本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)防干擾及干擾中定向返航，尤其涉及一種大型測(cè)繪無(wú)人機(jī)防干擾定向返航系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、無(wú)人機(jī)及其搭載的攝像機(jī)、雷達(dá)等組成的無(wú)人機(jī)測(cè)繪裝置是當(dāng)前測(cè)繪領(lǐng)域一種主要生產(chǎn)手段。大型測(cè)繪無(wú)人機(jī)價(jià)格昂貴，其所攜帶的測(cè)繪用高清攝像機(jī)、激光雷達(dá)等設(shè)備構(gòu)造精密且價(jià)格高昂，一套大型無(wú)人機(jī)測(cè)繪裝置動(dòng)輒數(shù)百萬(wàn)元，一旦執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中墜機(jī)或遺失，將造成重大損失及嚴(yán)重生產(chǎn)事故。

2、一般開(kāi)展無(wú)人機(jī)測(cè)繪任務(wù)前，測(cè)繪單位會(huì)向軍方、警方等管理單位申請(qǐng)空域使用權(quán)，并嚴(yán)格按照審批規(guī)定的時(shí)間、規(guī)定的范圍進(jìn)行飛行測(cè)繪任務(wù)。由于得到了空域?qū)徟话銦o(wú)人機(jī)作業(yè)期間及范圍內(nèi)不會(huì)受到定向干擾、攻擊。

3、干擾無(wú)人機(jī)正常飛行的方式主要為干擾控制信號(hào)，或干擾gps等為代表的gnss定位信號(hào)，前者，使地面控制器與無(wú)人機(jī)失去無(wú)線連接，從而使地面控制器無(wú)法接收無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)和向無(wú)人機(jī)發(fā)送指令，后者，除了使gnss等衛(wèi)星定位手段失鎖衛(wèi)星，引起定位失敗外，也可以通過(guò)發(fā)射假的衛(wèi)星信號(hào)，導(dǎo)致定位錯(cuò)誤，進(jìn)而影響無(wú)人機(jī)正常作業(yè)。

4、當(dāng)前民用上，尚沒(méi)有一種能夠完全有效在存在gnss、控制信號(hào)干擾情況保護(hù)無(wú)人機(jī)及其測(cè)繪系統(tǒng)安全的裝置或方法，由此造成了眾多無(wú)人機(jī)墜毀，給作業(yè)單位及測(cè)繪行業(yè)帶來(lái)重大經(jīng)濟(jì)損失及項(xiàng)目延期。

5、綜上，業(yè)內(nèi)急需一種在存在gnss、飛行控制等信號(hào)的干擾、壓制、靜默情況下，能夠有效保證無(wú)人機(jī)飛行安全的設(shè)備或者方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種大型測(cè)繪無(wú)人機(jī)防干擾定向返航方法及系統(tǒng)，以在存在gnss、飛行控制等信號(hào)的干擾、壓制、靜默情況下，能夠有效保證無(wú)人機(jī)飛行安全。

2、一種大型測(cè)繪無(wú)人機(jī)防干擾定向返航系統(tǒng)，具體包括如下組成部分：

3、無(wú)人機(jī)系統(tǒng)、定向羅盤(pán)分析器、定向羅盤(pán)天線、地面信號(hào)發(fā)射器、信號(hào)發(fā)射器天線、電池組、天線支架；

4、其中，所述無(wú)人機(jī)系統(tǒng)采用gnss模塊和慣導(dǎo)模塊作為導(dǎo)航單元，飛行控制器作為控制核心，gnss模塊、慣導(dǎo)模塊采用串口連接飛行控制器；所述無(wú)人機(jī)系統(tǒng)底部設(shè)置有測(cè)距傳感器一，用于飛行時(shí)測(cè)量地面距離，前部設(shè)置有測(cè)距傳感器二，用于測(cè)量前方障礙物距離；測(cè)距傳感器一、測(cè)距傳感器二與飛行控制器采用串口連接。

5、進(jìn)一步的，所述無(wú)人機(jī)系統(tǒng)還包括無(wú)人機(jī)外殼；

6、定向羅盤(pán)分析器安裝在無(wú)人機(jī)外殼內(nèi)部，采用串行接口連接所述飛行控制器，接收飛行控制器指令及向飛行控制器發(fā)送數(shù)據(jù)；

7、若干定向羅盤(pán)天線對(duì)稱(chēng)安裝于無(wú)人機(jī)外殼外側(cè)底部，并與定向羅盤(pán)分析器相連，用于接收信號(hào)發(fā)射器天線發(fā)射的信號(hào)。

8、進(jìn)一步的，所述無(wú)人機(jī)系統(tǒng)還設(shè)置有動(dòng)力電池組，用于為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)供電；天線支架安放于地面空曠位置，信號(hào)發(fā)射器天線安裝于天線支架頂部；地面站設(shè)置有遠(yuǎn)程控制終端；信號(hào)發(fā)射器天線為全向天線，與地面信號(hào)發(fā)射器相連，用于發(fā)射無(wú)線電全向信號(hào)；地面信號(hào)發(fā)射器與電池組連接。

9、一種大型測(cè)繪無(wú)人機(jī)防干擾定向返航方法，基于上述任一項(xiàng)所述的大型測(cè)繪無(wú)人機(jī)防干擾定向返航系統(tǒng)，包括如下步驟：

10、步驟1，無(wú)人機(jī)開(kāi)展飛行任務(wù)前，通過(guò)掃頻探測(cè)無(wú)人機(jī)起飛場(chǎng)地是否存在干擾源，若不存在干擾源，進(jìn)入步驟2，否則結(jié)束飛行任務(wù)，重新選擇起飛場(chǎng)地；

11、步驟2，確定地面信號(hào)發(fā)射器待調(diào)制信號(hào)頻率，打開(kāi)地面信號(hào)發(fā)射器電源，并完成信號(hào)調(diào)制；

12、步驟3，進(jìn)行無(wú)人機(jī)定向地面測(cè)試，具體為：變換信號(hào)發(fā)射器天線與無(wú)人機(jī)系統(tǒng)相對(duì)位置，若遠(yuǎn)程控制終端顯示的定向信號(hào)來(lái)源方向始終指向信號(hào)發(fā)射器天線方向，則測(cè)試通過(guò)，進(jìn)入步驟4，否則，檢查并校準(zhǔn)定向羅盤(pán)分析器和定向羅盤(pán)天線；

13、步驟4，開(kāi)始無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)，飛行控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程控制終端的控制通信連接狀態(tài)及gnss信號(hào)狀態(tài)；

14、步驟5，若無(wú)人機(jī)控制信號(hào)及導(dǎo)航信號(hào)正常，無(wú)人機(jī)繼續(xù)執(zhí)行原定任務(wù)，直至完成任務(wù)，正常返航；若不正常，若單獨(dú)控制通信連接狀態(tài)異常，進(jìn)入步驟6，若單獨(dú)gnss信號(hào)狀態(tài)異常，進(jìn)入步驟7，若控制通信連接狀態(tài)及gnss信號(hào)狀態(tài)異常均異常，進(jìn)入步驟8；

15、步驟6，控制通信連接狀態(tài)異常發(fā)生后，延遲t1時(shí)間，如果t1時(shí)間內(nèi)，控制通信連接狀態(tài)恢復(fù)正常，則返回步驟5，若仍然異常，且gnss信號(hào)狀態(tài)正常，記錄故障狀態(tài)為g1，進(jìn)入步驟9，若gnss信號(hào)狀態(tài)異常，記錄故障狀態(tài)為g3，進(jìn)入步驟9；

16、步驟7，gnss信號(hào)狀態(tài)異常發(fā)生后，延遲t2時(shí)間，如果t2時(shí)間內(nèi)，gnss信號(hào)狀態(tài)恢復(fù)正常，則返回步驟5，若仍然異常，且控制通信連接狀態(tài)正常，記錄故障狀態(tài)為g2，否則，記錄故障狀態(tài)為g3，進(jìn)入步驟9；

17、步驟8，控制通信連接狀態(tài)異常及gnss信號(hào)狀態(tài)同時(shí)異常時(shí)，延遲t3時(shí)間，如果t3時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)信號(hào)均恢復(fù)正常，則返回步驟5，若gnss信號(hào)狀態(tài)恢復(fù)正常，而控制通信連接狀態(tài)異常，記錄故障狀態(tài)為g1，進(jìn)入步驟9，若gnss信號(hào)狀態(tài)異常，而控制通信連接狀態(tài)正常，記錄故障狀態(tài)g2，進(jìn)入步驟9，若控制通信連接狀態(tài)異常及gnss信號(hào)狀態(tài)均存在異常，記錄故障狀態(tài)g3，進(jìn)入步驟9；

18、步驟9，啟動(dòng)無(wú)人機(jī)定向返航功能；

19、步驟10，無(wú)人機(jī)返航成功，結(jié)束飛行任務(wù)。

20、進(jìn)一步的，所述步驟1中，通過(guò)掃頻探測(cè)無(wú)人機(jī)起飛場(chǎng)地是否存在干擾源，具體為：

21、步驟1-1，啟動(dòng)無(wú)人機(jī)電源，由定向羅盤(pán)分析器掃描定向羅盤(pán)天線接收到的無(wú)人機(jī)起飛場(chǎng)地附近無(wú)線電信號(hào)，并在遠(yuǎn)程控制終端顯示掃描結(jié)果；

22、步驟1-2，掃描2.4g頻段附近遙控信號(hào)強(qiáng)度，若遠(yuǎn)程控制終端能夠接收到無(wú)人機(jī)信號(hào)，且信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到滿值信號(hào)強(qiáng)度的70%以上，執(zhí)行步驟1-3，否則結(jié)束飛行任務(wù)，重新選擇起飛場(chǎng)地；

23、步驟1-3，掃描1.5g頻段附近gnss信號(hào)強(qiáng)度，若能夠達(dá)到定位最小收星數(shù)量，執(zhí)行步驟1-4，否則，結(jié)束飛行任務(wù)，重新選擇起飛場(chǎng)地；

24、步驟1-4，若無(wú)人機(jī)帶有圖傳功能，且圖傳功能為本次無(wú)人機(jī)作業(yè)主要功能，掃描5.8g頻段附近圖傳信號(hào)強(qiáng)度，且信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到滿值信號(hào)強(qiáng)度的70%以上，執(zhí)行步驟1-5，否則，結(jié)束飛行任務(wù)，重新選擇起飛場(chǎng)地；

25、步驟1-5，掃描甚高頻和特高頻除1.5、2.4g頻段的頻段信號(hào)，選擇當(dāng)?shù)匾?guī)定允許使用的且信號(hào)強(qiáng)度最低的頻段作為定向信號(hào)頻段，若沒(méi)有滿足要求的頻段，則停止飛行任務(wù)，依次選擇信號(hào)強(qiáng)度由低到高的至少3個(gè)頻段，并向當(dāng)?shù)刂鞴懿块T(mén)申請(qǐng)使用其中任一頻段作為定向信號(hào)頻段；所述甚高頻為30-300mhz頻段，特高頻為300-3000mhz頻段；

26、步驟1-6，掃頻探測(cè)任務(wù)結(jié)束。

27、進(jìn)一步的，所述步驟1-3中定位最小收星數(shù)量為4顆衛(wèi)星。

28、進(jìn)一步的，所述步驟2中，地面信號(hào)發(fā)射器待調(diào)制信號(hào)頻率為步驟1-5中選擇的定向信號(hào)頻段，將地面信號(hào)發(fā)射器信號(hào)調(diào)制到所述定向信號(hào)頻段，信號(hào)發(fā)射器天線將發(fā)出位于定向信號(hào)頻段的全向定向信號(hào)。

29、進(jìn)一步的，狀態(tài)g1代表控制通信連接狀態(tài)異常，gnss信號(hào)狀態(tài)正常；狀態(tài)g2代表控制通信連接狀態(tài)正常，gnss信號(hào)狀態(tài)異常；狀態(tài)g3代表控制通信連接狀態(tài)異常，gnss信號(hào)狀態(tài)異常。

30、進(jìn)一步的，所述步驟9中，無(wú)人機(jī)定向返航的方法為：

31、步驟9-1，判斷故障狀態(tài)，如果故障狀態(tài)為g1，且無(wú)人機(jī)為固定翼無(wú)人機(jī)，進(jìn)入步驟9-5；

32、步驟9-2，判斷故障狀態(tài)，如果故障狀態(tài)為g2，且無(wú)人機(jī)為固定翼無(wú)人機(jī)，進(jìn)入步驟9-6；

33、步驟9-3，判斷故障狀態(tài)，如果故障狀態(tài)為g3，且無(wú)人機(jī)為固定翼無(wú)人機(jī)，進(jìn)入步驟9-6；

34、步驟9-4，如果無(wú)人機(jī)為旋翼無(wú)人機(jī)，且故障狀態(tài)為g2，則由地面人員操控遠(yuǎn)程控制終端手動(dòng)控制無(wú)人機(jī)返航或者執(zhí)行步驟9-6；

35、步驟9-5，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)采用gnss模塊導(dǎo)航數(shù)據(jù)自動(dòng)返航，在返航過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)gnss信號(hào)狀態(tài)，若gnss信號(hào)狀態(tài)正常，保持返航動(dòng)作，直至返航成功，若不正常，進(jìn)入步驟9-6；

36、步驟9-6，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)采用定向羅盤(pán)分析器、定向羅盤(pán)天線確定返航目的地方向，返航目的地方向?yàn)樾盘?hào)發(fā)射器天線方向，采用慣導(dǎo)模塊數(shù)據(jù)做無(wú)人機(jī)方向、姿態(tài)、航速和高度的控制依據(jù)，采用測(cè)距傳感器一測(cè)量飛機(jī)到地面距離，用于輔助航行高度判斷，采用測(cè)距傳感器二判斷無(wú)人機(jī)航向前方障礙物，用于輔助主動(dòng)避障，控制無(wú)人機(jī)系統(tǒng)向著返航目的地方向飛行，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)gnss信號(hào)狀態(tài)，返航過(guò)程中，若gnss信號(hào)狀態(tài)恢復(fù)正常，進(jìn)入步驟9-5。

37、進(jìn)一步的，所述gnss信號(hào)狀態(tài)異常包括gnss定位失敗、gnss定位數(shù)據(jù)突變，其中，gnss定位數(shù)據(jù)突變導(dǎo)致gnss信號(hào)狀態(tài)異常后，當(dāng)發(fā)生第二次數(shù)據(jù)突變后，且無(wú)人機(jī)返航接近信號(hào)發(fā)射器天線1km范圍內(nèi)，認(rèn)為gnss信號(hào)狀態(tài)恢復(fù)正常，進(jìn)入步驟9-5。

38、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果在于：

39、其一，本發(fā)明在無(wú)人機(jī)受到控制信號(hào)或gnss定位信號(hào)干擾時(shí)，能夠在不依靠gnss定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)的情況下，向信號(hào)發(fā)射器天線安裝位置返航，使無(wú)人機(jī)脫離墜機(jī)和迷失危險(xiǎn)，避免造成墜機(jī)及安全生產(chǎn)事故；

40、其二，本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)的控制通信連接狀態(tài)和gnss信號(hào)狀態(tài)，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確判斷無(wú)人機(jī)當(dāng)前的飛行環(huán)境和可能遇到的問(wèn)題。這種雙重判斷機(jī)制提高了無(wú)人機(jī)對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力和應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的能力；

41、其三，本發(fā)明在控制通信連接狀態(tài)或gnss信號(hào)狀態(tài)異常時(shí)，系統(tǒng)引入了延遲時(shí)間（t1、t2、t3），用于進(jìn)一步確認(rèn)信號(hào)狀態(tài)是否能夠恢復(fù)正常。這種延遲機(jī)制可以避免因暫時(shí)的信號(hào)波動(dòng)而過(guò)早地觸發(fā)返航程序，從而提高任務(wù)的成功率；

42、其四，系統(tǒng)根據(jù)不同的故障狀態(tài)（g1、g2、g3）采取不同的返航策略，當(dāng)控制通信連接狀態(tài)異常而gnss信號(hào)正常時(shí)（狀態(tài)g1），無(wú)人機(jī)可以利用gnss數(shù)據(jù)自動(dòng)返航；而當(dāng)兩種信號(hào)都異常時(shí)（狀態(tài)g3），無(wú)人機(jī)則依賴定向羅盤(pán)和慣導(dǎo)模塊進(jìn)行返航，使得無(wú)人機(jī)能夠在各種情況下安全返回，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。