無人機(jī)信號處理裝置及信號處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于飛行器預(yù)警領(lǐng)域，特別是無人飛行器的預(yù)警，其涉及一種無人機(jī)信號 處理裝置及信號處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前無人機(jī)已經(jīng)開始廣泛的介入廣大群眾的日常生活。無人機(jī)由于能夠完成直上 直下的起飛與降落，并且能夠在空中懸停，飛行更加靈活，所以相較于傳統(tǒng)的固定翼式飛行 器，有其自身特點(diǎn)，并得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有法規(guī)對于通航領(lǐng)域的飛行管理還不是很完善， 但是對于飛行高度不高，往往處于視距范圍內(nèi)的無人機(jī)，目前的監(jiān)管還是一個(gè)空白。
[0003] 雖然，無人機(jī)在航拍、物流、巡邏等方面，開始給予廣大消費(fèi)者以全新的體驗(yàn)，并且 擁有著廣泛的應(yīng)用前景，但同時(shí)，無人機(jī)無監(jiān)管的飛行，也會帶來一些困擾。由于飛行器本 身質(zhì)量水平不一，控制飛行器的飛手的操縱水平差異也很大，所以，無人機(jī)誤入一些禁飛區(qū) 的新聞屢見不鮮。比如，四軸飛行器闖入白宮的新聞、四軸飛行器飛越巴黎政府區(qū)的新聞。 甚至，也誘發(fā)了一些敏感人士擔(dān)心，可能會有不良人士操縱四軸飛行器來實(shí)施偷拍。
[0004] 在重點(diǎn)安防區(qū)域，如果無人機(jī)抵近飛行，則需要采取主動防御措施，防止無人機(jī)抵 近拍攝，非法傳遞信息，甚至攜帶危險(xiǎn)品進(jìn)入重點(diǎn)安防區(qū)域。因此重點(diǎn)安防區(qū)域存在偵測并 抵御無人機(jī)飛行的需求。
[0005] 專利CN202261322U公開了一種無線電信號壓制系統(tǒng)，其特征在于所述壓制系統(tǒng) 包括監(jiān)測接收機(jī)，該監(jiān)測接收機(jī)連接設(shè)置一終端控制計(jì)算機(jī)，該終端控制計(jì)算機(jī)連接設(shè)置 一壓制信號的信號激勵(lì)器，該信號激勵(lì)器通過壓制信號的放大分配器與射頻激勵(lì)器連接， 射頻激勵(lì)器經(jīng)由連接的功率放大器連接天饋系統(tǒng)。該無線電信號壓制系統(tǒng)能夠有效對各 頻段的無線電信號實(shí)施干擾壓制，其能夠產(chǎn)生有效壓制波形，實(shí)現(xiàn)了任意單音和多音信號 的壓制信號生成及發(fā)送，可作為無線電管理機(jī)構(gòu)在日常設(shè)備維護(hù)和特殊應(yīng)用場合的專用設(shè) 備。但其并不能針對無人機(jī)進(jìn)行信號偵測以及信號壓制。
[0006] 專利CN102508237公開了一種角跟蹤系統(tǒng)，其特征是包括控制中心、天線分系統(tǒng)、 饋線分系統(tǒng)、發(fā)射分系統(tǒng)、接收分系統(tǒng)、伺服分系統(tǒng)和通訊接口分系統(tǒng)，所述天線分系統(tǒng)包 括電線座，以及安裝在天線座上的定向天線、全向天線和定向喇叭，所述發(fā)射分系統(tǒng)，包括 上變頻器、頻控處理器、功放和選擇開關(guān)；由控制中心送來的基帶激勵(lì)信號送給發(fā)射分系 統(tǒng)，在發(fā)射分系統(tǒng)內(nèi)，基帶激勵(lì)信號經(jīng)上變頻器后送至功放；功放的輸出端連接選擇開關(guān) 的輸入端；所述選擇開關(guān)的輸出端分別連接定向天線、全向天線和定向喇機(jī)的發(fā)射信號輸 入端；所述定向天線通過饋線分系統(tǒng)連接該選擇開關(guān)的輸出端；頻控處理器接收來自控制 中心的控制信號，并依此輸出選擇開關(guān)、上變頻器頻率選擇和功放的控制信號，所述饋線分 系統(tǒng)，本分系統(tǒng)傳輸發(fā)射信號給定向天線，接收相應(yīng)頻率回波信號，在發(fā)射信號的同時(shí)接收 和Σ、方位差ΔΑ二路接收信號，再經(jīng)接收分系統(tǒng)送接收機(jī)；本分系統(tǒng)包括雙工器、加減器、 左饋源和右饋源；對于定向天線的發(fā)射信號，該發(fā)射信號依次經(jīng)雙工器、加減器和左饋源輸 出；接收和Σ信號依次經(jīng)左饋源、加減器和端口輸出至雙工器，接收方位差ΔΑ信號由左右 饋源經(jīng)加減器差輸出，所述接收分系統(tǒng)，包括選擇開關(guān)、LNA、下變頻器、頻控處理器和中頻 接收機(jī)；本選擇開關(guān)的一個(gè)輸出端依次連接LNA和下變頻器，下變頻器的輸出端連接中頻 接收機(jī)的輸入端；該選擇開關(guān)有三個(gè)輸入端，全向天線和定向喇機(jī)分別連接該選擇開關(guān)的 兩個(gè)輸入端；本選擇開關(guān)的另一個(gè)輸入端接收所述Σ信號和△ A信號；本頻控處理器接收 來自控制中心的控制信號，并依此輸出選擇開關(guān)、下變頻器的控制信號，所述伺服分系統(tǒng)， 包括伺服控制器和驅(qū)動電機(jī)，所述伺服控制器的控制信號輸出給驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動 電線座作轉(zhuǎn)動和俯仰動作，所述通訊接口分系統(tǒng)，連接在控制中心與發(fā)射分系統(tǒng)的頻控處 理器、接收分系統(tǒng)的頻控處理器以及伺服分系統(tǒng)的伺服控制器之間。該專利文獻(xiàn)有較高的 測角精度和良好的搜索、捕獲能力，但部件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本昂貴而無法得到廣泛的應(yīng)用 且無法對無人機(jī)進(jìn)行信號壓制。
[0007] 專利CN103822699A公開了一種無人直升機(jī)振動在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包 括：機(jī)載通信設(shè)備，主要作用是發(fā)射經(jīng)過分析處理的振動信號；地面通信控制設(shè)備，接收機(jī) 載通信設(shè)備發(fā)送來的實(shí)時(shí)振動信號，以圖形或聲音形式實(shí)現(xiàn)報(bào)警、提示及演示無人直升機(jī) 的空中飛行實(shí)時(shí)振動情況；傳感器，設(shè)在無人直升機(jī)的一處或多處機(jī)身上，感應(yīng)機(jī)身各處的 位移、速度和加速度；采集儀，將傳感器感應(yīng)到的各種信號轉(zhuǎn)換成電信號并傳遞給分析儀， 所述采集儀主要由抗混濾波、數(shù)模轉(zhuǎn)換和DSP處理器組成；所述抗混濾波和DSP處理器的截 止頻率為所述采集儀最大采樣頻率的1/2. 56倍，阻帶衰減：一 120dB/0ct，平坦度0. 05dB/ Oct ;分析儀，對采集儀傳輸過來的電信號與預(yù)設(shè)的極限值進(jìn)行比對判斷，如果傳輸過來的 電信號沒有超出預(yù)設(shè)的極限值，則不觸發(fā)其他動作；如果傳輸過來的電信號超出預(yù)設(shè)的極 限值，分析儀將分析結(jié)果通過機(jī)載通信設(shè)備發(fā)送至地面通信控制設(shè)備。該專利文獻(xiàn)公開的 這種在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠讓地面操控人員實(shí)時(shí)的掌握無人直升機(jī)的飛行狀態(tài)，但其需要機(jī)載 設(shè)備配合，無法實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能，也無法對無人機(jī)進(jìn)行信號壓制。
[0008] 因此，當(dāng)前存在一種需求，是能夠提前感應(yīng)到高速飛行的無人機(jī)，并實(shí)施預(yù)警和提 供有針對性的信號壓制，以及結(jié)構(gòu)簡單、成本低適用范圍廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 根據(jù)無人機(jī)的特性，其有別于有人駕駛飛機(jī)，無人機(jī)的飛行過程一定受到地面站 無線控制。因此在無人機(jī)抵近重點(diǎn)安防區(qū)域之前，可以采用頻率壓制的方式，預(yù)先破壞無人 機(jī)飛行控制上行數(shù)據(jù)鏈以及數(shù)據(jù)、圖像傳輸下行數(shù)據(jù)鏈，達(dá)到阻止無人機(jī)進(jìn)一步靠近重點(diǎn) 安防區(qū)域，防止受保護(hù)區(qū)域圖像泄露的目的。
[0010] 本發(fā)明公開了一種無人機(jī)信號處理裝置及信號處理方法，其實(shí)現(xiàn)了一種無人機(jī)抵 近飛行偵測和頻率壓制，通過偵測無人機(jī)工作頻段，提前預(yù)警無人機(jī)抵近飛行，并在無人機(jī) 控制頻段和數(shù)據(jù)傳輸頻段釋放干擾，阻止無人機(jī)抵近飛行至受保護(hù)的安防區(qū)域。
[0011]目前，由工信部批注的無人機(jī)工作頻率和工作方式如下表1所示，此外工信部未 批準(zhǔn)但無人機(jī)愛好者常用的無人機(jī)控制和圖傳頻段還包括：上行/下行433MHz跳頻方式， 下行5800MHz波道指配方式。因此本系統(tǒng)將重點(diǎn)針對以上提及的頻率范圍和工作方式實(shí)施 頻率偵測和頻率壓制。
[0012] 表 1
[0013]
[0015] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明公開的一種無人機(jī)信號處理裝置包括接收模塊、 監(jiān)控模塊、預(yù)警模塊。
[0017] 所述接收模塊利用全向接收天線掃描無人機(jī)工作的上行和下行工作頻段用于實(shí) 時(shí)掃描無人機(jī)信號。所述接收模塊有針對性地對無人機(jī)工作頻段進(jìn)行掃描，提高了掃描效 率。
[0018] 監(jiān)控模塊包括將接收到的信號按相同的功率分為多路信號的功率分配器、將每路 信號進(jìn)行帶通濾波的帶通濾波單元、將所述信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換單元和對數(shù)字 信號進(jìn)行傅里葉變換且將時(shí)域數(shù)據(jù)變化為頻域數(shù)據(jù)的頻譜分析單元。
[0019] 監(jiān)控模塊通過功率分配器進(jìn)行多路信號處理，提高了監(jiān)控的準(zhǔn)確性，在帶通濾波 單元的作用下，提供了監(jiān)控精度。
[0020] 預(yù)警模塊包括存儲無人機(jī)頻域數(shù)據(jù)的存儲單元和將頻譜分析單元發(fā)來的當(dāng)前頻 域數(shù)據(jù)和存儲單元中存儲的無人機(jī)頻域數(shù)據(jù)比較的比較單元，當(dāng)比較結(jié)果處于預(yù)定范圍內(nèi) 時(shí)，預(yù)警模塊發(fā)出警報(bào)。
[0021] 當(dāng)無人機(jī)抵近飛行時(shí)，由于無人機(jī)通信的原理，會在安防區(qū)域內(nèi)無人機(jī)通信工 作頻段內(nèi)帶來異常功率增益。例如，無人機(jī)設(shè)定在2440MHz頻段，有效全向輻射功率為 100mw，即為20dbm，地面端天線增益為5dbi，機(jī)載端天線增益為2dbi，則實(shí)際信號功率為上 行25dbm，下行22dbm。己方探測天線距離無人機(jī)2KM，接收天線增益為lOdbi，接收靈敏度 為-IOldBm+- 2dBm。自由空間路徑損耗公式為：Ls = 32. 4+20Logf+20Logd，其中f為頻 率，單位為MHz，d為距離，單位為KM ;則到達(dá)己方天線的接收電平為20+5-32. 4-67. 6-6+10 =-71dbm。預(yù)警模塊接收頻譜分析單元發(fā)來的頻域數(shù)據(jù)，和存儲單元中的無人機(jī)頻域數(shù)據(jù) 相比，如上例所述，超過了預(yù)定范圍，預(yù)警模塊發(fā)出警報(bào)。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明公開的一種無人機(jī)信號處理裝置包括接收模塊、 監(jiān)控模塊、預(yù)警模塊、干擾模塊和發(fā)射模塊。
[0023] 所述接收模塊利用全向接收天線掃描無人機(jī)工作的上行和下行工作