一种无人机发现及预警的装置的制作方法

本发明涉及通信领域，特别涉及一种无人机发现及预警的装置。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。随着无人机的快速发展，其应用也越来越广。目前在航拍、农业、植保、自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。这样就导致无人机的黑飞现象越来越严重，也造成了不少的危害。如下几点：存在危害公共安全的可能性；存在侵犯隐私权问题；更严重的还会存在国家机密、军事机密泄露的风险。所以在一些特定重要场所，需要对这些危害进行提前的预警。

技术实现要素：

为此，本发明提出一种无人机发现及预警的装置，该装置克服了时域数据传输量大的缺点，并且能够很好的排除干扰信号的影响。

具体方案如下：

一种无人机发现及预警的装置，包括：

测向天线阵模块、信号接收模块、频谱分析模块和预警模块，

所述的测向天线阵模块实时扫描信号，

所述的信号接收模块接收信号，

所述的频谱分析模块将分别接收的信号转换为数字信号并对数字信号进行傅里叶变换且将时域信号数据变化为频域信号数据，通过频域信号数据判断接收的信号中是否存在无人机信号，

所述的预警模块在经频谱分析模块判断存在无人机信号后进行预警。

进一步的，所述的测向天线阵模块包括多个子天线，相邻的各子天线之间呈等夹角设置。

进一步的，所述的预警模块包括扬声器和/或GSM模块，所述的扬声器在经频谱分析模块判断存在无人机信号后播报预警信息，所述的GSM模块在经频谱分析模块判断存在无人机信号后发送短信至移动终端。

进一步的，还包括分析结果展示主机，所述的分析结果展示主机展示经频谱分析模块的判断结果。

进一步的，还包括视频监控模块，所述的视频监控模块对发现无人机信号的方向进行视频监测。

进一步的，所述的频谱分析模块包括：

信号转换模块，用于将接收的信号转换为数字信号并对数字信号进行傅里叶变换且将时域信号数据变化为频域信号数据；

初步处理模块，用于对频域信号数据进行初步处理；

预检测模块，用于对频域信号数据进行无人机信号预检测；

检测模块，用于检测频域信号数据中是否存在无人机信号。

进一步的，所述的初步处理模块具体用于：统计出频域信号序列中信号值Sig以及频率点位Freq的分布情况。

进一步的，所述的预检测模块包括：

窗口函数选取模块，用于选取窗口函数，并且该窗口至少能覆盖3个频率点，窗口函数宽度为w；

第一计算模块，用于将窗口函数进行平移，每平移一个频率点的位置，计算窗口所覆盖的频率点对应的信号值梯度Grad，对于第i位置点的窗口所对应的信号梯度Grad，

第一判断模块，用于当Grad值出现如下的变化过程：当窗口逐渐进入变化沿区域，Grad值先由小变大；当整个窗口全部进入变化沿区域内，Grad取得最大值，并保持一定的平稳性；当窗口离开变化沿区域，Grad值由大变小，上述三种情况均符合，则初步判定该信号序列为疑似无人机信号，否则不是无人机信号。

进一步的，所述的检测模块包括：

第二获取模块，用于获取所述的疑似无人机信号；

修正模块，用于设置信号值灵敏度Acc以对信号值修正，信号修正值记为X；

统计模块，用于统计修正后信号值对应的频率点H(X)；

第二计算模块，用于计算获取最大频率点数HH(Xmax)，Xmax为最大信号修正值，其中HH(X)＝H(X-ACC)+H(X)+H(X+ACC)；

第三计算模块，用于计算最大频率点数的信号均值，记为Avemax，其中

第二判断模块，用于若信号序列的信号均值AveN同时满足：

其中Tave为信号均值的阈值，TN为信号平稳性阈值，则判断该信号序列为无人机信号，否则不是无人机信号。

本发明装置的频谱分析模块通过频域信号获取信号频率及信号值的分布，判断信号的信号值以及平稳性，通过信号阈值以及平稳性阈值的设定以实现对干扰信号的区分，进而精准的判断出无人机信号，本发明的测向天线阵模块能扫描布控范围内各个方向的无线电信号，在判断出无人机信号后，视频监控模块能够实时追踪获取该方向上的视频，并通过预警模块进行预警。

附图说明

图1为无人机信号的频谱分布图；

图2为本发明装置示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1为无人机信号的频谱分布图，其中的2突变信号组成的类梯形信号便是无人机信号，无人机信号更加平稳，带宽更窄，呈矩形状，其他为干扰的信号，干扰信号的特点是分部不规则。

图2位本发明的装置示意图，其包括测向天线阵模块、信号接收模块、频谱分析模块、分析结果展示主机、视频监控模块和预警模块，其中测向天线阵模块实时扫描信号，信号接收模块接收信号，频谱分析模块将接收的信号转换为数字信号并对数字信号进行傅里叶变换且将时域信号数据变化为频域信号数据，通过频域信号数据判断接收的信号中是否存在无人机信号，分析结果展示主机展示经频谱分析模块的判断结果，视频监控模块对发现无人机信号的方向进行视频监测，预警模块在经频谱分析模块判断存在无人机信号后进行预警，预警模块包括扬声器和GSM模块，扬声器在经频谱分析模块判断存在无人机信号后播报预警信息，GSM模块在经频谱分析模块判断存在无人机信号后发送短信至移动终端。

本实施例中的测向天线阵模块包括八个子天线，相邻的各子天线之间呈四十五度夹角。如此，可实现扫描布控范围内各个方向的无线电信号。信号接收模块接收频段在50MHz～6GHz上的信号。

本实施例中的频谱分析模块包括：

信号转换模块，用于将接收的信号转换为数字信号并对数字信号进行傅里叶变换且将时域信号数据变化为频域信号数据；

初步处理模块，用于对频域信号数据进行初步处理；

预检测模块，用于对经初步处理模块处理的频域信号数据进行无人机信号预检测；

检测模块，用于对经预检测模块处理的频域信号数据检测，判断其是否存在无人机信号。

本实施中初步处理模块具体用于：统计出频域信号序列中信号值Sig以及频率点位Freq的分布情况。

本实施中预检测模块包括：

窗口函数选取模块，用于选取窗口函数，并且该窗口至少能覆盖3个频率点，窗口函数宽度为w；

第一计算模块，用于将窗口函数进行平移，每平移一个频率点的位置，计算窗口所覆盖的频率点对应的信号值梯度Grad，对于第i位置点的窗口所对应的信号梯度Grad，

第一判断模块，用于当Grad值出现如下的变化过程：当窗口逐渐进入变化沿区域，Grad值先由小变大；当整个窗口全部进入变化沿区域内，Grad取得最大值，并保持一定的平稳性；当窗口离开变化沿区域，Grad值由大变小，上述三种情况均符合，则初步判定该信号序列为疑似无人机信号，否则不是无人机信号。

本实施例中检测模块包括：

第二获取模块，用于获取所述的疑似无人机信号；

修正模块，用于设置信号值灵敏度Acc以对信号值修正，信号修正值记为X；

统计模块，用于统计修正后信号值对应的频率点H(X)；

第二计算模块，用于计算获取最大频率点数HH(Xmax)，Xmax为最大信号修正值，其中HH(X)＝H(X-ACC)+H(X)+H(X+ACC)；

第三计算模块，用于计算最大频率点数的信号均值，记为Avemax，其中

第二判断模块，用于若信号序列的信号均值AveN同时满足：

其中Tave为信号均值的阈值，TN为信号平稳性阈值，则判断该信号序列为无人机信号，否则不是无人机信号。

本实施例中，频谱分析模块的处理流程如下：将接收的信号转换为数字信号并对数字信号进行傅里叶变换且将时域信号数据变化为频域信号数据，获取到频域信号之后，首先通过一个窗口函数判断频域信号的上升沿和下降沿，然后再利用坐标变换算法及直方图统计算法，统计<信号值,频率点位>的分布情况，实现信号平稳度的判断，最终实现无人机信号检测。

假设信号值记为Sig，频率点位记为Freq，第n点的数据对记为＜Freqn,Sign＞,

如信号点<-71.56355286db,10Mhz>，表示在10MHz位置的信号值是-71.56355286db，那么一组无人机数据可以记为{＜Freq1,Sig1＞,＜Freq2,Sig2＞,…,＜FreqN,SigN＞}，总共N对。

无人机信号的预检测步骤中：首先选取一窗口函数，要求该窗口至少能覆盖3个频率点，从第一个位置开始平移，每平移一个位置，计算下窗口所覆盖的频率点对应的信号值梯度Grad，对于第i位置点的窗口所对应的信号梯度Grad，

对于平稳信号而言，Grad值基本都在0值上下浮动，而一旦遇到数据曲线的变化沿(上升沿或者下降沿)，Grad值就会发生跳变，当窗口逐渐进入变化沿区域，Grad值先由小变大；当整个窗口全部进入变化沿区域内，Grad取得最大值，并保持一定的平稳性；当窗口离开变化沿区域，Grad值由大变小，因此如果出现无人机，那么Grad值会出现以上的变化过程，否则不是无人机信号。

无人机信号具体判断的步骤：

1)以信号值Sig为x轴，进行坐标变换，根据数据模型选取某一精度因子，记为ACC，表示信号值的灵敏度，例如信号点<-71.56355286db,10Mhz>，如选取0.01为灵敏度，则<-71.56999999db,15Mhz>代表跟<-71.56355286db,10Mhz>属于同一类型的信号，同属无人机信号或同属干扰信号。

2)以灵敏度ACC为最低有效数字，对经度值进行修正，记为大写X，去掉无效数字，然后对信号值进行直方图统计，以H(X)表示经度修正值为X的所有频率点的总数；这里H(X)的大小即为信号修正值为X所对应的频率点数；

3)找出最大的H(X-ACC)+H(X)+H(X+ACC)，其X记为Xmax，三者之和记为HH(Xmax)，叫做最大频率点数

4)计算最大频率点数的信号均值，记为Avemax，

5)整组信号的信号均值，记为AveN

如果同时满足：

那么则判断该信号为无人机信号，其中Tave为信号均值的阈值，其值越大，抗噪能力越强，TH为信号平稳性阈值，其值越小，抗噪能力越强。实际取值，需根据具体应用场景进行设置，设置原则是：能够区分无人机信号跟干扰信号即可，否则超过一定值，会把所有信号全部判断为无人机或者全部判断为噪声信号。

本发明装置的频谱分析模块通过频域信号获取信号频率及信号值的分布，判断信号的信号值以及平稳性，通过信号阈值以及平稳性阈值的设定以实现对干扰信号的区分，进而精准的判断出无人机信号，本发明的测向天线阵模块能扫描布控范围内各个方向的无线电信号，在判断出无人机信号后，视频监控模块能够实时追踪获取该方向上的视频，并通过预警模块进行预警。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。