限于无人机群运动控制指令发送时间及内容、无人机群运动状态监测模块上报的位置信息序列、探测设备上报结果序列、空-地联合电磁信号监测模块记录的电磁环境数据、指标评估结果等。

本发明给出的无人机群导航诱骗类打击技术生效时间评估方法具体包括如下步骤：

（1）反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块，控制打击设备开机，打击设备处于信号待发射状态；

（2）反制技术效能评估管理模块通过无人机群运动控制模块，起飞搭载有空-地联合电磁信号监测模块的无人机群，使之按照指定路线和编队队形由远及近飞行或悬停，同时控制空-地联合电磁信号监测模块开始记录电磁信号数据；

（3）无人机群运动状态监测模块按照固定时间间隔将无人机群中各个无人机的实时位置信息传送至反制技术效能评估管理模块；

（4）反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块，控制打击设备发射导航诱骗信号，同时反制技术效能评估管理模块开始计时；

（5）若反制技术效能评估管理模块通过对比无人机群运动状态监测模块上报的无人机群的实时位置信息和通过无人机群运动控制模块预设的无人机群运动状态，判断无人机群依照导航诱骗指定趋势运动，停止计时，计时结果为打击生效时间，跳至步骤（6）。否则，继续等待，直至无人机群飞行至探测设备，评估失败，转入步骤（6）；

（6）反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块控制打击设备关机、通过无人机群运动控制模块控制无人机群降落，并记录和展示效能评估试验数据。具体包括且不限于无人机群运动控制指令发送时间及内容、无人机群运动状态监测模块上报的位置信息序列、空-地联合电磁信号监测模块记录的电磁环境数据、指标评估结果等。

Claims (7)

1.一种无人机群反制技术效能评估***，其特征在于，包括反制技术效能评估管理模块、反制设备控制模块、空-地联合电磁信号监测模块、无人机群运动控制模块和无人机群运动状态监测模块，其中：

反制技术效能评估管理模块，通过通信接口分别连接反制设备控制模块、空-地联合电磁信号监测模块、无人机群运动控制模块和无人机群运动状态监测模块，用于向其他模块发出控制指令并接收对应数据；

反制设备控制模块，用于根据反制技术效能评估管理模块的控制指令，控制探测设备开关机或实施探测动作，控制打击设备开关机或实施打击动作，同时接收探测或打击设备上报的探测结果和设备状态信息，并发送给反制技术效能评估管理模块；

空-地联合电磁信号监测模块用于对无人机反制设备发射、接收的信号以及无人机群中的各个无人机实际接收的、需关注频率范围内的信号进行全过程监测、分析和回放；

无人机群运动控制模块用于根据反制技术效能评估管理模块的控制指令，实现无人机群起飞、降落，以及在运动过程中的队形、位置和速度控制；

无人机群运动状态监测模块用于监测各无人机位置、速度数据并存储。

2.如权利要求1所述的无人机群反制技术效能评估***，其特征在于，所述的空-地联合电磁信号监测模块包括多个监测载荷，多个监测载荷分别布设在无人机群的各个被反制对象无人机以及地面上。

3.如权利要求2所述的无人机群反制技术效能评估***，其特征在于，所述的监测载荷采用实时频谱分析仪。

4.如权利要求3所述的无人机群反制技术效能评估***，其特征在于，所述的监测载荷可接收记录的信号频率范围保证覆盖1.2GHz~1.6GHz频段以及900MHz、2.4GHz、5.8GHz频段。

5.如权利要求2所述的无人机群反制技术效能评估***，其特征在于，所述的无人机群运动状态监测模块包括搭载单元和电台服务器，其中，所述搭载单元由导航接收机和无线电台组成；所述导航接收机负责按照给定时间间隔对载体无人机的运动状态进行采样，并将获取到的信息发送至电台，再由电台下发至电台服务器；所述导航接收机工作在非反制的导航信号频段；所述电台服务器用于收集各搭载单元发送的各无人机位置、速度数据，并将该数据汇总后发送至反制技术效能评估管理模块。

6.一种无人机群探测技术探测距离评估方法，其特征在于，基于权利要求2-5任一项所述的无人机群反制技术效能评估***，包括如下步骤：

步骤1，反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块，控制探测设备开机；

步骤2，反制技术效能评估管理模块通过无人机群运动控制模块，起飞搭载有空-地联合电磁信号监测模块的无人机群，使之按照指定路线和编队队形由远及近飞行，同时空-地联合电磁信号监测模块开始记录各个监测载荷接收的电磁信号数据；

步骤3，无人机群运动状态监测模块按照预先设定时间间隔将无人机群中各个无人机的实时位置信息传送至反制技术效能评估管理模块；

步骤4，若反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块收到探测设备上报的无人机群探测结果，记录无人机群运动状态监测模块上报的当前无人机群的实时位置信息，跳至步骤5；否则，继续等待探测结果，直至无人机群飞行至探测设备，评估失败，转入步骤6；

步骤5，若探测设备上报的无人机群探测结果中的位置信息与无人机群运动状态监测模块上报的无人机群位置信息匹配，则探测成功，探测距离为无人机群当前位置与探测设备位置之差，转入步骤6；否则，探测不成功，转入步骤4；

步骤6，反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块控制探测设备关机、通过无人机群运动控制模块控制无人机群降落，并记录和展示效能评估试验数据。

7.一种无人机群导航诱骗类打击技术生效时间评估方法，其特征在于，基于权利要求2-5任一项所述的无人机群反制技术效能评估***，包括如下步骤：

步骤1，反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块，控制打击设备开机，打击设备处于信号待发射状态；

步骤2，反制技术效能评估管理模块通过无人机群运动控制模块，起飞搭载有空-地联合电磁信号监测模块的无人机群，使之按照指定路线和编队队形由远及近飞行或悬停，同时控制空-地联合电磁信号监测模块开始记录电磁信号数据；

步骤3，无人机群运动状态监测模块按照固定时间间隔将无人机群中各个无人机的实时位置信息传送至反制技术效能评估管理模块；

步骤4，反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块，控制打击设备发射导航诱骗信号，同时反制技术效能评估管理模块开始计时；

步骤5，若反制技术效能评估管理模块通过对比无人机群运动状态监测模块上报的无人机群的实时位置信息和通过无人机群运动控制模块预设的无人机群运动状态，判断无人机群依照导航诱骗指定趋势运动，停止计时，计时结果为打击生效时间，跳至步骤6；否则，继续等待，直至无人机群飞行至探测设备，评估失败，转入步骤6；

步骤6，反制技术效能评估管理模块通过反制设备控制模块控制打击设备关机、通过无人机群运动控制模块控制无人机群降落，并记录和展示效能评估试验数据。