一种频谱探测与信号压制集成装置及控制方法与流程

本发明涉及反无人机探测、干扰及管控技术领域，尤其涉及一种频谱探测与信号压制集成装置及控制方法。

背景技术：

反无人机干扰器实施压制干扰的工作原理是使用与无人机工作频段相同、功率较高的无线电波，以覆盖无人机与遥控间的无线电通信、无人机接收的卫星定位信号，无人机频谱探测设备的工作原理是探测无人机与遥控间的无线电通信，即无人机频谱探测设备与干扰器若同时工作会相互干扰，当干扰器工作时，产生的信号会被频谱探测设备接收到，使得无人机的信号无法被正确分析，影响频谱探测组件无法实时更新无人机状态。

为了能够同时实现无人机频谱探测、反无人机干扰器，现有技术通常都是简单的将无人机频谱探测、反无人机干扰器进行组合，再通过切换来实现无人机频谱探测或是压制干扰，即先通过天线采集射频信号，对射频信号进行分析，判断是否有无人机目标，一旦检测到无人机目标后开始持续发送干扰信号，在发送干扰信号期间需要中止目标检测流程。如中国专利申请cn201710949168公开一种全频段民用无人机飞控信号精确干扰反制系统与方法，通过将无人机频谱探测、干扰集成一体，频谱信号接收与干扰信号发射共用天线，使用天线切换开关来控制天线接收和发送的转换。

但上述简单的无人机频谱探测、反无人机干扰器进行组合的方案中，无人机频谱探测、反无人机干扰无法同时工作，探测到无人机并开启干扰后，干扰信号是持续发送的，直至干扰停止，而在发送干扰信号期间需要中止目标检测流程，频谱探测设备相当于失效，因此会存在以下问题：

1)干扰开启后无法再实时获取无人机位置，而如果无人机因某些原因不再处于干扰器的有效波束范围，系统由于无法调整干扰器方向，会导致干扰失效；

2)干扰开启后无法判断无人机是否已离开布防区域，如果无人机被成功驱离，可能需要立即停止干扰，但由于系统无法判断是否已驱离，使得无法及时停止干扰。

因此亟需提供一种能够集成无人机频谱探测与信号压制的装置，能够使得能够控制无人机频谱探测与信号压制同时工作，同时频谱探测与信号压制能够相互不影响，避免干扰工作时影响无人机频谱探测。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现简单、能够实现无人机频谱探测与信号压制集成，且频谱探测与信号压制相互不受影响，以及探测、信号压制性能好的频谱探测与信号压制集成装置及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种频谱探测与信号压制集成装置，包括依次连接的天线模块、用于射频信号接收、发射切换的射频切换模块、用于接收射频信号、产生干扰信号发射的信号收发模块以及主控模块，当探测到无人机目标时，所述主控模块按照时分复用的方式在不同时隙轮流切换控制所述信号收发模块经所述天线模块接收射频信号、产生压制干扰信号经所述天线模块进行发射。

作为本发明装置的进一步改进：所述天线模块包括一个以上的低频天线单元和一个以上的高频天线单元，所述主控模块与所述射频切换模块连接，以控制接入对应的所述低频天线单元、高频天线单元进行所需频点射频信号的采集，或控制接入对应的所述低频天线单元、高频天线单元进行所需频点的压制干扰信号发射。

作为本发明装置的进一步改进：各所述低频天线单元、高频天线单元分别固定在一中心固定件上，各所述低频天线单元与各所述高频天线单元相互交错布置在围绕所述中心固定件的圆周上。

作为本发明装置的进一步改进：所述信号收发模块通过合路器与所述射频切换模块连接，所述信号收发模块产生的多路压制干扰信号分别经过所述合路器输出至所述射频切换模块，由所述射频切换模块控制分别通过所述天线模块中各所需天线单元进行发射。

作为本发明装置的进一步改进：所述信号收发模块的输出端还设置有功率放大模块，用于将发送的所述压制干扰信号进行功率放大后输出。

作为本发明装置的进一步改进：所述集成装置为两个以上，各所述集成装置分别与一个时钟控制模块连接，以控制各所述集成装置时钟同步。

本发明进一步提供一种用于上述频谱探测与信号压制集成装置的控制方法，步骤包括：

s1.所述信号收发模块通过所述天线模块采集射频信号，根据采集到的射频信号判断是否有无人机目标，当判断到有无人机目标时，转入执行步骤s2；

s2.按照时分复用的方式在不同时隙轮流切换所述信号收发模块为信号接收模式、干扰信号发射模式，当为所述信号接收模式时，通过接收所述天线模块采集到的射频信号以进行无人机频谱探测，当为所述干扰信号发射模式时，通过所述产生压制干扰信号经所述天线模块进行发射以进行压制干扰。

作为本发明方法的进一步改进：当为所述干扰信号发射模式时，还包括同时执行对采集到的射频信号进行处理以判别无人机目标的运行状态。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s1中采集射频信号的步骤包括：配置所述信号收发模块为信号接收模式，通过所述射频切换模块选通所述天线模块中所需低频天线单元或高频天线单元，选通的天线单元采集一段射频信号后通过所述射频切换模块发送给所述信号收发模块。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s2的步骤包括：

s21.信号采集：配置所述信号收发模块为信号接收模式，所述信号收发模块通过所述天线模块中选通的天线单元采集一段射频信号；

s22.第一状态切换：所述信号收发模块停止信号采集，根据探测到的目标的信息控制所述射频切换模块选通所述天线模块中对应的天线单元；

s23.干扰发射：配置所述信号收发模块为干扰信号发射模式，所述信号收发模块产生压制干扰信号并通过所述步骤s22中选通的天线单元进行发送，同时获取采集到的射频信号进行处理以判别无人机目标的运行状态；

s24.第二状态切换：所述信号收发模块停止发送压制干扰信号，所述射频切换模块选通所述天线模块中所需的天线单元；

s25.循环执行步骤s21～s24，直至退出控制。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明通过集无人机探测、干扰于一体，能够通过一套装置可同时实现人机频谱探测、压制干扰，同时采用时分复用方式控制信号收发模块进行射频信号接收、压制干扰信号发射，无人机频谱探测、压制干扰可以同时工作，同时相互之间不受影响，无人机频谱探测不会受到压制干扰的影响，在实施的干扰过程中可以同时获取无人机探测数据，有效解决了传统的实施干扰时无法再实时获取无人机位置以及无法判断无人机是否已离开布防区域等问题。

2、本发明进一步通过在发射压制干扰信号的时间段内，同时执行对采集到的无人机频谱探测数据的处理，可以充分利用实施干扰的时间段进行探测数据的处理，从而在实施干扰过程中仍然可以同时判断无人机是否已离开、是否需要继续实施干扰、上报探测到的无人机目标等，从而便于实时调整干扰设备方向，保持对移动目标的干扰效果。

附图说明

图1是本实施例频谱探测与信号压制集成装置的结构示意图。

图2是本发明具体应用实施例中射频切换的结构原理示意图。

图3是本发明具体应用实施例中天线模块的结构示意图。

图4是本实施例实现频谱探测与干扰时分复用切换的原理示意图。

图例说明：1、天线模块；11、中心固定件；2、射频切换模块；3、信号收发模块；4、主控模块；5、合路器。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例频谱探测与信号压制集成装置包括依次连接的天线模块1、用于射频信号接收、发射切换的射频切换模块2、用于接收射频信号、产生干扰信号发射的信号收发模块3以及主控模块4，当探测到无人机目标时，主控模块4按照时分复用的方式在不同时隙轮流切换控制信号收发模块3经天线模块1接收射频信号、产生压制干扰信号经天线模块1进行发射。

本实施例上述装置能够集无人机探测、干扰于一体，通过一套装置可同时实现无人机频谱探测、压制干扰，同时采用时分复用方式控制信号收发模块3进行射频信号接收、压制干扰信号发射，而不是在检测到无人机目标后持续发送干扰信号，无人机频谱探测、压制干扰可以同时工作，同时相互之间不受影响，无人机频谱探测不会受到压制干扰的影响，在实施的干扰过程中可以同时获取无人机探测数据，有效解决了传统的实施干扰时无法再实时获取无人机位置以及无法判断无人机是否已离开布防区域等问题。

本实施例中，天线模块1包括一个以上的低频天线单元和一个以上的高频天线单元，主控模块4与射频切换模块2连接，以控制射频切换模块2切换接入所需的低频天线单元、高频天线单元，即选通所需频点的天线单元进行射频接收或发射，可以同时满足低频、高频无人机信号的接收、发射的需求。射频切换模块2控制接入对应的低频天线单元、高频天线单元进行所需频点射频信号的采集，或控制接入对应的低频天线单元、高频天线单元进行所需频点的压制干扰信号发射，实现射频接收发射切换，压制天线频点切换。当进行无人机探测时，射频切换模块2选通对应的低频天线单元、高频天线单元进行无人机信号接收，当进行压制干扰信号发射时，射频切换模块2选通对应的低频天线单元、高频天线单元进行压制干扰信号发射。

如图2所示，在具体应用实施例中射频切换模块2包括多个切换开关(图中以4个切换开关为例)，每个切换开关对应连接一个低频切换单元、高频切换单元，射频切换模块2接收主控模块4的控制信号，由对应的切换开关来选通对应的低频天线单元或高频天线单元。

本实施例中，各低频天线单元、高频天线单元分别固定在一中心固定件11上，各低频天线单元与各高频天线单元相互交错布置在围绕中心固定件11的圆周上，通过布置多组天线单元覆盖360度范围，可以实现全向探测和全向、定向干扰，覆盖卫星定位信号和多个频段的无人机通信信号。

本实施例中，信号收发模块3通过合路器5与射频切换模块2连接，信号收发模块3产生的多路压制干扰信号分别经过合路器5输出至射频切换模块2，由射频切换模块2控制分别通过天线模块1中各所需天线单元进行发射。当信号收发模块3为信号接收模式时，接收天线模块1采集到的射频信号，当为干扰信号发射时，合成待发射的干扰信号，分为多路信号经天线模块1进行发射。信号收发模块3具体可采用信号收发机。

本实施例中，信号收发模块3的输出端还设置有功率放大模块，用于将发送的压制干扰信号进行功率放大后输出，如图2所示，本实施例功率放大模块具体包括高频功率放大器、低频功率放大器，以分别对高频干扰信号、低频干扰信号进行功率放大，多路干扰信号经过合路器5后分别由对应的低频天线单元、高频天线单元进行发射。

本实施例中通过主控模块4对整个状态进行控制、协调各模块工作，以及运行频谱探测算法等实现无人机探测，进一步还可以对外提供交互接口，可连接监控平台实现远程监控等功能。

本实施例上述装置还可以进一步设置音频采集模块以采集音频数据、图像采集模块以采集图像、视频数据，图像采集模块可采用高清云台摄像机等辅助设备，进一步辅助无人机探测或提供录像取证。

本实施例中上述集成装置还可以进一步配置为两个以上，各集成装置分别对指定范围、区域进行无人机频谱探测、信号压制，联合各集成装置可以实现大范围灵活的无人机探测、信号压制，还可以提高探测、压制干扰性能，各集成装置分别与一个时钟控制模块连接，以控制各集成装置时钟同步。时钟控制模块具体可以为基于gps的时钟控制组件，以利用gps实现各集成装置之间的精准时钟同步。

本实施例用于上述频谱探测与信号压制集成装置的控制方法，步骤包括：

s1.信号收发模块3通过天线模块1采集射频信号，根据采集到的射频信号判断是否有无人机目标，当判断到有无人机目标时，转入执行步骤s2；

s2.按照时分复用的方式在不同时隙轮流切换信号收发模块3为信号接收模式、干扰信号发射模式，当为信号接收模式时，通过接收天线模块1采集到的射频信号以进行无人机频谱探测，当为干扰信号发射模式时，通过产生压制干扰信号经天线模块1进行发射以进行压制干扰。

通过上述方法，无人机频谱探测、压制干扰能够按照时分复用的方式轮流切换执行，使得无人机频谱探测、压制干扰可以同时工作，同时干扰工作时不会影响无人机探测，在实施的干扰过程中又可以同时获取无人机探测数据进行处理分析。

本实施例中，当为干扰信号发射模式时，还包括同时执行对采集到的射频信号进行处理以判别无人机目标的运行状态，可以充分利用实施干扰的时间段进行探测数据的处理，从而在实施干扰过程中仍然可以同时判断无人机是否已离开以及上报探测到的无人机目标等。

本实施例中，步骤s1中采集射频信号的步骤包括：配置信号收发模块3为信号接收模式，通过射频切换模块2选通天线模块1中所需低频天线单元或高频天线单元，选通的天线单元采集一段射频信号后通过射频切换模块2发送给信号收发模块3。即信号收发模块3先工作在信号接收模式以进行无人机频谱探测，通过选通的天线单元接收所需频段的无人机信号进行分析处理，一旦检测到无人机目标，则转入步骤s2以启动无人机频谱探测、压制干扰的时分复用控制切换。

本实施例中，步骤s2的步骤包括：

s21.信号采集：配置信号收发模块3为信号接收模式，信号收发模块3通过天线模块1中选通的天线单元采集一段射频信号；

s22.第一状态切换：信号收发模块3停止信号采集，根据探测到的目标的信息控制射频切换模块2选通天线模块1中对应的天线单元；

s23.干扰发射：配置信号收发模块3为干扰信号发射模式，信号收发模块3产生压制干扰信号并通过步骤s22中选通的天线单元进行发送，同时获取采集到的射频信号进行处理以判别无人机目标的运行状态；

s24.第二状态切换：信号收发模块3停止发送压制干扰信号，射频切换模块2选通天线模块1中所需的天线单元；

s25.循环执行步骤s21～s24，直至退出控制。

本实施例每个周期均按照信号采集、第一状态切换、干扰发射、第二状态切换的时序工作，每个周期可以轮流执行无人机频谱探测的信号采集、干扰信号发射，无人机频谱探测的信号采集、干扰发射过程能够错开时间执行，同时又能够避免干扰信号的持续发射，保证无人机探测以及压制干扰两者的性能。

在具体应用实施例中，本实施例上述频谱探测与信号压制集成装置的控制方法详细流程为：

步骤1：主控模块4设定信号收发模块3为信号接收模式，设定扫频频段等参数，通过射频切换模块2选通对应的低频天线单元或高频天线单元；

步骤2：主控模块4控制信号收发模块3采集一段射频信号，并对采集的射频信号进行处理，分析无人机目标有无、方位等信息，若无目标返回步骤1，若检测到无人机目标，转入步骤3；

步骤3：每个周期按照下述流程进行时分复用控制射频信号采集与干扰信号发射：

步骤3.1：信号采集：主控模块4控制信号收发模块3采集一段射频信号；

步骤3.2：状态切换：停止信号采集，射频切换模块2按照目标方位、频段选通对应天线单元；

步骤3.3：干扰发射：发射干扰信号，同时主控模块4对采集信号进行分析，判断无人机目标是否仍存在、方位是否变化；

步骤3.4：状态切换：停止发送，射频切换模块2选通所有方向与目标频段对应的天线单元。

本实施例具体预先配置每个周期的总时长、每个周期中执行无人机频谱探测的数据采集时长、实施压制干扰的时长以及执行状态切换的时长，并根据配置的各时长构建每个周期的工作时序表，工作时序表中无人机频谱探测、实施压制干扰轮流执行，步骤s2中控制每个周期按照构建的工作时序表中时序执行无人机频谱探测、实施压制干扰，每个周期中按照配置的时长分别执行无人机频谱探测、实施压制干扰以及状态切换。每个周期的时长、数据采集时长、实施压制干扰的时长以及执行状态切换的时长均可根据实际需求进行设定，从而可满足不同探测、干扰的需求。

本实施例具体将每个周期中执行无人机频谱探测的数据采集、实施压制干扰的时长分别划分为多个子时间段，工作时序表中无人机频谱探测的数据采集的各子时间段、与实施压制干扰的各子时间段依次交错分布，即执行数据采集的第一个子时间段ts1后执行状态切换，再执行压制干扰的第一个子时间段ta1，再执行状态切换，再执行数据采集的第二个子时间段ts2，以此类推；步骤s2后还包括获取当前时间，并根据工作时序表确定得到当前所处的工作时序状态，则控制执行ts1时长的数据采集后执行状态切换，再控制执行ts2时长的压制干扰，再执行状态切换，再执行ts2时长的数据采集。

本实施例中进行系统初始化时，配置时序参数具体包括周期时间(t)、采集时长(ts1～tsn)、干扰时长(ta1～tan)、状态切换时长(th)，按照如下表1构建得到工作时序表。

表1：工作时序表。

上述采集时长的各子时间段ts1～tsn以及干扰时长的各子时间段ta1～tan均可按照实际需求进行设定。由于算法计算时间不固定，ta时长的选取具体应保证大于可能的最长计算时间，且为保证干扰信号的占空比，ta可选取的比实际算法计算需要的实际更长。

依据上述工作时序表，获取当前时间后对周期时间t取余数，对应上表即可计算得到当前所在的时序状态，即是处于数据采集、状态切换或是实施干扰的状态。

本实施例中，步骤s2中实施压制干扰时，还包括获取当前探测到的无人机运动轨迹，并根据无人机运动轨迹判断是否继续实施干扰，或根据无人机运动轨迹实时调整干扰方向，或根据无人机运动轨迹切换近距离的干扰设备。由于在实施的干扰过程中可以同时获取无人机探测数据，在实施干扰时依据无人机的运动轨迹可以判断无人机是否已离开以判断是否需要继续实施干扰，还可以根据无人机运行轨迹实时调整干扰设备方向，从而保持对移动目标的干扰效果。

本实施例对上述频谱探测与信号压制集成装置控制时，如图4所示，具体先由信号收发模块3控制按照规定的时序在ts时段内进行射频信号采集，禁止进行干扰信号发射，收到主控模块4的开始干扰命令后信号收发模块3切换为干扰信号发射模式，合成压制干扰信号发射，同时进行频谱探测采集信号的计算处理，执行ta时段的干扰后，再由主控模块4发送停止干扰命令切换为信号接收模式，如此循环切换。工作时不会连续的保持干扰状态，而是按照时分复用控制切换无人机频谱探测、实施干扰，即使在实施干扰的过程中，也可以对采集的射频信号进行处理而持续上报目标，进一步可以根据无人机运动轨迹判断是否需要继续干扰，或者按照无人值守规则自主判定是否需要继续干扰目标；在实施干扰的过程中，主控模块4可以根据目标运动轨迹，实时调整发射压制干扰时的打击方向。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。