CN107167037B - 一种基于声波攻击的集中控制反无人机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于声波攻击的集中控制反无人机系统，包括主控及显示装置、预警设备群、定位跟踪设备群和声波攻击设备群，预警设备将探测到预警区域的目标位置信息实时发送给主控及显示装置，由其进行运动轨迹的显示，当目标进入跟踪区域时，为该目标选择定位跟踪设备和声波攻击设备，并停止对该目标的预警探测，同时通过定位跟踪设备获取其位置信息，以及实现声波攻击设备对该目标的实时瞄准；当检测到该目标进入攻击区域时，控制声波攻击设备对发起声波攻击，使其因产生共振而坠毁，并通过定位跟踪设备检测器是否被摧毁，若是，则控制声波攻击设备停止攻击。本发明的实施，能同时对多个无人机目标进行智能判断并进行物理摧毁。

Description

一种基于声波攻击的集中控制反无人机系统

技术领域

本发明属于反无人机技术领域，尤其涉及一种基于声波攻击的集中控制反无人机系统。

背景技术

近年来民用无人机市场日益火爆，无人机已在个人航拍、影视拍摄、电力巡检、森林防火、警务取证、地图测绘等方面应用广泛。随着技术方面的不断突破，无人机已经成为了一种性能强大、功能全面的综合性平台，已实现自主跟随、轨迹飞行、定点环绕。

反无人机技术是指针对非法飞行的无人机进行的侦察、摧毁的方法和系统。

目前针对无人机进行反制的系统和设备主要有2种，分别如下所述：

1、申请公布号为：CN105842718A，发明名称为《一种便携式反无人机步枪》的专利申请。该专利申请具体涉及一种便携式反无人机步枪，包括枪体，该枪体内置有依次连接的控制器、反导航信号源模块和天馈子系统，通过控制器发送运行指令给反导航信号源模块，输出反导航信号通过所述天馈子系统发射，达到干扰无人机的目的。

2、申请公布号为：CN105501436A，发明名称为《一种携带式反无人机智能拦截网系统》的专利申请，采用的方法是，通过无人机携带智能拦截网具前往预定地点进行侦察搜索，发现可以目标后，伸缩控制杆自动向两端迅速展开并释放网具，网具在重力的作用下，迅速垂直展开，网具完全展开后形成矩形拦截网，从而对敌方无人机进行空中干扰、拦截、抓捕。

以上反无人机系统，技术上主要采用强干扰、物理方式捕获，流程复杂、操作困难、技术难度较大，且有一定的条件限制。随着技术的发展，有些无人机开始考虑不依赖于GPS的导航，上述反无人机步枪就没有效果；采取撒网捕获的方式，不仅极易被对方发现，而且捕获率较低，特别是针对多个目标同时袭击的复杂情况明显考虑不足，上述采用的反无人机系统未能从根本上解决反无人机的问题，故此采取物理攻击、硬损毁无人机的方法十分必要。

发明内容

本发明的发明目的在于：提供一种基于声波攻击的集中控制反无人机系统，包括主控及显示装置、预警设备群、定位跟踪设备群和声波攻击设备群，

其中预警设备群的各预警设备分布于预警区域的不同位置，定位跟踪设备群的各定位跟踪设备分布于跟踪区域的不同位置，声波攻击设备群的各声波攻击设备分布于攻击区域的不同位置；

主控及显示装置周期向预警设备群、定位跟踪设备群和声波攻击设备群的各设备发送设备状态监测信号，确定各设备状态并在本地保存，所述设备状态包括空闲态、工作态和故障态，同时对故障态的设备进行报警提示；

预警设备的初始设备状态为工作态，发射和接收无线电波实时备探测预警区域的空域目标的位置信息并将所述位置信息发送给主控及显示装置，主控及显示装置在本地显示各空域目标的运动轨迹；当空域目标进入跟踪区域时，主控及显示装置向发送所述空域目标的预警设备发出取消预警指令，并为所述空域目标选择设备状态为空闲态的定位跟踪设备和声波攻击设备，向选择的定位跟踪设备和声波攻击设备发送激活指令，并从选择的声波攻击设备中为各定位跟踪设备设置同步匹配表并发送给对应的定位跟踪设备，所述同步匹配表为：与当前定位跟踪设备发射方向同步的声波攻击设备，且同一声波攻击设备仅存在于一张同步匹配表中，即定位跟踪设备和声波攻击设备的同步匹配映射为一对一，或一对多；

接收到取消预警指令的预警设备将设备状态切换为空闲态；接收到激活指令的定位跟踪设备和声波攻击设备将设备状态切换为工作态；同时，空闲态的预警设备周期将设备状态切换为工作态；

工作态的定位跟踪设备通过发射和接收无线电波，实时获取空域目标的位置信息并发送给主控及显示装置，同时基于空域目标的位置信息计算瞄准位置偏移量并发送给同步匹配表中的声波攻击设备，定位跟踪设备和声波攻击设备分别基于瞄准位置偏移量实时调整信号发射方向，其中所有定位跟踪设备和声波攻击设备的初始信号发射方向均相同；

主控及显示装置判断各空域目标是否进入攻击区域，若是，则将空域目标设置为攻击目标，并基于系统工作模式执行不同处理：如果工作模式为人工干预，则提示操作人员选择是否攻击，若选择攻击，则向对应攻击目标的声波攻击设备发送攻击指令；如果工作模式为无人工干预，则等待K秒后向对应攻击目标的声波攻击设备发送攻击指令，其中0＜K＜10；在放送攻击指令后，同时向对应攻击目标的定位跟踪设备发出攻击监测指令；

接收到攻击指令的声波攻击设备基于当前信号发射方向，发射使空域目标发共振的声波攻击信号；接收到攻击监测指令的定位跟踪设备判断时间t(预设观察时间)后的攻击目标的高度判断是否小于预设阈值(经验值)，若是，则生成被摧毁指令并发送给主控及显示装置；

主控及显示装置向发送摧毁指令的定位跟踪设备以及所述定位跟踪设备的同步匹配表中声波攻击设备发送待机指令；

收到待机指令的定位跟踪设备、声波攻击设备将设备状态切换为空闲态，同时将信号发射方向恢复为初始信号发射。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、超前的预警机制，提供足够缓冲时间。该系统具有单独预警的设备，预警距离可达数公里。通过预警提示后，操作员有充分的准备时间，为下一步实施具体的攻击设置赢取宝贵时间。

2、具备一次能同时检测多目标、攻击多目标的能力。该系统不仅可以检测单个目标，也能同时应对多个目标侵袭的复杂情况。由于采取了集群式的部署方式，攻击设备具有数量的优势，能一次性摧毁多个恶意目标。

3、多设备同时攻击同一目标的能力。目前大多数反无人机平台均是单一反无人机平台针对单一目标，效果往往不佳。本发明默认采取位于不同地点的数台处于可用态的设备同时对单一目标进行攻击的方式，其攻击效率高于单一平台。

4、具备硬摧毁的能力，不用担心被同一目标多次袭击的可能性。目前无人机的非法用途日益增多，如通过无人机为监狱囚犯运送枪支、金钱，在无人机上捆绑炸药进行自杀式攻击等，对于这些特殊情景，本发明均能直接对无人机进行物理硬件摧毁，不仅防止了恶性事件的发生，也无需担心被同一目标多次侵袭的威胁。

5、更加智能化。本发明可以全天候、全时段自主式预警、自动化攻击，无需人工过多干预。采取默认的配置即可对侵入安全领域的飞行目标进行自动攻击，同时也可以采取人工手动控制的方式，对于经过允许的飞目标合理的忽略。

6、本发明简单实用、高度智能，而且具有很强的实战效益，对于打击利用无人机进行自杀式袭击、非法拍摄、暴力恐怖等有良好显著的效果，应用市场广阔。

附图说明

图1本发明的集中控制反无人机系统示意图；

图2本发明的主控及显示装置的结构示意图；

图3本发明的预警设备的结构示意图；

图4本发明的定位跟踪设备的结构示意图；

图5本发明的声波攻击设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本发明作进一步地详细描述。

基于保护目标的位置信息及系统设备性能，设置预警区域为：以保护目标为圆心、半径为H1的非交集区域，即圆环状区域，跟踪区域为：以保护目标为圆心、半径为H2的圆，攻击区域为：以保护目标为圆心、半径为H3的圆，其中H1＞H2＞H3。

然后，在预警区域的不同位置设置预警设备，具体数量n根据实际需求而定，且预警设备应首先考虑放置在视距良好无遮挡的地形上，优选的方式是加装合适的物理伪装，以及高低位置搭配。在跟踪区域的不同位置设置跟踪定位设备，具体数量m根据实际需求而定，优选视距良好无遮挡的地形上，并适当对其伪装。在攻击区域的不同位置声波攻击设备，具体数量k根据实际需求而定，优选在便于攻击的开阔地势上布置，并适当对其伪装。

所有预警设备构成预警设备子系统，所有跟踪定位设备构成定位跟踪子系统，所有声波攻击设备构成声波攻击子系统，各子系统均与主控及显示装置相连，无线或有线均可，优选为有线方式。且定位跟踪子系统与声波攻击子系统之间能够相互通信，用于交同步信号发射的物理偏移量，其系统架构图参见图1。其中，预警设备子系统的各设备与主控及显示装置之间交互的信息涉及：位于预警区域的空域目标的位置信息、取消预警指令、设备状态监测指令及对应的应答；定位跟踪设备子系统的各设备与主控及显示装置之间交互的信息涉及：激活指令、位于跟踪区域的空域目标的位置信息、同步匹配表、攻击监测指令、待机指令、设备状态监测指令及对应的应答；声波攻击设备子系统的各设备与主控及显示装置之间交互的信息涉及：激活指令、攻击指令、待机指令、设备状态监测指令及对应的应答。

其中，预警设备、跟踪定位设备与声波攻击设备均涉及3个设备状态，即空闲态(可用态)、工作态和故障态。预警设备的初始设备状态工作态，跟踪定位设备与声波攻击设备为空闲态。且主控及显示装置周期向所有预警设备、定位跟踪设备和声波攻击设备发送设备状态监测信号，确定各设备状态并在本地保存，例如当发送测试指令TC1时，被测试设备回复应答信号CT时，表示处于正常的空闲态；当发送测试指令TC2时，被测试设备回复应答信号CW时，表示处于忙碌的工作态；当发送测试指令TC3时，被测试设备回复应答信号CB时长时间没有应答时，表示处于损坏的故障态。当发现处于故障态的设备时，及时以一种显目的方式提示管理人员，进而保证所有设备的完好率。

其中主控及显示装置优选设置于室内。参见图2，其具体可包括通信模块、主控制模块和显示模块，其中通信模块用于与各系统的通信交互，主控制模块用于周期向各系统的各设备发送设备状态监测信号，确定各设备状态并保存，即在本地维护一张设备状态表T，该设备状态表T用于储预警设备、跟踪定位设备、声波攻击设备的数量、位置、设备状态等基本信息。以及为进入跟踪区域的空域目标选择跟踪设备和声波攻击设备，以及设置各定位跟踪设备设置同步匹配表，向定位跟踪设备和声波攻击设备发送激活指令、待机指令、以及向预警设备发送取消预警指令、通过显示模块实现人机交互操作；显示模块用于显示空域目标的运动轨迹、人机交互界面及预警、故障提示。控制及显示装置需要的硬件设备可以是预装Linux系统的卡片式电脑，也可以是自行购买零件组装的具有控制功能的设备，并设置对应的应用控制软件即可。

预警设备包括信号发射模块、信号接收模块、控制模块和网络通信模块、以及信息提示模块(可选)，参见图3，其网络通信模块用于与主控及显示装置的通信交互，信号发射模块用于发射探测信号，通过信号接收模块接收回波信号并发送给控制模块，由控制模块计算空域目标的位置信息并通过网络通信模块发送给主控及显示装置，信息提示模块用于在探测到空域目标时发出告警提示。

定位跟踪设备包括天线、馈电网络、发射机、接收机、角度随动单元、测速单元、测距单元、数据处理单元和通信单元，参见图4，其中通信单元用于与主控及显示装置、声波攻击设备的通信交互，通过发射机、馈电网络、天线发射探测信号，接收机将接收到的回波信号分别发送给测速单元、测距单元，测速单元计算出方位速度信息并发送给数据处理单元，测距单元计算出距离信息并发送给数据处理单元，数据处理单元计算出瞄准位置偏移量，即信号发射方向的物理位移量，将所述物理位移量发送给角度随动单元，调制信号发射方向；同时通过通信单元向主控及显示装置发送距离信息，向同步匹配表中的声波攻击设备发送物理位移量。

声波攻击设备包括信号发生器、功率放大器、控制单元、匹配电路、换能器、角度随动单元和通信单元，参见图5，其通信单元用于与主控及显示装置、定位跟踪设备的通信交互，控制单元根据接收的瞄准位置偏移量控制角度随动单元实时调整换能器的信号发射方向，信号发生器基于控制单元确定的信号频率生成电信号，经功率放大器对所述电信号进行放大，再经匹配电路进行匹配滤波后(起到保护器件不受损的目的)，由换能器转化为攻击声波信号并发射。其中换能器优选为具备聚能效果的换能器阵列，如多个换能器以平面垂直阵列的形式组成声波阵列发射源，多个所述换能器以锅的形式组成声波锅发射源，或以其他合理的具备聚能效果的布局均可。

基于上述设备结构的本发明的集中控制反无人机系统的具体工作流程如下：

S1：初始化n个预警设备的初始设备状态为工作态，以及m个跟踪定位设备和k个声波攻击设备的初始设备状态为空闲态。

S2：预警设备开始获取位于预警领域内的空域目标(即目标无人机)的位置信息，并通过其网络通信模块发送给主控及显示装置，主控及显示装置在其显示模块对目标无人机的运动轨迹进行实时显示，并检测其是否进入跟踪区域；若是，则执行步骤S3；否则继续检测和显示运动轨迹；

同时探测到目标无人机的预警设备还通过其信息提示模块发出告警提示，主要是用于警示目标无人机拥有者，以便于误入控制空域的无人机能被及时被撤出。

S3：主控及显示装置的主控制模块为进入跟踪区域的目标无人机选择设备状态为空闲态定位跟踪设备及声波攻击设备，假设当前进入跟踪区域的目标无人机有两个，分别用无人机a、b表示，主控制模块从本地设备状态表T中分别为无人机a、b选择两个声波攻击设备，及1个定位跟踪设备，选择时，基于位置信息优选选择与目标无人机最近的设备，向选择的设备发送激活指令。生成两张同步匹配表(1个定位跟踪设备对应2个声波攻击设备)并分别发送给对应的定位跟踪设备；

同时分别向对应无人机a、b的预警设备发送取消预警指令；

S4：接收到激活指令的设备首先将其设备状态切换为工作态；

对应无人机a的定位跟踪设备，实时获取其位置信息并向主控及显示装置发送，同时将其物理位移量发送给同步匹配表中的声波攻击设备，实现发射方向的同步随动；

对应无人机b的定位跟踪设备，实时获取其位置信息并向主控及显示装置发送，同时将其物理位移量发送给同步匹配表中的菱格声波攻击设备，实现发射方向的同步随动。

接收到取消预警指令的预警设备停止探测工作，并将其设备状态切换为空闲态；

S5：主控及显示装置对无人机a、b的位置信息进行实时检测，一旦其进入攻击区域，则将其标记为攻击目标并执行步骤S6；

S6：基于系统工作模式执行不同处理：如果工作模式为人工干预，则提示操作人员选择是否攻击，若选择攻击，则向对应攻击目标的声波攻击设备发送攻击指令；如果工作模式为无人工干预，则等待5秒后向对应攻击目标的声波攻击设备发送攻击指令，以便于操作人员可以中断当前攻击；

在放送攻击指令后，主控及显示装置同时向对应攻击目标的定位跟踪设备发出攻击监测指令；

S7：接收到攻击指令的声波攻击设备基于当前信号发射方向，发射使空域目标发共振的声波攻击信号；

接收到攻击监测指令的定位跟踪设备判断时间t后的攻击目标的高度判断是否小于预设阈值，若是，则生成被摧毁指令并发送给主控及显示装置；

S8：收到定位跟踪设备反馈的摧毁指令后，主控及显示装置基于同步匹配表的定位跟踪设备与声波攻击设备的映射关系，由发送摧毁指令的定位跟踪设备得到其对应的应停止攻击的声波攻击设备，向发送摧毁指令的定位跟踪设备及其存在同步匹配的声波攻击设备发送待机指令；

S9：收到待机指令的定位跟踪设备、声波攻击设备将设备状态切换为空闲态，同时将信号发射方向恢复为初始信号发射。

在上述步骤中，处于空闲态的预警设备周期切换器设备状态，将其切换为工作状态。例如每次切换到空闲状态时，预警设备的控制模块记录其切换时间t1，基于预设切换间隔周期T′，当到达时间t1+T′时，将其设备状态切换为工作状态。

本方案实现了高频信号对带有恶意的无人机在物理硬件上的高效精准摧毁，极大提高了低空领域、人身、财产安全，不仅适合于需求普通的学校、实验室、体育馆，也针对情况特殊的监狱、边境，不仅适合于静态防御，如体育赛事安保、重要大型会议安保，也适合特殊场合的动态防御，如特种作战、反自杀式袭击、武装巡逻等。对比现有反无人机的技术，本发明针对性强、效率极高，可根据任务、环境、需求快速搭建高效可靠的反无人机系统。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (7)

1.一种基于声波攻击的集中控制反无人机系统，其特征在于，包括主控及显示装置、预警设备群、定位跟踪设备群和声波攻击设备群，

其中预警设备群的各预警设备分布于预警区域的不同位置，定位跟踪设备群的各定位跟踪设备分布于跟踪区域的不同位置，声波攻击设备群的各声波攻击设备分布于攻击区域的不同位置；

主控及显示装置周期向预警设备群、定位跟踪设备群和声波攻击设备群的各设备发送设备状态监测信号，确定各设备状态并在本地保存，所述设备状态包括空闲态、工作态和故障态，同时对故障态的设备进行报警提示；

预警设备的初始设备状态为工作态，发射和接收无线电波实时探测预警区域的空域目标的位置信息并将所述位置信息发送给主控及显示装置，主控及显示装置在本地显示各空域目标的运动轨迹；当空域目标进入跟踪区域时，主控及显示装置向发送所述空域目标的预警设备发出取消预警指令，并为所述空域目标选择设备状态为空闲态的定位跟踪设备和声波攻击设备，向选择的定位跟踪设备和声波攻击设备发送激活指令，并从选择的声波攻击设备中为各定位跟踪设备设置同步匹配表并发送给对应的定位跟踪设备，所述同步匹配表为：与当前定位跟踪设备发射方向同步的声波攻击设备，且同一声波攻击设备仅存在于一张同步匹配表中；

接收到取消预警指令的预警设备将设备状态切换为空闲态；接收到激活指令的定位跟踪设备和声波攻击设备将设备状态切换为工作态；同时，空闲态的预警设备周期将设备状态切换为工作态；

工作态的定位跟踪设备通过发射和接收无线电波，实时获取空域目标的位置信息并发送给主控及显示装置，同时基于空域目标的位置信息计算瞄准位置偏移量并发送给同步匹配表中的声波攻击设备，定位跟踪设备和声波攻击设备分别基于瞄准位置偏移量实时调整信号发射方向，其中所有定位跟踪设备和声波攻击设备的初始信号发射方向均相同；

主控及显示装置判断各空域目标是否进入攻击区域，若是，则将空域目标设置为攻击目标，并基于系统工作模式执行不同处理：如果工作模式为人工干预，则提示操作人员选择是否攻击，若选择攻击，则向对应攻击目标的声波攻击设备发送攻击指令；如果工作模式为无人工干预，则等待K秒后向对应攻击目标的声波攻击设备发送攻击指令，其中0＜K＜10；在放送攻击指令后，同时向对应攻击目标的定位跟踪设备发出攻击监测指令；

接收到攻击指令的声波攻击设备基于当前信号发射方向，发射使空域目标共振的声波攻击信号；接收到攻击监测指令的定位跟踪设备判断预设时间t后的攻击目标的高度是否小于预设阈值，若是，则生成被摧毁指令并发送给主控及显示装置；

主控及显示装置向发送被摧毁指令的定位跟踪设备以及所述定位跟踪设备的同步匹配表中声波攻击设备发送待机指令；

收到待机指令的定位跟踪设备、声波攻击设备将设备状态切换为空闲态，同时将信号发射方向恢复为初始信号发射。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预警设备包括信号发射模块、信号接收模块、控制模块和网络通信模块，其中网络通信模块用于与主控及显示装置的通信交互，信号发射模块用于发射探测信号，通过信号接收模块接收回波信号并发送给控制模块，由控制模块计算空域目标的位置信息并通过网络通信模块发送给主控及显示装置。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控及显示装置包括通信模块、主控制模块和显示模块，其中通信模块用于与预警设备、定位跟踪设备和声波攻击设备的通信交互，主控制模块用于周期向预警设备群、定位跟踪设备群和声波攻击设备群的各设备发送设备状态监测信号，确定各设备状态并保存，为进入跟踪区域的空域目标选择定位跟踪设备和声波攻击设备，以及设置各定位跟踪设备同步匹配表，向定位跟踪设备和声波攻击设备发送激活指令、待机指令、以及向预警设备发送取消预警指令、通过显示模块实现人机交互操作；显示模块用于显示空域目标的运动轨迹、人机交互界面及预警、故障提示。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定位跟踪设备包括天线、馈电网络、发射机、接收机、角度随动单元、测速单元、测距单元、数据处理单元和通信单元，其中通信单元用于与主控及显示装置、声波攻击设备的通信交互，通过发射机、馈电网络、天线发射探测信号，接收机将接收到的回波信号分别发送给测速单元、测距单元，测速单元计算出方位速度信息并发送给数据处理单元，测距单元计算出距离信息并发送给数据处理单元，数据处理单元计算出瞄准位置偏移量，即信号发射方向的物理位移量，将所述物理位移量发送给角度随动单元，调制信号发射方向；同时通过通信单元向主控及显示装置发送距离信息，向同步匹配表中的声波攻击设备发送物理位移量。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述声波攻击设备包括信号发生器、功率放大器、控制单元、匹配电路、换能器、角度随动单元和通信单元，其中通信单元用于与主控及显示装置、定位跟踪设备的通信交互，控制单元根据接收的瞄准位置偏移量控制角度随动单元实时调整换能器的信号发射方向，信号发生器基于控制单元确定的信号频率生成电信号，经功率放大器对所述电信号进行放大，再经匹配电路进行匹配滤波后，由换能器转化为攻击声波信号并发射。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，将声波攻击设备的换能器替换为具备聚能效果的换能器阵列。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预警设备、定位跟踪设备和声波攻击设备设置有伪装。