一种lightbridge协议通信无人机的探测装置的制作方法

本发明属于无人机检测领域，涉及公开了一种针对无人机的探测装置。

背景技术：

近年来，无人机市场迅速发展，无人机的数量呈现井喷式的增长；与此同时，无人机“黑飞”、“滥飞”的事件层出不穷，对公共安全和个人隐私带来了严重的影响，因此，无人机的监管与防御成了各国学术界和工业界研究的重点。

目前用于无人机的检测手段主要有雷达、音频、视频以及射频。由于无人机的违法飞行常常出现在一些地形很复杂的如建筑群、监狱附近等等，使用雷达去识别无人机会存在各种各样的回波，几乎是不可行的。而使用声音去检测无人机则是和容易造成误检，因为无人机的声音方面的特征很容易和其它种类声音混淆，如蝉叫，电风扇等等。视频检测无人机也很容易受周围环境影响，受到树叶等等遮挡就很难被检测到。基于射频的无人机检测目前的论文是很少的，目前的论文也都是在围绕着无人机和遥控器之间的wifi信号的强度变化等等进行的，而一部分无人机如大疆，它与遥控器之间的通信已经不再使用wifi技术，因此使用已有的wifi手段去检测这类无人机是几乎不可能的。

在全球四旋翼无人机占比中，大疆占比70％左右。而从大疆精灵4开始，其无人机大量采用自己的的自研协议，主要为lightbridge协议，使用这些协议可以让无人机飞得更远。然而，这带来的问题是不能通过传统的wifi检测来实现对无人机的检测了，需要将其信号通过高频采样得到，提取特征，作为判断有无无人机的依据。由于采样率需要满足奈奎斯特定律，而无人机带宽一般在1～10m，再考虑需要变频器实现从2.4g或者5.8g变频，因此设备很昂贵。而事实上，由于大疆的lightbridge协议是周期性信号，其周期约为71hz，所以可以直接通过接收能量的周期性来判断是否存在无人机。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种低成本的针对大疆系列中使用lightbridge协议通信的无人机的探测装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种lightbridge协议通信无人机的探测装置，该装置包括天线、无线射频模块和微处理器；天线接收环境中的射频信号并输入无线射频模块。无线射频模块的输入信号，首先被下变频模块从无人机频段变频到300m以下，然后通过放大器后进入1对8功分器，每路功分器的输出依次连接滤波器、射频能量检测芯片，滤波器范围与无人机不同信道频率范围对应，8个射频能量检测芯片的输出即为无线射频模块的8路输出。微处理器拥有8路14位以上的ad，无线射频模块的输出信号被微处理器进行ad采样，再在微处理器中判断环境中是否存在无人机，判断依据为信号是否存在周期性且周期占空比是否满足条件。

进一步地，无线射频模块的射频能量检测芯片采用对数放大器芯片。

进一步地，微处理器的ad采样率满足能够采集无人机信号经过无线射频模块后形成的方波波形。

进一步地，微处理器根据采集的数据判断环境中是否存在无人机的步骤如下：

步骤1，将无线射频模块的第i路输出被ad采样的第k个点的电压值记为vi(k)，计算一判决门限vit(k)：

其中t为无人机的周期对应的采样点数t＝fsp/fdrone，fsp为ad采样率，fdrone为无人机的发送频率；

步骤2，通过vi(k)和vit(k)的比较得到无人机是否正在发送信号的布尔变量bi(k)，若能量越大则射频能量检测芯片的输出电压越低，则判决方法如下

步骤3，通过bi(k)和本地反映无人机是否正在发送信号的信号量b(k)的互相关的结果ci(k)，来判断是否存在无人机

η是无人机信号占空比；

将与设定阈值δ进行比较，若大于阈值δ，则判断信道i上存在无人机，否则不存在无人机。

进一步地，步骤3中，考虑到滤波器的滤波效果问题，当连续的两到三个信道上均判断存在无人机时，才最终判定存在无人机。

本发明的有益效果是：本发明装置使用能量检测芯片接收环境中的射频能量，通过判断环境中是否存在一定周期和占空比的射频信号来判断是否存在无人机，通过处理接收的射频能量大小而非原始高频信号来判别，采样率很低，因此具有成本低的特点。

附图说明

图1为本装置的总体框图；

图2为无人机存在时射频模块输出采样值和判决门限；

图3为无人机数据经过整形为±1之后的数据；

图4为将同周期的波形和它进行自相关的结果ci(k)。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的实施作如下详述。

本发明提供的一种lightbridge协议通信无人机的探测装置，该装置包括天线、无线射频模块和微处理器；

天线接收环境中的射频信号并输入无线射频模块。

无线射频模块的输入信号，首先被下变频模块从无人机频段(典型值为2.4g)变频到300m以下(典型值为160m到240m)，然后通过放大器后进入1对8功分器，每路功分器的输出依次连接滤波器、射频能量检测芯片，滤波器范围与无人机不同信道频率范围对应(典型值为160m～170m,170m～180m,…,230m～240m)，8个射频能量检测芯片的输出即为无线射频模块的8路输出。

微处理器拥有8路14位以上的ad，无线射频模块的输出信号被微处理器进行ad采样，再在微处理器中判断环境中是否存在无人机，判断依据为信号是否存在周期性且周期占空比是否满足条件。

进一步地，无线射频模块的射频能量检测芯片采用对数放大器芯片(典型芯片为ad8318)。

进一步地，微处理器的ad采样率满足能够采集无人机信号经过无线射频模块后形成的方波波形。微处理器如单片机以能够识别71hz占空比约70％的矩形波的采样率进行采样，一般大于5khz即可。采样完成的数据通过检测算法来判断是否存在71hz的信号和70％左右的占空比，如果存在则说明现在有该类型的无人机。

进一步地，微处理器根据采集的数据判断环境中是否存在无人机的步骤如下：

步骤1，将无线射频模块的第i路输出被ad采样的第k个点的电压值记为vi(k)，计算一判决门限vit(k)：

其中t为无人机的周期对应的采样点数t＝fsp/fdrone，fsp为ad采样率，fdrone为无人机的发送频率(约71hz)；

步骤2，通过vi(k)和vit(k)的比较得到无人机是否正在发送信号的布尔变量bi(k)，若能量越大则射频能量检测芯片的输出电压越低(如ad8318)，则判决方法如下

步骤3，通过bi(k)和本地反映无人机是否正在发送信号的信号量b(k)的互相关的结果ci(k)，来判断是否存在无人机

η是无人机信号占空比；

将与设定阈值δ(δ的典型值0.7)进行比较，若大于阈值δ，则判断信道i上存在无人机，否则不存在无人机。考虑到滤波器的滤波效果问题，当连续的两到三个信道上均判断存在无人机时，才最终判定存在无人机。

附图1是本装置的基本框图，环境中的射频信号经过天线被放大以后进入混频器被下变频，混频器下变频的范围为2.4g到160m，然后经过放大和一份八路功分器以后，分别经过不同带宽的滤波器，随后被能量检测芯片检测。滤波器带宽分别为160m～170m,170m～180m,…,230m～240m。能量检测芯片这里使用的是ad8318，能量越大输出电压越低，电路直接使用datasheet上面的官方电路图。随后，能量检测芯片的输出被微处理器如飞思卡尔系列单片机k60进行采样，采样率约5k。检测算法运行在微处理器上面。

附图2中实线是能量检测芯片输出的电压，电压越低能量越大，而中间一条虚线是根据前两个周期时间计算出的幅值的均值来作为的阈值。在有无人机的时候，该阈值可以判断无人机是否正在发送信号，并得到附图3，表征无人机是否正在发送周期性信号的数据，而没有无人机的时候则不会出现像图3这样的方波。

附图3表示的是使用lightbridge通信协议的无人机在经过前面的电路和算法处理后的表征目前无人机是否在发送数据的变量。当环境中的射频信号经过这样的处理后也是是和图3相同的周期和占空比的信号，基本就可以判定环境中有无人机信号。判定方法为与本地的一个拥有相同周期占空比的波形进行自相关，如图4。若某三个时刻均超过阈值且它们互相相隔一个周期，则认为存在该种类型的无人机。因此，对于短时的一些突发信号，如wifi信号，其对于自相关的结果的影响和wifi信号的持续时间有关，因此该检测算法抗此类干扰能力很强。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。