一种无源定位寻的系统的制作方法

本发明涉及低小慢目标无源探测与定位技术领域，特别涉及一种无人机无源定位寻的系统。

背景技术：

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

低小慢目标是指飞行高度低，雷达截面积小，飞行速度慢的一类飞行器的统称。无人机作为低小慢的典型代表，由于缺少有效的监管措施，由其引发的非法入侵事件日渐增多。为了提高重要场所的安全性，加强“黑飞”无人机的侦测与打击十分重要。

在目标探测方面，由于无人机体积小，且位于地面雷达探测盲区，常规地面雷达，光电/红外探测手段均有一定的局限性。在无人机跟踪方面，主要通过人工判断无人机平台摄像头获取的视频图像信息，采用遥控的方式追踪目标。对于公开在国家知识产权局的一种主动捕获低空小型无人飞行器的系统及方法等专利材料，该材料利用无人机平台携带的摄像头采集目标视频图像信息，通过立体图像处理算法实现了目标的自动跟踪，但是其采用的视觉信息采集手段，视角有限；对于空间目标的三维定位，图像数据量大，处理过程较为复杂。声探测是一种被动，全方位探测技术，它利用无人机飞行过程中产生的辐射噪声工作。由于飞行高度低，采用声阵列探测技术更容易捕捉到无人机旋翼噪声，由于飞行速度慢，有利于声定位系统的稳定跟踪。

针对非法入侵的无人机监测与跟踪问题，本发明提供了一种无源定位寻的系统，其通过传声器阵列接收飞行器产生的旋翼噪声，再由系统内部电路单元完成目标识别，空间定位及无人机平台的自动寻的。

技术实现要素：

为解决低空无人飞行器的无源探测及自动跟踪问题，提出一种无人机无源定位寻的系统，利用声阵列探测智能雷技术对无人机进行探测、识别、跟踪与打击。

在根据本发明的一个优选的实施例中，一种无源定位寻的系统，包括传声器阵列、预警电路单元、电源供应单元、声信号采集电路、信息处理单元、伺服单元、中央控制单元、目标打击机构和无人机平台；传声器阵列用于获取区域内目标无人机旋翼噪声信号并将该声音信号转换成电信号；预警电路单元用于目标预警并在判断目标向中央控制单元发出系统启动信号；电源供应单元用于系统工作的各个阶段为各单元的电源供应；声信号采集电路用于对传声器阵列获取的噪声信号的预处理；信息处理单元用于对声信号采集电路预处理后的信号进行数据处理，计算出目标当前方位信息并计算追中路线，最终输出相关控制量参数给伺服单元和中央控制单元；伺服单元用于对无人机平台飞行方向的调整，使无人机平台能够按照最佳路线逼近目标；中央控制单元用于整个过程中系统工作状态的指挥控制，并且控制目标打击机构动作；目标打击机构用于低空可疑飞行器的有效捕获。

预警电路单元包括前置放大电路、滤波电路、整形电路、检测电路和启动电路，初始状态下预警电路单元处于低功耗工作模式，传声器阵列获取到的噪声信号依次经过放大-滤波-整形后由检测电路进行检测，当检测电路接收的噪声信号幅度超过设定阈值时，检测电路通过信号分析方法提取噪声信号的多重特征量进行目标识别，若识别为目标，则通过启动电路向电源供应单元发送启动信号，以开启整个系统使声信号采集电路和信息处理单元开启工作。

声信号采集电路包括有放大滤波电路和A/D转换模块，由传声器阵列获取的噪声信号通过放大滤波电路处理后，通过采样输入到A/D转换模块，向信息处理单元输出含有噪声信号特征的数字信号。

采样的采样率由预先分析的无人机噪声信号特性获得。

信息处理单元对声信号采集电路输出的数字信号进行数据处理，完成目标识别、定位和跟踪过程中所涉及的参数计算。

信息处理单元通过计算传声器阵列中各传感器接收信号的声程差，利用广义相关时延估计算法计算目标距离、方位角、俯仰角，确定目标几何位置，并计算最佳追踪路线，输出相关控制量参数到伺服单元和中央控制单元。

信息处理单元根据传声器阵列获取的环境噪声信号利用双目标方位估计方法计算工作区域内噪声源方位信息，用以排除无人机平台基底噪声影响。

伺服系统是一个反馈控制系统，其根据信息处理单元输出的控制量参数控制无人机平台转向，并将无人机平台的位置信息实时发送给信息处理单元。

信息处理单元将伺服系统反馈的无人机平台的位置信息与计算得出的目标位置信息进行比对，当目标在有效捕捉范围内，信息处理单元输出捕捉方向角度调节参数给中央控制单元，中央控制单元控制目标打击机构转动以调整打击角度。

具体优点为：本发明是一种被动定位系统，声探测装备一般价格较低，且具有体积小，功耗低的特点，本系统采用声测方式降低了对电池蓄电量的高要求，延长了无人机平台续航时间；利用被动声探测技术探测黑飞无人机，隐蔽性好且不易被干扰。该系统安装在无人机平台上探测黑飞无人机时，实现低空可疑飞行器的无源全方位探测，信号处理单元采用时延估计算法计算目标精确位置，伺服系统控制无人机平台自动导航接近目标，在有效打击范围内发射毁伤弹药打击目标。该系统能够实现复杂环境下，可疑无人机的识别，自动跟踪和捕获，其通过目标噪声信号分析处理引导无人机平台自动跟踪目标弥补了已有视频图像跟踪技术视角有限的不足，大大减少了处理的数据量。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是本发明的无源定位寻的系统结构框图

图2是本发明中预警电路单元的结构框图

图3本发明的无源定位寻的系统工作流程图

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制

根据本发明的所示出的实施例，参照图1所示，提供一种无源定位寻的系统，包括传声器阵列、预警电路单元、电源供应单元、声信号采集电路、信息处理单元、伺服单元、中央控制单元、目标打击机构和无人机平台；传声器阵列用于获取区域内目标无人机旋翼噪声信号并将该声音信号转换成电信号；预警电路单元用于目标预警并在判断目标向中央控制单元发出系统启动信号；电源供应单元用于系统工作的各个阶段为各单元的电源供应；声信号采集电路用于对传声器阵列获取的噪声信号的预处理；信息处理单元用于对声信号采集电路预处理后的信号进行数据处理，计算出目标当前方位信息并计算追中路线，最终输出相关控制量参数给伺服单元和中央控制单元；伺服单元用于对无人机平台飞行方向的调整，使无人机平台能够按照最佳路线逼近目标；中央控制单元用于整个过程中系统工作状态的指挥控制，并且控制目标打击机构动作；目标打击机构用于低空可疑飞行器的有效捕获。

如图2所示，预警电路单元包括前置放大电路、滤波电路、整形电路、检测电路和启动电路，初始状态下预警电路单元处于低功耗工作模式，传声器阵列获取到的噪声信号依次经过放大-滤波-整形后由检测电路进行检测，当检测电路接收的噪声信号幅度超过设定阈值时，检测电路通过信号分析方法提取噪声信号的多重特征量进行目标识别，若识别为目标，则通过启动电路向电源供应单元发送启动信号，以开启整个系统使声信号采集电路和信息处理单元开启工作。

需要强调的是，初始在初始状态下处于低功耗工作状态。当接收噪声信号幅度超过一定阈值后，通过检测电路利用多种信号分析方法提取噪声信号的多重特征量进行目标识别，若识别为目标，则由启动电路输出启动信号给电源供应单元，开启整个声测智能雷达系统。通过无人机平台携带目标打击机构在接近目标的过程中对一定距离范围内的低空飞行目标进行智能探测与自动寻的。

即待机状态下只有预警电路单元处于工作状态，系统中声信号采集电路、信息处理单元、伺服单元、中央控制单元和目标打击机构均处于待机状态，系统耗能低，续航能力强。

声信号采集电路包括有放大滤波电路和A/D转换模块，由传声器阵列获取的噪声信号通过放大滤波电路处理后，通过采样输入到A/D转换模块，向信息处理单元输出含有噪声信号特征的数字信号。

采样的采样率由预先分析的无人机噪声信号特性获得，采样率由预先分析的无人机噪声信号特性得到，以充分提高系统频率分辨率以及工作效率。

信息处理单元对声信号采集电路输出的数字信号进行数据处理，完成目标识别、定位和跟踪过程中所涉及的参数计算。

信息处理单元通过计算传声器阵列中各传感器接收信号的声程差，利用广义相关时延估计算法计算目标距离、方位角、俯仰角，确定目标几何位置，并计算最佳追踪路线，输出相关控制量参数到伺服单元和中央控制单元。

信息处理单元根据传声器阵列获取的环境噪声信号利用双目标方位估计方法计算工作区域内噪声源方位信息，用以排除无人机平台基底噪声影响。

例如：已知无人机平台所处位置为传声器阵列正上方，方位角为0，俯仰角为90，且无人机平台声源与探测阵列距离已知，由此排除载机噪声影响。

伺服系统是一个反馈控制系统，其根据信息处理单元输出的控制量参数控制无人机平台转向，并将无人机平台的位置信息实时发送给信息处理单元。

伺服系统根据信息处理单元所输出控制量指挥载机转向，使无人机平台飞行路线能够准确地按信息处理单元输出结果变化，及时调整无人机平台的飞行方向，使无人机平台能够自动靠近目标，无需人工遥控，减少作业量。

信息处理单元将伺服系统反馈的无人机平台的位置信息与计算得出的目标位置信息进行比对，当目标在有效捕捉范围内，信息处理单元输出捕捉方向角度调节参数给中央控制单元，中央控制单元控制目标打击机构转动以调整打击角度。

根据目标位置及无人机平台的飞行轨迹，由信息处理单元计算目标攻击时刻及方位，通过中央控制单元实时调整目标打击机构的角度以瞄准目标，提高命中概率。

如图3所示定位系统的信号处理流程，当发现可疑目标之后，部署无人机

(无人机平台)携带无源定位装置升空，预警电路单元开始工作，对处在远距离的低空可疑目标的旋翼噪声进行探测，若传声器阵列所接收噪声信号大于一定阈值，则对该信号进行目标特征分析，识别其类型后则开启整个声测电路系统探测目标。由信号处理单元测量目标所处方位信息，并计算最佳跟踪轨迹，输出控制量参数给伺服机构控制载机飞行方向，引导载机自主接近目标。当目标处在有效打击范围时，中央控制单元根据信号处理单元所测目标方位信息调整弹药发射角度，瞄准目标。成本低廉，实时性好。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改进或变型。