[發(fā)明專利]基于空中無線電監(jiān)測平臺的無人機操作者定位系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711349053.4
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108226852B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發(fā)明（設計）人: 夏楠;鮑堯;王文帥;汪庭霽;胡中雨;冀維林;段洪濤;李景春
• 申請（專利權）人: 國家無線電監(jiān)測中心
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

1.一種基于空中無線電監(jiān)測平臺的無人機操作者定位系統(tǒng)，其特征在于，包括機載測向系統(tǒng)和地面控制系統(tǒng)；機載測向系統(tǒng)搭載于空中監(jiān)測平臺，并與地面控制系統(tǒng)之間通過無線網(wǎng)絡通信；所述的機載測向系統(tǒng)在空中監(jiān)測目標信號，測量目標信號最大能量出現(xiàn)的來波方向，確定無人機操作者的位置；地面控制系統(tǒng)用于遠程控制機載測向系統(tǒng)和空中監(jiān)測平臺，并從機載測向系統(tǒng)實時獲取測向及定位結果；所述的目標信號為無人機遙控的跳頻信號；

所述的機載測向系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元中實現(xiàn)的功能包括：對天線接收到的信號進行監(jiān)測，當監(jiān)測到目標信號時進行信號采集；對采集的信號進行同步數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)壓縮比大于10：1，提取跳頻信號，所述的數(shù)據(jù)處理包括首先提取恒模包絡信號，然后構造參考信號模板，與得到的恒模包絡信號進行互相關計算，得到的相關函數(shù)峰值反映出跳頻時隙中心位置，也代表該時隙信號在某一方向上的能量值；實時將跳頻信號與電子羅盤的方位角度數(shù)據(jù)、GPS位置和時間信息關聯(lián)起來；根據(jù)在各個方向上對目標信號能量的測量，確定最大能量出現(xiàn)的來波方向，根據(jù)測向線計算無人機操作者的位置；

所述的機載測向系統(tǒng)還包括天線、信號接收單元、供電單元、電子羅盤和GPS模塊以及無線網(wǎng)絡傳輸單元；所述的天線為定向天線，工作頻率范圍為2.4GHz-2.5GHz；所述的信號接收單元的工作頻率范圍含2.4GHz-2.5GHz；所述的天線和信號接收單元將接收到的信號發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元；所述的供電單元為數(shù)據(jù)處理單元供電；所述的天線的增益≥20dBi，駐波比≤1.5；所述的信號接收單元的天線采樣速度≥5Msps，頻率精度≤1e-7/Hz，增益類型為AGC；動態(tài)范圍為≥110dB；所述的電子羅盤和GPS模塊通過適配電路將三軸電子羅盤和GPS芯片進行整合，通過COM端口輸出數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)處理單元；所述的電子羅盤和GPS模塊通過COM端口以20Hz的速率將電子羅盤的方位角度數(shù)據(jù)以及GPS位置和時間信息輸出到數(shù)據(jù)處理單元；

所述的地面控制系統(tǒng)與機載測向系統(tǒng)之間使用5.8GHz無線網(wǎng)絡組建點對點式局域網(wǎng)傳輸，所述地面控制系統(tǒng)使用433MHz頻段對空中監(jiān)測平臺的姿態(tài)進行控制；通過控制空中監(jiān)測平臺改變空中姿態(tài)，使機載測向系統(tǒng)在各個方向上對目標信號能量進行測量；通過控制空中監(jiān)測平臺變換位置，使機載測向系統(tǒng)進行多次目標信號方位測量。

2.一種基于空中無線電監(jiān)測平臺的無人機操作者定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：機載測向系統(tǒng)搭載于空中監(jiān)測平臺在空中移動，在2.4GHz-2.5GHz頻段全方向搜索監(jiān)測目標信號，當搜索到目標信號時，進行下一步；所述的目標信號為無人機遙控的跳頻信號；

所述的機載測向系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理單元、天線、信號接收單元、供電單元、電子羅盤和GPS模塊以及無線網(wǎng)絡傳輸單元；所述的天線為定向天線，工作頻率范圍為2.4GHz-2.5GHz；所述的信號接收單元的工作頻率范圍含2.4GHz-2.5GHz；所述的天線和信號接收單元將接收到的信號發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元；所述的供電單元為數(shù)據(jù)處理單元供電；所述的天線的增益≥20dBi，駐波比≤1.5；所述的信號接收單元的天線采樣速度≥5Msps，頻率精度≤1e-7/Hz，增益類型為AGC；動態(tài)范圍為≥110dB；所述的電子羅盤和GPS模塊通過適配電路將三軸電子羅盤和GPS芯片進行整合，通過COM端口輸出數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)處理單元；所述的電子羅盤和GPS模塊通過COM端口以20Hz的速率將電子羅盤的方位角度數(shù)據(jù)以及GPS位置和時間信息輸出到數(shù)據(jù)處理單元；

步驟二：機載測向系統(tǒng)對目標信號進行采集并對數(shù)據(jù)壓縮；數(shù)據(jù)壓縮比大于10：1；

步驟三：機載測向系統(tǒng)對壓縮后數(shù)據(jù)進行跳頻信號提取，包括：首先提取恒模包絡信號，然后構造參考信號模板，與得到的恒模包絡信號進行互相關計算，得到的相關峰值反映出跳頻時隙中心位置，也代表該時隙信號在某一方向上的能量值；

步驟四：機載測向系統(tǒng)將電子羅盤輸出的方位角度數(shù)據(jù)以及GPS位置和時間信息，與采集的跳頻信號在時間維度上進行實時匹配；

步驟五：地面控制系統(tǒng)控制空中監(jiān)測平臺改變空中姿態(tài)，使機載測向系統(tǒng)在各個方向上對目標信號能量進行測量，對步驟三中采集時間內(nèi)各相關峰值的幅度進行累加，得到該時刻跳頻信號總能量，確定目標信號最大能量出現(xiàn)的來波方向；根據(jù)來波方向估計目標信號的地面發(fā)射位置；

所述的地面控制系統(tǒng)與機載測向系統(tǒng)之間使用5.8GHz無線網(wǎng)絡組建點對點式局域網(wǎng)傳輸，所述地面控制系統(tǒng)使用433MHz頻段對空中監(jiān)測平臺的姿態(tài)進行控制；

步驟六：變換空中監(jiān)測平臺位置，進行多次目標信號方位測量；

步驟七：根據(jù)對目標信號測量的多個信號能量最大的來波方向，對目標信號的地面發(fā)射位置進行聯(lián)合優(yōu)化定位；

當獲得兩次測向結果時，計算測向線的交匯點，估計目標信號的地面發(fā)射位置，即無人機操作者的位置；當獲得兩次以上測向結果時，采用基于粒子濾波算法的非線性參數(shù)估計方法對目標位置進行優(yōu)化定位。