一种无人机射频信号功率多通道并行检测装置的制作方法

本发明属于射频技术领域及信号检测技术领域，具体是一种无人机射频信号功率多通道并行检测装置。

背景技术：

近年来，民用无人机市场得到快速发展，无人机开始广泛运用于工业、农业、教育等领域，为生产和生活提供了许多便利，但无人机的“黑飞”、“滥飞”现象也日益严重，给人民的生命财产安全带来了许多威胁，同时由于民用无人机常携带航拍器材，也会严重侵犯人民的隐私和利益。因此，对非法入侵的无人机进行检测显得尤为必要。为应对无人机非法入侵威胁，反无人机领域也逐渐兴起，目前的无人机探测技术主要以雷达探测、声波探测、视频探测和射频信号被动探测为主。雷达探测对无人机有较为良好的监测效果，但雷达探测成本往往较高，操作难度较大，难以大规模普及应用；声波探测、视频探测均较容易受环境干扰，而射频信号被动探测是一种较为良好的探测方法，具有成本低廉、性能可靠、灵敏度高、便于维护等特点，易于推广和灵活部署应用。

技术实现要素：

基于现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种无人机射频信号多通道并行检测的装置。本发明的装置根据无人机与地面遥控器之间为多通道跳频通信的特点，并行地测量各个信道中的信号功率，以提取无人机控制信号中的跳频信息。其具体技术方案如下：

一种无人机射频信号功率多通道并行检测装置，包括射频信号接收模块、信号放大器模块、信道划分模块、检波模块和微控制器模块；

所述射频信号接收模块采用零中频结构，包括天线、低噪声放大器、2.4ghz有源晶振和混频器，所述天线与低噪声放大器信号输入端连接，低噪声放大器的输出端连接至混频器，混频器的本地振荡输入端连接2.4ghz有源晶振，用于接收环境中的射频信号并将无人机通信频段内的信号下变频至基带；

所述信号放大器模块为多级级联线性放大器，包括压控可变增益放大器，该模块为无人机所在频段的信号提供高增益放大；

所述信道划分模块包括功率分配器和多个信道选择滤波器，功率分配器将信号功率按无人机通信信道数量平均分配，功率分配器的每个输出端各连接一个信道选择滤波器，用于划分无人机通信信道；

所述检波模块包括多个对数功率检波器，对每一通道中的信号进行对数功率检波，并以电压形式输出；

所述微控制器模块并行地对功率检波模块中各通道的输出电压进行模数转换及换算，得到各通道中无人机信号的功率值，同时微控制器模块输出电压调节信号放大器模块中可变增益放大器的增益。

进一步的，该装置采用多通道并行结构，由信道划分模块将连续的无人机通信频段划分为独立的信道，信道划分模块中的各个滤波器的中心频率在无人机通信频段上等间隔分布，其通带完全覆盖无人机通信频段，滤波器采用高阶切比雪夫型设计，过渡带衰减快，各滤波器通带之间互不交叠，从而可将无人机通信频段划分成多个频率互不交叠的通道；检波模块并行地对各个通道上的信号功率检波并输出。

进一步的，所述微控制器模块采用stm32单片机或者其他相关型号的微机以及多路高速模数转换芯片，高速数模转换芯片进行多通道并行模数转换以及数据传递、单片机接收数据并进行数据处理以及输出电压控制信号放大器模块的增益。

进一步的，所述信号放大器模块和微控制器模块之间引入自动增益控制环路（agc），微控制器模块采样检波模块的输出电压，计算得到各通道的射频信号功率，并输出电压控制信号放大器模块中的可变增益放大器的增益，使各通道上信号的功率处在合适的范围。

本发明采用硬件划分无人机通信信道，并行地检测多个信道上的无人机信号功率值，能有效提取无人机信号的跳频特性提供的信息，具有成本低廉、便于部署、操作简单、抗干扰能力强的优点。

附图说明

图1是本发明的装置总体结构示意图；

图2是本发明中信道划分模块的结构示意图；

图3是本发明中微控制器模块的结构示意图；

图4是本发明中自动增益控制环路(agc)的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案和效果作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的无人机射频信号多通道并行检测装置，包括射频信号接收模块、信号放大器模块、信道划分模块、检波模块和微控制器模块。

所述射频信号接收模块包括天线、低噪声放大器、混频器和2.4ghz有源晶振，天线与低噪声放大器信号输入端连接，接收周围环境中的微波信号，低噪声放大器可将无人机通信信号所在的2.4ghz-2.48ghz频段上的信号放大7db，其噪声系数约为0.6db，可以有效抑制噪声，低噪声放大器的输出端连接至混频器，混频器的本地振荡输入端连接2.4ghz有源晶振，可将无人机通信频段上的信号下变频至基带。

所述信号放大器模块采用两级opa847运算放大器以及一个ad8367可变增益放大器级联，两个opa847均工作于20db固定增益放大模式，ad8367工作于电压控制可变增益模式，可为该模块提供-26db~16db共42db的增益动态范围。

所述信道划分模块由一个8路功率分配器和8个滤波器组成，功率分配器将经由信号放大器模块放大后的信号功率平均分配到其8个输出端，每个输出端连接一个滤波器进行信道选择。

所述检波模块包括8个ad8362对数功率检波器，分别连接在信道划分模块的8个滤波器的输出端，检波器可将输入信号的功率值转化为直流电压值输出，可检测的功率范围大致为-52dbm~8dbm。

所述微控制器模块包括一个单片机和一个8路adc模块。adc模块对检波模块的8个通道上的输出电压值进行多通道并行模数转换，单片机将结果进行处理得到各通道上的信号功率值。同时，单片机输出电压控制信号放大器模块中的ad8367信号放大器的增益。

信道划分模块结构图及参数如图2所示，根据常见无人机的跳频通信规律，将无人机通信频段划分为8个信道。其中功率分配器采用mini-circuits公司的zfsc-8-43功分器，将输入信号等分为8路输出，滤波器采用高阶切比雪夫型滤波器，具有很大的阻带衰减，矩形系数高。第一个滤波器为低通滤波器，通带截止频率为10mhz，其他七个滤波器为带通滤波器，中心频率分别为15mhz、25mhz、35mhz、45mhz、55mhz、65mhz、75mhz，通带宽度均为10mhz，所有滤波器的通带加在一起能完全覆盖无人机通信频段，而各滤波器的通带之间几乎没有交叠，从而达到划分无人机通信信道的目的。

微控制器模块结构如图3所示，单片机采用stm32f104系列，adc模块采用ad7606芯片。spi与单片机的spi1接口连接，adc模块的8个输入端分别连接检波模块的输出端，可以实现8通道并行模数转换，并通过spi总线实时地将采集到的数据发送给单片机处理，同时单片机的输出控制电压，以控制系统增益。

如图4所示，信号放大器模块和微控制器模块之间引入自动增益控制(agc)环路，其具体结构为，可变增益放大器工作在压控可变增益模式(vca)，微控制器模块的数模转换器(dac)的输出口dac_out连接信号放大器模块中可变增益放大器ad8367的增益控制电压输入端v_c，同时将数模转换器的参考电压引脚dac_ref与可变增益放大器的gnd引脚相连。微控制器模块通过采样检波模块的输出电压，计算得到各信道上的信号功率值，通过微控制器模块中单片机的da芯片输出控制电压调节可变增益放大器的增益，使各信道上的信号功率处于合适的范围。