一种无人飞行器预警定位装置及其预警定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无人飞行器预警领域，特别是涉及一种无人飞行器预警定位装置及预 警定位方法。
【背景技术】
[0002] 当前无人飞行器已经开始广泛的介入广大群众的日常生活。无人飞行器由于能够 完成直上直下的起飞与降落，并且能够在空中悬停，飞行更加灵活，所以相较于传统的固定 翼式飞行器，有其自身特点，并得到了广泛应用。现有法规对于通航领域的飞行管理还不是 很完善，但是对于飞行高度不高，往往处于视距范围内的无人飞行器，目前的监管还是一个 空白。
[0003] 虽然，无人飞行器在航拍、物流、巡逻等方面，开始给予广大消费者以全新的体验， 并且拥有着广泛的应用前景，但同时，无人飞行器无监管的飞行，也会带来一些困扰。由于 飞行器本身质量水平不一，控制飞行器的飞手的操纵水平差异也很大，所以，无人飞行器误 入一些禁飞区的新闻屡见不鲜。比如，四轴飞行器闯入白宫的新闻、四轴飞行器飞越巴黎政 府区的新闻。甚至，也诱发了一些敏感人士担心，可能会有不良人士操纵四轴飞行器来实施 偷拍。
[0004] 在重点安防区域，如果无人飞行器抵近飞行，则需要采取主动防御措施，防止无人 飞行器抵近拍摄，非法传递信息，甚至携带危险品进入重点安防区域。因此重点安防区域存 在侦测并抵御无人飞行器飞行的需求。
[0005] 根据无人机的特性，其有别于有人驾驶飞机，无人机的飞行过程一定受到地面站 无线控制。因此在无人机抵近重点安防区域之前，可以采用频率侦测、跟踪和定位的方式， 预先发现无人机控制者，采取人为干预手段阻止无人机控制者的控制无人机在安防区域或 禁飞区飞行。
[0006]目前，由工信部批注的无人机工作频率和工作方式如下表所示，此外工信部未批 准但无人机爱好者常用的无人机控制和图传频段还包括：上行/下行433MHz跳频方式，下 行5800MHz波道指配方式。因此本系统将重点针对以上提及的频率范围和工作方式实施频 率侦测和频率压制。
[0007]
[0008] 专利CN202261322U公开了一种无线电信号压制系统，其特征在于所述压制系统 包括监测接收机，该监测接收机连接设置一终端控制计算机，该终端控制计算机连接设置 一压制信号的信号激励器，该信号激励器通过压制信号的放大分配器与射频激励器连接， 射频激励器经由连接的功率放大器连接天馈系统。该无线电信号压制系统能够有效对各 频段的无线电信号实施干扰压制，其能够产生有效压制波形，实现了任意单音和多音信号 的压制信号生成及发送，可作为无线电管理机构在日常设备维护和特殊应用场合的专用设 备。但其并不能针对无人飞行器进行信号侦测以及信号压制。
[0009] 专利CN102508237公开了一种角跟踪系统，其特征是包括控制中心、天线分系统、 馈线分系统、发射分系统、接收分系统、伺服分系统和通讯接口分系统，所述天线分系统包 括电线座，以及安装在天线座上的定向天线、全向天线和定向喇叭，所述发射分系统，包括 上变频器、频控处理器、功放和选择开关；由控制中心送来的基带激励信号送给发射分系 统，在发射分系统内，基带激励信号经上变频器后送至功放；功放的输出端连接选择开关 的输入端；所述选择开关的输出端分别连接定向天线、全向天线和定向喇机的发射信号输 入端；所述定向天线通过馈线分系统连接该选择开关的输出端；频控处理器接收来自控制 中心的控制信号，并依此输出选择开关、上变频器频率选择和功放的控制信号，所述馈线分 系统，本分系统传输发射信号给定向天线，接收相应频率回波信号，在发射信号的同时接收 和Σ、方位差ΔΑ二路接收信号，再经接收分系统送接收机；本分系统包括双工器、加减器、 左馈源和右馈源；对于定向天线的发射信号，该发射信号依次经双工器、加减器和左馈源输 出；接收和Σ信号依次经左馈源、加减器和端口输出至双工器，接收方位差ΔΑ信号由左右 馈源经加减器差输出，所述接收分系统，包括选择开关、LNA、下变频器、频控处理器和中频 接收机；本选择开关的一个输出端依次连接LNA和下变频器，下变频器的输出端连接中频 接收机的输入端；该选择开关有三个输入端，全向天线和定向喇机分别连接该选择开关的 两个输入端；本选择开关的另一个输入端接收所述Σ信号和△A信号；本频控处理器接收 来自控制中心的控制信号，并依此输出选择开关、下变频器的控制信号，所述伺服分系统， 包括伺服控制器和驱动电机，所述伺服控制器的控制信号输出给驱动电机，驱动电机驱动 电线座作转动和俯仰动作，所述通讯接口分系统，连接在控制中心与发射分系统的频控处 理器、接收分系统的频控处理器以及伺服分系统的伺服控制器之间。该专利文献有较高的 测角精度和良好的搜索、捕获能力，但部件多、结构复杂且成本昂贵而无法得到广泛的应用 且无法对无人飞行器进行信号压制。
[0010] 专利CN103822699A公开了一种无人直升机振动在线监测系统，其特征在于：包 括：机载通信设备，主要作用是发射经过分析处理的振动信号；地面通信控制设备，接收机 载通信设备发送来的实时振动信号，以图形或声音形式实现报警、提示及演示无人直升机 的空中飞行实时振动情况；传感器，设在无人直升机的一处或多处机身上，感应机身各处的 位移、速度和加速度；采集仪，将传感器感应到的各种信号转换成电信号并传递给分析仪， 所述采集仪主要由抗混滤波、数模转换和DSP处理器组成；所述抗混滤波和DSP处理器的截 止频率为所述采集仪最大采样频率的1/2. 56倍，阻带衰减：一 120dB/0ct，平坦度0. 05dB/ Oct;分析仪，对采集仪传输过来的电信号与预设的极限值进行比对判断，如果传输过来的 电信号没有超出预设的极限值，则不触发其他动作；如果传输过来的电信号超出预设的极 限值，分析仪将分析结果通过机载通信设备发送至地面通信控制设备。该专利文献公开的 这种在线监测系统能够让地面操控人员实时的掌握无人直升机的飞行状态，但其需要机载 设备配合，无法实现预警功能，也无法对无人飞行器进行信号压制。
[0011] 因此，当前存在一种需求，设计并实现了一种无人机抵近飞行侦测和定位装置，通 过侦测无人机工作频段，提前预警无人机抵近飞行，并在通过无人机控制频段定位无人机 操控者，能够提前感应到高速飞行的无人飞行器，并实施预警和提供有针对性的信号压制， 以及结构简单、成本低适用范围广。
【发明内容】
[0012] 本发明公开了一种无人飞行器预警定位装置及预警定位方法，其实现了一种无人 飞行器抵近飞行侦测和频率压制，通过侦测无人飞行器工作频段，提前预警无人飞行器抵 近飞行，并在无人飞行器控制频段和数据传输频段释放干扰，阻止无人飞行器抵近飞行至 受保护的安防区域。
[0013] 本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
[0014] 根据本发明的第一方面，本发明公开的一种无人飞行器预警定位装置包括多个接 收天线、频谱功率分析模块、预警模块和定位模块。
[0015] 所述多个接收天线用于实时扫描区域内电磁环境信号并发送到所述频谱功率分 析模块。
[0016] 所述频谱功率分析模块包括使所述多个接收天线发送的信号保持时钟同步的同 步模块，所述频谱功率分析模块处理并转换所述信号为功率谱并发送到所述预警模块。
[0017] 所述预警模块包括存储单元和预警单元，所述预警单元将所述功率谱和存储在所 述存储单元中的无人飞行器频段的电磁环境数据对比，当一个或多个中心频点出现超功率 门限变化时，所述预警模块判定存在无人飞行器抵近飞行并发出告警。
[0018] 当所述预警模块判定存在无人飞行器抵近飞行时，所述定位模块提取各个所述接 收天线在无人飞行器频段上的功率值，通过接收信号强度指示测距（RSSI)分别计算所述 接收天线与无人飞行器之间的距离。
[0019] 优选地，所述接收信号强度指示测距（RSSI)使用无线传播模型进行测距。
[0020] 优选地，当所述区域为大致平面时，所述无线传播模型为Lp= -32.44-201g d(Km)-201gf(MHz)，其中，Lp是自由空间传播损耗，无人飞行器频点发射功率值减去接收 天线接收的对应频点的功率值，单位为dBm;d是距离，单位是Km是无人飞行器工作频 率，单位是MHz。
[0021] 当无人飞行器抵近飞行时，由于无人飞行器通信的原理，会在区域内无人飞行器 通信工作频段内带来异常功率增