一种可识别目标属性的无人机探测系统及方法与流程

1.本发明涉及无人机探测技术领域，具体而言，涉及一种可识别目标属性的无人机探测系统及方法。


背景技术：

2.目前，如机场、水电大坝、电站等重要场所经常受到非法无人机的入侵，对场所的安全造成严重的影响。因此，对一些重要场所实施针对非法无人机的安全管控具有重要意义。针对非法无人机的安全管控一般采用反无人机探测雷达对空中无人机进行监视跟踪，并启动电子对抗手段（如电子干扰枪）对其进行干扰和驱离。但是，由于现有的反无人机雷达缺乏对空中无人机的属性进行分类识别的能力，从而无法准确识别出非法无人机和我方无人机，导致对空中执行任务的我方无人机造成干扰。有鉴于此，特提出本技术。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是：现有的反无人机雷达缺乏对空中无人机的属性进行分类识别的能力，会对我方无人机造成干扰。目的在于提供一种可识别目标属性的无人机探测系统及方法，通过在我方无人机上安装受激辐射器，对受激辐射信号和回波信号进行匹配滤波和关联匹配，实现既能对管控区域上方是否存在无人机进行探测，又能对探测到的无人机的属性（非法无人机或我方无人机）。
4.本发明通过下述技术方案实现：一方面，本发明提供一种可识别目标属性的无人机探测系统，包括雷达发射器，用于向空中发射雷达信号；受激辐射器，用于对雷达信号进行受激，并辐射出受激辐射信号；所述受激辐射器安装在我方无人机上；雷达接收器，用于接收来自无人机的反射信号；所述反射信号包括仅来自非法无人机的回波信号、仅来自我方无人机的回波信号和受激辐射信号，以及既来自非法无人机的回波信号又来自我方无人机的回波信号和受激辐射信号；数字信号处理器，用于对所述反射信号进行匹配滤波处理，输出匹配滤波结果，对所述匹配滤波结果进行融合处理，输出无人机探测结果和无人机属性识别结果。
5.进一步的，所述受激辐射器为无源受激辐射器，所述无源受激辐射器包括输入匹配网络、谐振网络、无源晶体振荡器、hemt晶体管和电容型传感器，所述输入匹配网络与所述hemt晶体管的漏极连接，所述谐振网络与所述hemt晶体管的源极连接，所述无源晶体振荡器与所述hemt晶体管的栅极连接，所述电容型传感器连接在所述hemt晶体管的栅极和所述无源晶体振荡器之间。
6.进一步的，所述数字信号处理器包括回波信号处理单元，用于对回波信号进行匹配滤波处理，输出回波信号携带的无人机位置信息；受激辐射处理单元，用于对受激辐射信号进行匹配滤波处理，输出受激辐射信号携带的无人机位置信息；关联匹配单元，用于设置关联门限，并根据所述关联门限将所述回波信号处理单元输出的无人机位置信息与所述受激辐射处理单元输出的无人机位置信息进行关联匹配，输出无人机探测结果和无人机属性
识别结果。
7.另一方面，本发明提供一种可识别目标属性的无人机探测方法，本方法基于上述无人机探测系统，包括以下步骤：向空中发射雷达信号；接收来自无人机的反射信号，所述反射信号包括仅来自非法无人机的回波信号、仅来自我方无人机的回波信号和受激辐射信号，以及既来自非法无人机的回波信号又来自我方无人机的回波信号和受激辐射信号；对所述反射信号进行匹配滤波处理，得到匹配滤波结果；对所述匹配滤波结果进行融合处理，得到无人机探测结果和无人机属性识别结果。
8.进一步的，所述受激辐射信号的频率与我方无人机反射的回波信号的频率正交，所述受激辐射信号的时宽、带宽和重复周期与我方无人机反射的回波信号的时宽、带宽和重复周期对应相同。
9.进一步的，对所述反射信号进行匹配滤波处理包括以下步骤：对回波信号进行匹配滤波处理，输出回波信号携带的无人机位置信息；对受激辐射信号进行匹配滤波处理，通过信号检测和参数估计，获得无人机位置信息。
10.进一步的，所述无人机位置信息包括无人机与雷达信号发射地点之间的距离和角度。
11.进一步的，对回波信号进行匹配滤波处理的方法为：建立回波信号匹配滤波模型，利用所述回波信号匹配滤波模型对回波信号进行匹配滤波处理；所述回波信号匹配滤波模型的表达式为 ，其中，表示回波信号，，表示雷达发射信号，表示雷达信号发射点与无人机之间的双程距离对应的时延，，f0表示雷达信号载波，表示雷达信号的调制函数，表示回波信号匹配滤波函数；对受激辐射信号进行匹配滤波处理的方法为：建立受激辐射信号匹配滤波模型，利用所述受激辐射信号匹配滤波模型对受激辐射信号进行匹配滤波处理；所述受激辐射信号匹配滤波模型的表达式为，其中，表示受激辐射信号，，，f1表示受激辐射设备相对于发射信号辐射的频率，当f1与f0频率间隔超过雷达发射信号带宽时，回波信号与受激辐射信号频率正交，表示受激辐射信号匹配滤波函数。
12.进一步的，对所述匹配滤波结果进行融合处理包括以下步骤：s1：设置距离关联门限和角度关联门限；s2：将回波信号携带的无人机位置信息中的距离rr与受激辐射信号携带的无人机位置信息中的聚类re进行匹配，将回波信号携带的无人机位置信息中的角度与受激辐射信号携带的无人机位置信息中的角度进行匹配，若且，则判定探测到的无人机为我方无人机，否则判定探测到底无人机为非法无人机。
13.进一步的，所述s2之前包括以下步骤：检测接收到的反射信号中是否包含受激辐射信号；若包含受激辐射信号，则继续执行s2；否则，判定探测到的无人机为非法无人机。
14.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、现有技术仅对空中无人机进行监视跟踪，无法对无人机的属性进行识别，本发明在我方无人机上安装了受激辐射器，将该受激辐射器作为区分我方无人机与非法无人机
的标志；一方面通过检测回波信号可实现无人机探测，另一方面，根据受激辐射器与我方无人机的距离小于其与非法无人机的距离的关系特点设置了关联门限，通过将回波信号携带的无人机位置参数与受激辐射信号携带的无人机位置参数进行关联匹配，将关联匹配结果与关联门限进行综合判断，从而实现对我方无人机和非法入侵无人机的属性识别。2、受激辐射器采用无源工作体制，无需供电且体积小、重量轻，可适用于小微无人机。3、受激辐射信号的格式与回波信号信号的格式相同，且二者同时被雷达接收器接收，具备相同的时间、频率、天线孔径接收资源，另外两种信号的距离和角度的分辨率相同、测量精度近似，可实现良好的关联匹配效果；4、受激辐射信号的频率与回波信号的频率正交，探测与识别互不干扰；5、不需改动现有雷达设备的硬件，仅在数字信号处理段对接收到的信号进行匹配处理，即可同时实现对无人机的探测和属性识别，具备探测与识别一体化能力。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，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。
16.图1为本发明实施例1提供的可识别目标属性的无人机探测系统中各组成部分的位置及关系示意图；图2为本发明实施例2提供的可识别目标属性的无人机探测方法流程示意图；图3为本发明实施例2提供的仅探测到我方无人机情况下，回波信号检测位置、受激辐射信号检测位置及关联门限之间的关系示意图；图4为本发明实施例2提供的仅探测到非法无人机情况下，回波信号检测位置、受激辐射信号检测位置及关联门限之间的关系示意图；图5为本发明实施例2提供的同时探测到非法无人机和我方无人机的情况下，回波信号检测位置、受激辐射信号检测位置及关联门限之间的关系示意图。
17.附图中标记及对应的零部件名称：1-雷达发射器，2-受激辐射器，3-雷达接收器，4-数字信号处理器，41-回波信号处理单元，42-受激辐射处理单元，43-关联匹配单元。
实施方式
18.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
19.实施例1如图1所示，本发明实施例提供的一种可识别目标属性的无人机探测系统，包括雷达发射器1，用于向空中发射雷达信号；受激辐射器2，用于对雷达信号进行受激，并辐射出受激辐射信号；雷达接收器3，用于接收来自无人机的反射信号；所述反射信号包括仅来自非法无人机的回波信号、仅来自我方无人机的回波信号和受激辐射信号，以及既来自非法无人机的回波信号又来自我方无人机的回波信号和受激辐射信号；数字信号处理器4，用于
对所述反射信号进行匹配滤波处理，输出匹配滤波结果，对所述匹配滤波结果进行融合处理，输出无人机探测结果和无人机属性识别结果。
20.其中，受激辐射器安装在我方无人机上，可在我方无人机反射回波信号的同时对回波信号进行受激，并辐射出用于识别我方无人机的受激辐射信号。由于非法无人机上未安装受激辐射器，无法辐射出受激辐射信号，因此该受激辐射器可作为区分我方无人机与非法无人机的标志。
21.需说明的是，本实施例提供的受激辐射器是一种无源受激辐射器。其基本电路结构中包括一个输入匹配网络、一个谐振网络、一个无源晶体振荡器、一个hemt晶体管和一个电容型传感器，所述输入匹配网络与所述hemt晶体管的漏极连接，所述谐振网络与所述hemt晶体管的源极连接，所述无源晶体振荡器与所述hemt晶体管的栅极连接，所述电容型传感器连接在所述hemt晶体管的栅极和所述无源晶体振荡器之间。
22.此结构的无源受激辐射器无需供电即可实现传感信号的无源变频传输，且体积小、重量轻、成本低廉，可适用于小微无人机。
23.此外，图1所示的数字信号处理器4包括回波信号处理单元41，用于对回波信号进行匹配滤波处理，输出回波信号携带的无人机位置信息；受激辐射处理单元42，用于对受激辐射信号进行匹配滤波处理，输出受激辐射信号携带的无人机位置信息；关联匹配单元43，用于设置关联门限，并根据所述关联门限将所述回波信号处理单元41输出的无人机位置信息与所述受激辐射处理单元42输出的无人机位置信息进行关联匹配，输出无人机探测结果和无人机属性识别结果。
24.本实施例提供的一种可识别目标属性的无人机探测系统，其工作原理如下：架设在管控区域的雷达发射器向空中发射雷达信号，对空中无人机进行探测。当发射的雷达信号照射到无人机后，无人机反射回波信号至地面，由雷达接收器可接收。一方面，数值信号处理器对接收到的回波信号进行匹配滤波，通过信号检测和参数估计，获得无人机位置信息（距离和角度），即可实现对空中无人机的探测。另一方面，安装了无源受激辐射器的我方无人机对雷达信号进行无源受激，并辐射出与我方无人机反射的回波信号频率正交，信号时宽、带宽、重复周期相同的受激辐射信号；受激辐射信号与回波信号同时给雷达接收器接收；由于回波信号与受激辐射信号频率正交，在数字信号处理其中，分别由回波信号处理单元对回波信号进行匹配滤波，解析出回波信号中携带的无人机位置信息（距离和角度），由受激辐射信号处理单元对受激辐射信号进行匹配滤波，解析出受激辐射信号中携带的无人机信息（距离和角度），若回波信号与受激辐射信号的距离和角度值处于关联门限内，则可判断探测到的无人机为我方无人机，否则为非法无人机。
25.综上所述，本实施例提供的一种可识别目标属性的无人机探测系统，通过在我方无人机上安装受激辐射器，一方面通过检测回波信号可实现无人机探测；另一方面，将回波信号携带的无人机位置参数与受激辐射信号携带的无人机位置参数进行关联匹配，将关联匹配结果与关联门限进行综合判断，又可实现对我方无人机和非法入侵无人机的属性识别。
26.实施例2本实施例提供的一种可识别目标属性的无人机探测方法，基于实施例1所示的无人机探测系统，同样需要在我方无人机上安装如实施例1提供的受激辐射器，通过本方法可
同时实现对无人机进行探测和对无人机的属性进行识别。该方法的实施流程如图2所示，包括以下步骤：步骤1：向空中发射雷达信号。
27.步骤2：接收来自无人机的反射信号。所述反射信号包括仅来自非法无人机的回波信号、仅来自我方无人机的回波信号和受激辐射信号，以及既来自非法无人机的回波信号又来自我方无人机的回波信号和受激辐射信号。
28.需说明的是，由于在管控区域的上空可能同时存在非法无人机和我方无人机，因此在向控制发生雷达信号后，地面接收到的无人机反射信号包含以下三种情况：第一种情况，当管控区域的上空仅由非法无人机时，接收到的反射信号中仅包含非法无人机反射的回波信号；第二种情况，当管控区域的上空仅存在我方无人机时，由于我方无人机上安装有受激辐射器，受激辐射器会对雷达信号进行受激，并辐射出与我方无人机反射的回波信号频率正交，信号时宽、带宽、重复周期相同的受激辐射信号，因此接收到的反射信号中会同时包含我方无人机反射的回波信号和受激辐射器辐射的受激辐射信号；第三种情况，当管控区域的上空同时存在非法无人机和我方无人机时，接收到的反射信号中会同时包含非法无人机反射的回波信号、我方无人机反射的回波信号和受激辐射器辐射的受激辐射信号。
29.步骤3：对回波信号进行匹配滤波处理，输出回波信号携带的无人机位置信息；对受激辐射信号进行匹配滤波处理，输出受激辐射信号携带的无人机位置信息。所述的无人机位置信息是指无人机与雷达信号发射地点之间的距离和角度。由于受激辐射信号的频率与回波信号的频率正交，因此本实施例分别对回波信号和受激辐射信号独立的匹配滤波处理，从而探测与识别互不干扰。
30.需进一步说明的是，本实施例是利用回波信号匹配滤波模型对回波信号进行处理，回波信号匹配滤波模型的表达式为，其中，表示回波信号，，表示雷达发射信号，表示雷达信号发射点与无人机之间的双程距离对应的时延，，f0表示雷达信号载波，表示雷达信号的调制函数，表示回波信号匹配滤波函数；对受激辐射信号进行匹配滤波处理的方法为：建立受激辐射信号匹配滤波模型，利用所述受激辐射信号匹配滤波模型对受激辐射信号进行匹配滤波处理；所述受激辐射信号匹配滤波模型的表达式为，其中，表示受激辐射信号，，，f1表示受激辐射设备相对于发射信号辐射的频率，当f1与f0频率间隔超过雷达发射信号带宽时，回波信号与受激辐射信号频率正交，表示受激辐射信号匹配滤波函数。
31.步骤4：对回波信号携带的无人机位置信息与受激辐射信号携带的无人机位置信息进行融合处理，输出无人机探测结果和无人机属性识别结果。
32.具体而言，首先设置距离关联门限和角度关联门限；s2：将回波信号携带的无人机位置信息中的距离rr与受激辐射信号携带的无人机位置信息中的聚类re进行匹配，将回波信号携带的无人机位置信息中的角度与受激辐射信号携带的无人机位置信息中的角度进行匹配，若且，则判定探测到的无人机为我方无人机，否则判定探测到底无人机为非法无人机。当然，在进行无人机属性识别之前，还需要检测接
收到的反射信号中是否包含受激辐射信号；若包含受激辐射信号，则继续进行无人机属性识别；否则，判定探测到的无人机为非法无人机。
33.根据上述步骤2中描述的三种情况，在步骤4中进行融合处理时则会包含对应的如下三种处理情况：第一种情况，当管控区域上空仅存在我方无人机时，对地面接收到的反射信号进行融合处理的原理如图3所示。图3中，两条虚线交通之间的区域代表雷达波束覆盖区域，实心圆表示对我方无人机反射的回波信号进行匹配滤波后解析出的无人机的位置，正方形代表对我方无人机反射的受激辐射信号进行匹配滤波后解析出的无人机的位置，椭圆代表关联门限。从图中可以看出，从两种信号中解析出的无人机位置信息落在关联门限之内，即受激辐射器与无人机的距离小于门限距离，可认为无人机上安装有受激辐射器，说明探测到的无人机为我方无人机。
34.第二种情况，当管控区域上空仅存在非法无人机时，对地面接收到的反射信号进行融合处理的原理如图4所示。图4中，两条虚线交通之间的区域代表雷达波束覆盖区域，空心圆表示对非法无人机反射的回波信号进行匹配滤波后解析出的无人机的位置，椭圆代表关联门限。由于非法无人机未安装无源受激辐射设备，因此地面无法接收受激辐射信号，故不能解析出受激辐射信号携带的无人机位置信息，则可判断探测到的无人机为非法无人机。
35.第三种情况，当管控区域上空同时存在非法无人机和我方无人机时，对地面接收到的反射信号进行融合处理的原理如图5所示。图5中，两条虚线交通之间的区域代表雷达波束覆盖区域，实心圆表示对我方无人机反射的回波信号进行匹配滤波后解析出的无人机的位置，正方形表示对我方无人机反射的受激辐射信号进行匹配滤波后解析出的无人机的位置，椭圆代表关联门限，空心圆表示对非法无人机反射的回波信号进行匹配滤波后解析出的无人机的位置。如果雷达波束内同时存在我方无人机和非法入侵无人机，经过对回波信号进行匹配滤波处理后可检测到我方无人机和非法无人机，但由于非法无人机与我方无人机之间存在一定的间隔，因此在对回波信号中携带的无人机位置信息和受激辐射信号中携带的无人机信息进行关联匹配时，非法无人机的回波信号中携带的无人机位置信息与受激辐射信号中携带的无人机信息的关联匹配结果将大于关联门限，因此两种信号携带的无人机信息的关联匹配结果小于关联门限时，则可判定探测到的无人机为我方无人机。
36.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。