CN107219518A - 低慢小无人机航迹测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线电领域，为解决低空慢速飞行小型无人机目标的航迹测量和多基地雷达中波束同步扫描问题，本发明公开了低慢小无人机航迹测量系统及方法，包括监测设备、发射站、接收站、数据处理中心和数据传输链路，监测设备台数M≥2，用于测量无人机的辐射信号和方向，数据处理中心确定无人机的目标区域，引导发射站和接收站同步指向目标区域，发射站和接收站分别配置在防护区域中部和周边，在中部配置一台，在周边配置至少两台，接收站只接收处理目标区域的回波信号，数据传输链路完成数据、命令和参考信号传送。本发明可应用于机场净空保护区和大型油库等重点防护区域。

Description

低慢小无人机航迹测量系统及方法

技术领域

本发明涉及无线电领域，尤其涉及一种低慢小无人机航迹测量系统及方法。

背景技术

近年来，各种无人机的数量快速增加，潜在危害逐渐显现，如机场净空保护区内无人机干扰民航飞行事件屡有发生，造成航班备降、返航或延误，严重威胁民航客机的飞行安全。为有效应对各种无人机不断增长的现实威胁，迫切需要对防护区内的无人机进行航迹测量，以准确判断无人机的威胁程度并及时采取相应的对策。

多套无线电侦测设备可对无人机进行定位，但精度通常较低，应用场合有限，目前对无人机航迹测量主要采用雷达探测设备。

雷达探测设备有单基地雷达和多基地雷达两类，单基地雷达主要采用低空监视雷达，中国专利CN201610554144.0公开了一种小型无人机的对抗系统，采用KU波段全相参、全固态和调频连续波体制雷达，此类雷达可以对“高慢小”、“低快小”或“低慢大”无人机可实施有效探测，这是因为：对“高慢小”无人机，地物杂波的影响小，目标容易通过雷达散射截面积识别，对“低快小”无人机，目标容易通过明显的多普勒频移从地物杂波中识别，对“低慢大”无人机，目标容易通过较大的雷达散射截面积从地物杂波中识别，但对“低慢小”(低空慢速飞行小型)无人机，由于目标与地物杂波接近、多普勒频移不明显、雷达散射截面积小，现有技术很难将目标从地物杂波识别，是雷达探测的难点。

多基地雷达根据发射机的配置，有专用、合作和非合作三类：专用类是指发射机的设计和操作均从属于多基地雷达系统，合作类是指发射机为其它服务而设计，但又适当支持多基地工作并受其控制，非合作类是指发射机尽管适宜多基地工作，但不受控。

对合作类和非合作类多基地雷达系统，中国专利CN201480029064.2公开了一种用于定位目标的方法和实施此方法的多基地雷达系统，借助于N≥1个接收器来接收M≥1(N·M≥3)个发射器发射并被目标反射的机会点无线电信号，来确定空中飞行目标的位置，由于目前大量出现的无人机其雷达散射截面积很小，回波信号极弱，采用该方法对无人机进行定位极为困难。对专用多基地雷达系统，波束同步扫描是首先必须解决的问题，当发射和接收均为窄波束时，波束同步扫描方法有：一是在接收波束完成一个监视区域的扫描时间内，发射波束固定，然后发射波束步进一个方向图宽度，如此循环直到发射波束步进扫过整个监视扇区，这种方法效率很低，极少采用；二是发射波束扫描，用多个同时接收波束来覆盖监视扇区，这种方法需要多波束天线，接收机成本升高，复杂性增大；三是发射波束扫描，接收波束追赶发射波束，这种方法需要相控阵天线实现复杂而又精确的波束控制，代价大；而当发射为宽波束照射监视扇区，接收窄波束在监视扇区内扫描时，同步不成问题，但代价是信噪比降低，作用距离变小，还会引起副瓣杂波电平的增大。

总之，由于“低慢小”无人机与地物杂波接近、多普勒频移不明显、雷达散射截面积小，现有技术难以解决。

发明内容

本发明公开低慢小无人机航迹测量系统及方法，旨在解决多基地雷达中波束同步扫描问题、低空慢速飞行小型无人机目标的航迹测量问题。

本发明公开的低慢小无人机航迹测量系统及方法，包括监测设备、发射站、接收站、数据处理中心和数据传输链路，所述监测设备台数M≥2，用于测量无人机的辐射信号和方向，所述数据处理中心确定无人机的目标区域，引导所述发射站和所述接收站同步指向目标区域，所述发射站和所述接收站分别配置在防护区域中部和周边，所述中部配置一台，所述周边配置至少两台，所述数据传输链路完成数据、命令和参考信号传送。

具体地讲，本发明公开了低慢小无人机航迹测量系统，包括：发射站、接收站、数据处理中心和数据传输链路，所述发射站包括：发射天线、发射转台、发射机、信号产生器和发射通信模块，所述接收站包括：接收天线、伺服机构、接收通道、处理机和接收通信模块，所述数据处理中心包括：处理机、显示器和中心通信模块；该多基地雷达系统还包括至少两台监测设备，用于监测无人机的辐射信号，并通过交汇测量确定无人机的目标区域，所述监测设备包括监测天线、监测转台、监测接收机和监测通信模块，其测量结果发送所述数据处理中心，接受所述数据处理中心的控制；

所述数据处理中心根据所述监测设备的交汇测量结果确定无人机的目标区域，生成第一引导和控制数据，并通过所述数据传输链路来引导和控制所述发射站和所述接收站同步指向目标区域；

所述发射站和所述接收站分别配置在防护区域中部和周边，所述中部配置一台，所述周边配置至少两台，以保证发射天线或接收天线对无人机目标处于较高仰角状态，降低地物杂波对测量的影响。

所述接收站只接收处理已确定目标区域的回波信号，以过滤其它位置的地物杂波，降低地物杂波对测量的影响，测量结果发送所述数据处理中心。

所述数据处理中心根据接收站的测量结果计算无人机的空间位置，生成第二引导和控制数据，引导所述接收站和所述发射站同步指向目标。

所述的低慢小无人机航迹测量系统，所述接收站配置在防护区域的中部，其接收通道路数R至少为2，用于接收经无人机反射的回波信号，经过所述接收站的处理机进行杂波对消后，获取无人机的视角和对不同发射站的距离和，再通过所述数据处理中心处理后，得到无人机的空间位置，从而产生第二引导和控制数据并发送所述发射站和所述接收站，用于所述接收站和所述发射站波束同步扫描。

所述的低慢小无人机航迹测量系统，所述发射站配置在防护区域的中部，所述接收站将各自包括目标和杂波的测量结果发送所述数据处理中心，经过所述数据处理中心进行杂波对消处理后，获取不同接收站对无人机的视角和对发射站的距离和，得到无人机的空间位置，从而产生第二引导和控制数据并发送至所述接收站和所述发射站，用于所述接收站和所述发射站波束同步扫描。

所述的低慢小无人机航迹测量系统，当所述接收站配置在防护区域的中部时，所述接收站配置一台所述监测设备，共用所述接收站的伺服机构，所述监测设备的监测天线与所述接收站的接收天线同时指向目标，另外一台或若干台所述监测设备任意设置。

所述的低慢小无人机航迹测量系统，当所述接收站配置在防护区域的中部时，所述监测设备与所述发射站配置在一起，共用所述发射站的发射转台，所述监测设备的监测天线与所述发射站的发射天线同时指向目标。

所述的低慢小无人机航迹测量系统，其特征在于，当所述发射站配置在防护区域的中部时，所述发射站配置一台所述监测设备，共用所述发射站的发射转台，所述监测设备的监测天线与所述发射站的发射天线同时指向目标，另外一台或若干台所述监测设备任意设置。

所述的低慢小无人机航迹测量系统，其特征在于，当所述发射站配置在防护区域的中部时，所述监测设备与所述接收站配置在一起，共用所述接收站的伺服机构，所述监测设备的监测天线与所述接收站的接收天线同时指向目标。

所述的低慢小无人机航迹测量系统，其特征在于，所述接收站和所述监测设备均采用相控阵天线并处于同一阵面上，方位上采用电扫描加机械扫描，俯仰上采用电扫描。

所述的低慢小无人机航迹测量系统，其特征在于，所述第一引导数据引导所述发射站使用宽的天线方向图指向目标区域，所述第二引导数据引导所述发射站使用窄的天线方向图指向目标。

本发明公开低慢小无人机航迹测量方法，该方法包括如下步骤：

步骤S1，配置至少两台监测设备，用于监测所述无人机的辐射信号，并将结果送所述数据处理中心；

步骤S2，将所述发射站和所述接收站分别配置在防护区域中部和周边，所述中部配置一台，所述周边配置至少两台；

步骤S3，所述数据处理中心根据所述监测设备的交汇测量结果确定无人机的目标区域，生成第一引导和控制数据，并通过所述数据传输链路来引导和控制所述发射站和所述接收站同步指向目标区域；

步骤S4，所述发射站控制发射天线指向目标区域，发射雷达信号，同时将参考信号通过所述数据通信链路发送所述接收站；

步骤S5，所述接收站控制接收天线指向目标区域，接收天线按一定的规律扫描搜索无人机目标，所述接收站只接收处理所述目标区域的回波信号，测量结果发送所述数据处理中心；

步骤S6，所述数据处理中心根据接收站的测量结果计算无人机的空间位置，生成无人机飞行航迹，从而产生第二引导和控制数据并发送所述发射站和所述接收站，用于所述接收站和所述发射站波束同步扫描，实现多基地雷达系统的自主跟踪。

本发明的有益效果在于：

本发明利用监测设备的测量结果确定目标区域，引导发射天线和接收天线同步指向目标区域，避免了多基地雷达对防护区域大范围的搜索和对正常目标的处理消耗，保证快速发现和跟踪目标；同时由于接收机只处理该目标区域的回波信号，过滤掉其它位置的地物杂波，降低了地物杂波对测量的影响。此外，本发明采用多站发射、单站多通道接收，或单站发射、多站接收技术方案，一方面保证发射天线或接收天线对无人机目标处于较高仰角状态，降低地物杂波对测量的影响；另一方面利用多路接收通道或多台接收站进行杂波对消，消除了地物杂波的影响，保证了对低慢小无人机进行跟踪测量。本发明在测量无人机位置后，重新生成高精度的引导数据，引导发射天线和接收天线同步指向目标，实现了多基地雷达系统的自主跟踪，较好解决了多基地雷达波束同步扫描的难题。本发明以较低的代价解决“低慢小”无人机目标的航迹测量难题，可应用于机场净空保护区和大型油库等重点防护区域。

附图说明

图1为本发明用于无人机航迹测量的多基地雷达系统组成示意图；

图2为监测设备组成示意图；

图3为发射站组成示意图；

图4为接收站组成示意图；

图5为监测设备与接收站配置在一起示意图；

图6为监测设备与发射站配置在一起示意图。

具体实施方式

本发明为了解决多基地雷达中波束同步扫描问题，首先采用无线电监测设备监测无人机的辐射信号以发现目标，利用多台监测设备进行交汇测量确定无人机的目标区域，引导多基地雷达的发射站和接收站同步指向目标区域，发现和跟踪目标后，根据对无人机位置的测量结果生成新的引导数据，实现接收站和发射站波束同步扫描和多基地雷达对无人机目标的自动跟踪。

具体地讲，本发明公开了低慢小无人机航迹测量系统，包括：监测设备1、发射站2、接收站3、数据处理中心4和数据传输链路5。

1、监测设备1(台数M≥2)，包括：

监测转台9，用于承载监测天线并在方位和俯仰方向上转动；

监测天线6，用于接收各种辐射信号；

监测收机7，用于测量辐射信号的参数和方向；

监测通信模块8，用于接收数据处理中心的数据、命令，向数据处理中心发送测量结果。

2、发射站2包括：

发射转台13，用于承载发射天线并在方位和俯仰方向上转动；

发射天线10，用于辐射雷达信号；

发射机11，用于放大雷达信号；

信号产生器12，用于产生雷达信号；

发射通信模块14，用于接收数据处理中心的引导数据和命令。

3、接收站3包括：

伺服机构19：用于承载接收天线，在方位、俯仰方向上扫描和跟踪无人机；

接收天线15：用于接收由发射站发射经无人机反射的回波信号；

接收通道16、17：用于处理无人机反射的回波信号；

处理机18：用于获取无人机的视角、对相应发射站的距离和；

控制器20：用于设置各分机参数，实时控制各分机工作状态；

接收通信模块21：用于接收数据处理中心的引导数据、命令和发射站的参考信号，测量结果送数据处理中心。

4、数据处理中心4包括：

处理机：根据监测设备的测量结果，识别无人机目标，计算目标大体位置，生成引导数据，控制全系统协同工作；根据接收站的测量结果，计算无人机的位置，生成无人机航迹，并根据无人机航迹重新生成引导数据。

显示器：用于显示对无人机的监测参数和飞行航迹；

中心通信模块：用于接收监测设备和接收站的测量结果，发送引导数据至发射站和接收站，发送控制命令至监测设备、发射站和接收站。

5、数据传输链路5，用于监测设备、发射站、接收站和数据处理中心之间的数据、命令和参考信号传送。

上述方案可直接测量无人机目标相对于接收站的视角，目标对接收站的距离不能直接测量，通常先测量发射站—目标—接收站的时延，得到距离和，再根据发射站和接收站间的基线长度，通过求解双基地三角形来获得目标对接收站的距离，进而确定目标的位置。

本发明为解决低空慢速飞行无人机目标航迹测量问题，采取的技术措施包括：抬高发射站或接收站天线对目标的仰角，以减轻地物杂波的影响，同时接收站只处理已确定目标区域的回波信号，屏蔽掉其它距离上的地物杂波，最后利用多站发射单站多通道接收，或单站发射多站接收，对不同接收通道或不同接收站的杂波进行对消处理，消除地物杂波的影响，保证对低慢小无人机进行跟踪测量。

根据上述技术措施，本发明包括两种技术方案。

第一技术方案

低慢小无人机航迹测量系统，包括监测设备1、发射站2、接收站3、数据处理中心4和数据传输链路5，其中：

监测设备台数M≥2；

发射站台数N≥2，围绕防护区域周边布站，以抬高对无人机目标的照射角度，降低地物杂波的影响；发射站接收数据处理中心的引导数据，将其发射天线指向无人机目标，并按照数据处理中心的命令向无人机辐射雷达信号。

接收站位于防护区域的中部，其接收通道路数R≥2，可同时接收R路由发射站发射经无人机反射的回波信号，处理机对不同接收通道的杂波信号进行对消处理。

优选一，有一台监测设备与接收站配置在一起，共用接收站的伺服机构，监测设备的监测天线与接收站的接收天线同时指向目标，这种情况下，当监测设备发现目标并测向时，接收站的接收天线已对准目标区域。

优选二，在上述优选一中，接收站采用相控天线，方位上采用电扫描加机械扫描，俯仰上采用电扫描，由于发射波束并不扫描，所以波束控制相对简单，优点是可以提高搜索、捕获目标的速度，相控阵接收天线采用自适应调零技术，还可形成多个零点对准强杂波区，进一步提高系统性能，监测设备天线也采用相控阵天线，并与相控阵接收天线安装在同一阵面上。

优选三，所有监测设备与发射站结合在一起，共用发射站的发射转台，监测设备的监测天线与发射站的发射天线同时指向目标，这种情况下，当监测设备发现目标并测向时，发射站的发射天线已对准目标区域。

优选四，发射站的发射天线具有2种方向图宽度，数据处理中心发送第一引导数据时，发射站使用宽的天线方向图指向目标区域，数据处理中心发送第二引导数据时，发射站使用窄的天线方向图指向目标。

基于上述第一技术方案的无人机航迹测量方法，包括以下步骤：

步骤11，选取监测设备中的1台对防护区域各种辐射信号的参数和方向进行测量，测量结果送数据处理中心；

步骤12，数据处理中心接收上述监测设备的测量结果，根据平时监测时积累的数据库，当发现新出现的辐射信号时，生成工作频率和方位引导数据发送其它监测设备，其它监测设备工作在对应的频率上，并在相应的空域搜索目标，发现目标后将测量结果发送数据处理中心，数据处理中心计算新辐射信号的目标区域并观察其运动状态，当确认为防护区域内的无人机目标时，生成第一引导数据发送接收站和与无人机方位最近的相邻两台或多台发射站，同时将目标区域提供接收站，数据处理中心适时发出测量命令，控制全系统协同工作；

步骤13，发射站根据数据处理中心提供的第一引导数据控制发射天线指向无人机目标，对优选三，发射天线已经对准目标，不用此引导数据；发射站按照数据处理中心的命令，发射雷达信号，同时将参考信号通过数据通信链路发送接收站；

步骤14，接收站根据数据处理中心提供的第一引导数据，控制接收天线指向目标区域，对优选一，接收天线已对准目标区域，不用此引导数据；接收天线按一定的规律扫描搜索无人机目标，各接收通道只处理由数据处理中心提供的目标区域的回波信号，屏蔽掉其它距离上的地物杂波，处理机综合处理多路接收通道的测量结果，并对不同接收通道的杂波进行对消处理，完成无人机目标的捕获和自动跟踪，获取接收站对无人机的视角以及对不同发射站的距离和，并发送数据处理中心；

步骤15，数据处理中心计算无人机的位置，生成无人机飞行航迹，并生成第二引导数据发送发射站和接收站，实现多基地雷达系统的自主跟踪，完成从引导跟踪到自主跟踪的转换。对优选四，此时可将发射天线的方向图切换到更窄的状态，以利于对无人机目标进行高精度跟踪。

第二技术方案

低慢小无人机航迹测量系统，包括监测设备1、发射站2、接收站3、数据处理中心4和数据传输链路5，其中：

监测设备台数M≥2；

发射站位于防护区域的中部；

接收站台数N≥2，围绕防护区域周边布站，以抬高对无人机目标的接收角度，降低地物杂波的影响。

优选一，发射站与1台监测设备配置在一起，共用发射站的发射转台，监测设备的监测天线与发射站的发射天线同时指向目标，这种情况下，当监测设备发现目标并测向时，发射站的发射天线已对准目标。

优选二，所有监测设备与接收站配置在一起，各监测设备和接收站共用一台伺服机构，监测设备的监测天线与接收站的接收天线同时指向目标，这种情况下，当监测设备发现目标并测向时，接收站的接收天线已对准目标。

优选三，上述优选三中，接收站采用相控阵体制，接收天线方位上采用电扫描加机械扫描，俯仰上采用电扫描，由于发射波束并不扫描，所以波束控制相对简单，优点是可以提高搜索、捕获目标的速度，相控阵接收天线采用自适应调零技术，还可形成多个零点对准强杂波区，进一步提高系统性能，监测设备天线也采用相控阵天线，并与相控阵接收天线安装在同一阵面上。

优选四，发射站的发射天线具有2种方向图宽度，数据处理中心发送第一引导数据时，发射站使用宽的天线方向图指向目标区域，数据处理中心发送第二引导数据时，发射站使用窄的天线方向图指向目标。

基于上述第二技术方案的无人机航迹测量方法，包括以下步骤：

步骤21，选取监测设备中的1套对防护区域各种辐射信号的参数和方向进行测量，测量结果送数据处理中心；

步骤22，数据处理中心接收上述监测设备的测量结果，根据平时监测时积累的数据库，当发现新出现的辐射信号时，生成工作频率和方位引导数据发送其它监测设备，其它监测设备工作在对应的频率上，并在相应的空域搜索目标，发现目标后将测量结果发送数据处理中心，数据处理中心计算新辐射信号的目标区域并观察其运动状态，当确认为防护区域内的无人机目标时，生成第一引导数据发送发射站和与无人机方位最近的相邻两台或多台接收站，同时将目标的目标区域提供接收站，数据处理中心适时发出测量命令，控制全系统协同工作；

步骤23，发射站根据数据处理中心提供的第一引导数据控制发射天线指向无人机目标，对优选一，发射天线已经对准目标区域，不用此引导数据；发射站按照数据处理中心的命令，发射雷达信号，同时将参考信号通过数据通信链路发送接收站；

步骤24，接收站根据数据处理中心提供的第一引导数据，控制接收天线指向目标区域，对优选二，接收天线已大体对准目标区域，不用此引导数据；接收天线按一定的规律扫描搜索无人机目标，其接收通道只处理由数据处理中心提供的目标区域的回波信号，屏蔽掉其它距离上的地物杂波，接收站将各自包括目标和杂波的测量结果发送所述数据处理中心。

步骤25，数据处理中心接收各接收站的测量结果并进行杂波对消处理，获取不同接收站对无人机的视角和对发射站的距离和，得到无人机的空间位置，从而产生第二引导和控制数据并发送至接收站和发射站，用于接收站和发射站波束同步扫描，实现多基地雷达系统的自主跟踪，完成从引导跟踪到自主跟踪的转换。对优选四，此时可将发射天线的方向图切换到更窄的状态，以利于对无人机目标进行高精度跟踪。

以下结合附图和具体实施例进一步描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一种实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。为简单起见，以下内容省略了该技术领域所公知的技术原理和通用技术。

具体实施例1

如图1所示，低慢小无人机航迹测量系统，包括监测设备1、发射站2、接收站3、数据处理中心4和数据传输链路5。

以应用于大型油库防护区为例，采用上述第一技术方案，其基本配置为：监测设备2套，发射站4套，接收站1套。

监测设备组成如图2所示，包括监测天线6、监测转台9、监测接收机7和监测通信模块8，监测设备位于防护区较高的建筑物楼顶上，以实现对整个防护区的全方位监测，2套监测设备拉开一定的距离以实现交汇测量，监测天线为多通道多频段天线，采用比相与比幅相结合的测向体制，对2GHz以下频段，测向精度在2°左右，对5GHz以上频段，测向精度在1°左右。

发射站组成如图3所示，包括发射天线10、发射转台13、发射机11、信号产生器12和通信模块14，4套发射站分别放置在油库防护区边沿平坦的地方，保证对无人机目标有一定的照射仰角，并以相邻两台为组合，覆盖以油库为中心的区域，发射天线为抛物面天线，其方向图宽度要求为引导精度的3倍左右，为适应监测设备2GHz以下频段的测向精度，发射天线方向图宽度为6°左右，同时为减小天线尺寸和重量，其工作频率可选取15GHz。

接收站组成如图4所示，包括接收天线15、伺服机构19、接收通道16/17、处理机18、控制器20和接收通信模块21，接收站位于油库保护区的中部区域较高的建筑物楼顶上，天线为抛物面天线，其方向图宽度为0.5°，采用单脉冲测角体制。接收站的接收通道为2路，可同时接收2路由发射站发射经无人机反射的回波信号。

数据处理中心包括处理机、显示器和中心通信模块，处理机包括控制计算机、数据处理服务器和数据库服务器，处理机通过通信模块接收监测设备的测量结果，识别无人机目标，计算目标区域，生成第一引导数据，向发射站和接收站发送引导和控制命令，控制全系统协同工作，同时接收接收站的测量结果，计算无人机的位置，生成无人机航迹，并根据无人机航迹重新生成第二引导数据，用于接收站和发射站波束同步扫描，实现多基地雷达系统的自动跟踪。

数据传输链路可以是无线或有线(同轴电缆、光纤等)，可以是专用或现有通信网络的一部分，参考信号采用数字信号，以某一发射站为基准，向接收站和其它3个发射站发送，实现接收站和发射站的时间同步。

基于上述技术方案的无人机航迹测量方法，其步骤包括：

步骤111，选取1套监测设备中对防护区域各种辐射信号的参数和方向进行测量，测量结果送数据处理中心；

步骤112，数据处理中心接收上述监测设备的测量结果，根据平时监测时积累的数据库，当发现新出现的辐射信号时，生成工作频率和方位引导数据发送其它监测设备，其它监测设备工作在对应的频率上，并在相应的空域搜索目标，发现目标后将测量结果发送数据处理中心，数据处理中心计算新辐射信号的目标区域并观察其运动状态，当确认为防护区域内的无人机目标时，生成第一引导数据发送接收站和与无人机方位最近的相邻2套发射站，同时将目标区域提供接收站，数据处理中心适时发出测量命令，控制全系统协同工作；

步骤113，发射站根据数据处理中心提供的引导数据控制发射天线指向无人机目标，按照数据处理中心的命令，发射雷达信号，同时以某一发射站为基准，将参考信号通过数据通信链路发送接收站和其它发射站；

步骤114，接收站根据数据处理中心提供的引导数据控制接收天线指向目标区域，接收天线按一定的规律扫描搜索无人机目标，2路接收通道只处理由数据处理中心提供的目标区域的回波信号，屏蔽掉其它距离上的地物杂波，处理机综合处理2路接收通道的测量结果，并对杂波进行对消处理，完成无人机目标的捕获和自动跟踪，获取接收站对无人机的视角以及对不同发射站的距离和，并发送数据处理中心；

步骤115，数据处理中心计算无人机的位置，生成无人机飞行航迹，从而产生第二引导和控制数据并发送至接收站和发射站，用于接收站和发射站波束同步扫描，实现多基地雷达系统的自主跟踪，完成从引导跟踪到自主跟踪的转换。

对第一技术方案中的优选一，有1套监测设备与接收站配置在一起，如图5所示，其监测天线安装在接收站的伺服机构上，与接收站的接收天线同时指向目标，并共用接收通信模块实现信号和数据传输，这种情况下，当监测设备发现目标并测向时，接收站的接收天线已大体对准目标，不用数据处理中心的第一引导数据。

对第一技术方案中的优选二，接收站采用相控阵天线，方位上采用电扫描加机械扫描，俯仰上采用电扫描，有利于提高搜索、捕获目标的速度，相控阵接收天线采用自适应调零技术，可形成多个零点对准强杂波区，进一步提高系统性能。监测设备天线也采用相控阵天线，根据现代无人机使用的频率范围主要在433MHz、2.4GHz、5.8附近，可选取400MHz～800MHz和2GHz～6GHz二个频率范围的天线，与相控阵接收天线安装在同一阵面上。

对第一技术方案中的优选三，所有监测设备与发射站结合在一起，共用发射转台，如图6所示，监测设备的监测天线与发射站的发射天线同时指向目标，共用发射通信模块实现信号和数据传输，这种情况下，当监测设备发现目标并测向时，发射站的发射天线已对准目标，不用数据处理中心的第一引导数据。

对第一技术方案中的优选四，发射站的发射天线具有2种方向图宽度，如分别6°和3°两种，当无人机辐射信号为5GHz以上频段，由于测向精度较高，此时可采用3°的方向图宽度；此外，当数据处理中心发送第一引导数据时，发射站使用6°的天线方向图指向目标区域，当数据处理中心发送第二引导数据时，发射站使用3°的天线方向图指向目标，以降低地物杂波的影响。

具体实施例2

如图1所示，低慢小无人机航迹测量系统，包括监测设备1、发射站2、接收站3、数据处理中心4和数据传输链路5。

以应用于机场净空保护区为例，对第二技术方案，其基本配置为：监测设备2套，发射站1套，接收站4套。

监测设备组成如图2所示，包括监测天线6、监测转台9、监测接收机7和监测通信模块8，监测设备位于机场净空保护区较高的建筑物楼顶上，以实现对整个保护区的全方位监测，2套监测设备拉开一定的距离以实现交汇测量，监测天线为多通道多频段天线，采用比相与比幅相结合的测向体制，对2GHz以下频段，测向精度在2°左右，5GHz以上频段，测向精度在1°左右。

发射站组成如图3所示，包括发射天线10、发射转台13、发射机11、信号产生器12和通信模块14，位于机场净空保护区的中部区域较高的建筑物楼顶上，避免建筑物的遮挡；发射天线为抛物面天线，其方向图宽度为6°，为避免对机场的电磁环境产生不利影响，其工作频率可选取15GHz。

接收站组成包括接收天线15、伺服机构19、接收通道16/17、处理机18、控制器20和通信模块21，4套接收站分别放置在机场场坪附近平坦的地方，保证在飞机起降段对无人机目标有一定的接收仰角，并以相邻两台为组合，覆盖以跑道为中心的重点低空区域，对中高空区域可实现整个机场净空保护区的全覆盖，接收站天线为抛物面天线，其方向图宽度为0.5°，采用单脉冲测角体制。

数据处理中心包括处理机、显示器和通信模块，处理机包括控制计算机、数据处理服务器和数据库服务器，处理机通过通信模块接收监测设备的测量结果，识别无人机目标，计算目标区域，生成第一引导和控制数据，向发射站和接收站发送引导和控制命令，控制全系统协同工作，同时接收接收站的测量结果，计算无人机的位置，生成无人机航迹，并根据无人机航迹重新生成第二引导数据，用于接收站和发射站波束同步扫描，实现多基地雷达系统的自动跟踪。

数据传输链路可以是无线或有线(同轴电缆、光纤等)，可以是专用或现有通信网络的一部分，参考信号采用数字信号，以发射站为基准，向4套接收站发送，实现接收站和发射站的时间同步。

基于上述第二技术方案的无人机航迹测量方法，其测量步骤为：

步骤221，选取监测设备中的1套对防护区域各种辐射信号的参数和方向进行测量，测量结果送数据处理中心；

步骤222，数据处理中心接收上述监测设备的测量结果，根据平时监测时积累的数据库，当发现新出现的辐射信号时，生成工作频率和方位引导数据发送其它监测设备，其它监测设备工作在对应的频率上，并在相应的空域搜索目标，发现目标后将测量结果发送数据处理中心，数据处理中心计算新辐射信号的目标区域并观察其运动状态，当确认为防护区域内的无人机目标时，生成第一引导数据发送发射站和与无人机方位最近的相邻2套接收站，同时将目标的目标区域提供接收站，数据处理中心适时发出测量命令，控制全系统协同工作；

步骤223，发射站根据数据处理中心提供的引导数据控制发射天线指向无人机目标，按照数据处理中心的命令，发射雷达信号，同时将参考信号通过数据通信链路发送接收站；

步骤224，各接收站根据数据处理中心提供的引导数据，控制接收天线指向目标区域，接收天线按一定的规律扫描搜索无人机目标，其接收通道只处理由数据处理中心提供的目标区域的回波信号，屏蔽掉其它距离上的地物杂波，接收站将各自包括目标和杂波的测量结果发送所述数据处理中心。

步骤225，数据处理中心接收各接收站的测量结果并进行杂波对消处理，获取不同接收站对无人机的视角和对发射站的距离和，得到无人机的空间位置，从而产生第二引导和控制数据并发送至接收站和发射站，用于接收站和发射站波束同步扫描，实现多基地雷达系统的自主跟踪，完成从引导跟踪到自主跟踪的转换。

对第二技术方案中的优选一，发射站与1台监测设备配置在一起，共用发射站的发射转台和发射通信模块，监测设备的监测天线与发射站的发射天线同时指向目标，这种情况下，当监测设备发现目标并测向时，发射的发射天线已对准目标，不用数据处理中心的第一引导数据。

对第二技术方案中的优选二，所有监测设备与接收站配置在一起，各监测设备共用接收站的伺服机构和接收通信模块，监测设备的监测天线与接收站的接收天线同时指向目标，这种情况下，当监测设备发现目标并测向时，接收站的接收天线已对准目标，不用数据处理中心的第一引导数据。

对第二技术方案中的优选三，接收站采用相控阵天线，方位上采用电扫描加机械扫描，俯仰上采用电扫描，可以提高搜索、捕获目标的速度，相控阵接收天线采用自适应调零技术，可形成多个零点对准强杂波区，进一步提高系统性能。根据现代无人机使用的频率范围主要在433MHz、2.4GHz、5.8附近，可选取400MHz～800MHz和2GHz～6GHz二个频率范围的天线，与相控阵接收天线安装在同一阵面上。

对第二技术方案中的优选四，发射站的发射天线方向图宽度有二种可供切换使用，如分别6°和3°两种，当无人机辐射信号为5GHz以上频段，由于测向精度较高，此时可采用3°的方向图宽度；此外，当数据处理中心发送第一引导数据时，发射站使用6°的天线方向图指向目标区域，当数据处理中心发送第二引导数据时，发射站使用3°的天线方向图指向目标，以降低地物杂波的影响。

Claims (10)

1.低慢小无人机航迹测量系统，包括：发射站、接收站、数据处理中心和数据传输链路，其特征在于，该系统还包括：

至少两台监测设备，用于交汇测量所述无人机的辐射信号；

所述数据处理中心，根据所述监测设备的交汇测量结果确定无人机的目标区域，生成第一引导和控制数据，并通过所述数据传输链路来引导和控制所述发射站和所述接收站同步指向目标区域；

所述发射站和所述接收站分别配置在防护区域中部和周边，所述中部配置一台，所述周边至少配置两台；所述接收站只接收处理所述目标区域的回波信号，测量结果发送所述数据处理中心；

所述数据处理中心根据接收站的测量结果计算无人机的空间位置，生成第二引导和控制数据，引导所述接收站和所述发射站同步指向目标。

2.根据权利要求1所述的低慢小无人机航迹测量系统，其特征在于，所述接收站配置在防护区域的中部，其接收通道路数R至少为2，用于接收经无人机反射的回波信号，经过所述接收站的处理机进行杂波对消后，获取无人机的视角和对不同发射站的距离和，再通过所述数据处理中心处理后，得到无人机的空间位置，从而产生第二引导和控制数据并发送所述发射站和所述接收站，用于所述接收站和所述发射站波束同步扫描。

3.根据权利要求1所述的低慢小无人机航迹测量系统，其特征在于，所述发射站配置在防护区域的中部，所述接收站将各自的测量结果发送所述数据处理中心，经过所述数据处理中心进行杂波对消处理后，获取不同接收站对无人机的视角和对发射站的距离和，得到无人机的空间位置，从而产生第二引导和控制数据并发送至所述接收站和所述发射站，用于所述接收站和所述发射站波束同步扫描。

4.根据权利要求2所述的低慢小无人机航迹测量系统，其特征在于，所述接收站配置一台所述监测设备，共用所述接收站的伺服机构，所述监测设备的监测天线与所述接收站的接收天线同时指向目标，另外一台或若干台所述监测设备任意设置。

5.根据权利要求2所述的低慢小无人机航迹测量系统，其特征在于，所述监测设备与所述发射站配置在一起，共用所述发射站的发射转台，所述监测设备的监测天线与所述发射站的发射天线同时指向目标。

6.根据权利要求3所述的低慢小无人机航迹测量系统，其特征在于，所述发射站配置一台所述监测设备，共用所述发射站的发射转台，所述监测设备的监测天线与所述发射站的发射天线同时指向目标，另外一台或若干台所述监测设备任意设置。

7.根据权利要求3所述的低慢小无人机航迹测量系统，其特征在于，所述监测设备与所述接收站配置在一起，共用所述接收站的伺服机构，所述监测设备的监测天线与所述接收站的接收天线同时指向目标。

8.根据权利要求4或7所述的低慢小无人机航迹测量系统，其特征在于，所述接收站和所述监测设备均采用相控阵天线并处于同一阵面上，方位上采用电扫描加机械扫描，俯仰上采用电扫描。

9.依据2或3所述的低慢小无人机航迹测量系统，其特征在于，所述第一引导数据引导所述发射站使用宽的天线方向图指向目标区域，所述第二引导数据引导所述发射站使用窄的天线方向图指向目标。

10.低慢小无人机航迹测量方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：

步骤S1，配置至少两台监测设备，用于监测所述无人机的辐射信号，并将结果送所述数据处理中心；

步骤S2，将所述发射站和所述接收站分别配置在防护区域中部和周边，所述中部配置一台，所述周边配置至少两台；

步骤S3，所述数据处理中心根据所述监测设备的交汇测量结果确定无人机的目标区域，生成第一引导和控制数据，并通过所述数据传输链路来引导和控制所述发射站和所述接收站同步指向目标区域；

步骤S4，所述发射站控制发射天线指向目标区域，发射雷达信号，同时将参考信号通过所述数据通信链路发送所述接收站；

步骤S5，所述接收站控制接收天线指向目标区域，接收天线按一定的规律扫描搜索无人机目标，所述接收站只接收处理所述目标区域的回波信号，测量结果发送所述数据处理中心；

步骤S6，所述数据处理中心根据接收站的测量结果计算无人机的空间位置，生成无人机飞行航迹，从而产生第二引导和控制数据并发送所述发射站和所述接收站，用于所述接收站和所述发射站波束同步扫描，实现多基地雷达系统的自主跟踪。