本发明公开了一种微型无人机监测管制装置,它涉及国防、公共安全及无线电监测领域中的“黑飞”微型无人机测控信号的发现识别及其通信链路管制的装置。它由监测测向天线阵、监测及干扰产生一体机、功率放大器、管制天线、显控计算机等部件组成。本装置采用了无人机测控信号检测识别技术、二维相关干涉仪测向技术、单站定位技术、灵巧管制信号产生技术，可以实现无人机测控信号的快速发现和型号识别，对无人机和飞控手的测向定位，并且能够阻断无人机测控链路，实现使无人机迫降或返航的效果。本装置具有集成度高，检测速度快，识别准确率高等特点，解决了“黑飞”无人机的早期发现和高效管制的问题。
1.一种微型无人机监测管制装置，包括监测测向天线阵(1)、监测及干扰产生一体机(2)、管制天线(3)、功率放大器(4)和显控计算机(5)，其特征在于：显控计算机(5)通过网口连接监测及干扰产生一体机(2)，用于显控计算机(5)通过网口给监测及干扰产生一体机(2)、监测测向天线阵(1)、管制天线(3)、功率放大器(4)下达控制指令，并通过网口将监测及干扰产生一体机(2)、监测测向天线阵(1)、管制天线(3)、功率放大器(4)的设备状态和处理结果传送至显控计算机(5)进行处理和显示；监测及干扰产生一体机(2)的射频信号输入端连接监测测向天线阵(1)的射频输出端口，监测及干扰产生一体机(2)将监测测向天线阵(1)送来的射频信号进行变频、A/D采样、信号检测识别、测向定位，并产生灵巧管制信号；监测及干扰产生一体机(2)的云台控制接口分别连接监测测向天线阵(1)和管制天线(3)的云台控制接口，将控制指令发送至监测测向天线阵(1)和管制天线(3)并将设备状态传送至监测及干扰产生一体机(2)；监测及干扰产生一体机(2)的TTL电平控制口连接功率放大器(4)的TTL电平控制口，用于下达功放开关指令；监测及干扰产生一体机(2)的射频信号输出端口连接功率放大器(4)的射频信号输入端口，将管制信号送功率放大器(4)进行功率放大；
功率放大器(4)的射频信号输出端口连接管制天线(3)的射频信号输入端口，管制天线(3)将输入的射频管制信号发射到外界。
2.根据权利要求1所述的一种微型无人机监测管制装置，其特征在于：所述的监测及干扰产生一体机(2)由下变频放大单元(6)、采样处理单元(7)、监测识别单元(8)、上变频放大单元(9)、管制信号产成单元(10)、通信与控制接口(11)组成，其中下变频放大单元(6)将射频信号变频放大后送至采样处理单元(7)；采样处理单元(7)将变频放大后的信号经过AD采样转换为数字信号后送至监测识别单元(8)；监测识别单元(8)对数字信号进行信号检测和识别，并将信号检测和识别结果通过通信与控制接口(11)的网口送至显控计算机(5)；显控计算机(5)通过通信与控制接口(11)的网口下达管制信号产生指令，管制信号产成单元(10)根据管制信号产生指令产生中频管制信号后送至上变频放大单元(9)，上变频放大单元(9)将中频信号变换为射频信号输出至功率放大器(4)。
3.根据权利要求2所述的一种微型无人机监测管制装置，其特征在于：所述的监测识别单元(8)由测向单元(12)、单站定位单元(13)、信号检测和参数估计单元(14)、无人机型号识别单元(15)组成，其中测向单元(12)接收采样处理单元(7)的采样数据后采用二维干涉仪测向技术计算得到无人机和遥控器的方位和俯仰角；单站定位单元(13)利用测向单元(12)的测向结果计算出无人机和遥控器位置，通过通信与控制接口(11)的网口送至显控计算机(5)；信号检测和参数估计单元(14)接收采样处理单元(7)的采样数据完成宽带内信号的检测和参数估计输出信号频率、带宽、时间结果送至无人机型号识别单元(15)；无人机型号识别单元(15)接收信号检测和参数估计单元(14)的输出结果判断出无人机型号，通过通信与控制接口(11)的网口送至显控计算机(5)。
4.根据权利要求2所述的一种微型无人机监测管制装置，其特征在于：所述的管制信号产成单元(10)由基带信号产生单元(16)、调制单元(17)、数字模拟转换单元(18)、时间幅度控制单元(19)、输出开关单元(20)组成，其中基带信号产生单元(16)通过通信与控制接口(11)接收显控计算机(5)下达的指令，并根据指令信息产生基带信号送至调制单元(17)；调制单元(17)将基带信号调制后送数字模拟转换单元(18)；数字模拟转换单元(18)将数字信号转换为模拟信号送时间幅度控制单元(19)；时间幅度控制单元(19)调整信号时间和幅度后送输出开关单元(20)；输出开关单元(20)控制信号的输出并将输出信号送给上变频放大单元(9)。
一种微型无人机监测管制装置
技术领域
[0001] 本发明涉及国防、公共安全及无线电监测领域中的“黑飞”微型无人机测控信号的发现识别及其通信链路管制的装置，主要适用于非法无人机的发现预警、处置打击及飞控手的定位。特别适用于国防、公共安全及无线电监测领域的要地防护、非法无人机监测管制，保证防护区空域、频域的安全。
背景技术
[0002] 近年来，微型无人机普及越来越广，但无有效的管理措施。传统的无线电监测测向设备能够在频域监测信号的出现，但是不能明确信号属性无法识别是否无人机测控信号；只能进行方位测向，不具备方位、俯仰二维测向能力，且不具备对飞控手的定位能力；传统的管制设备和监测测向设备各自独立，不能实时高效的进行联动。因此不能有效地解决微型无人机的“黑飞”问题。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种微型无人机监测管制装置。该装置充分利用无人机测控信号特征完成检测和识别，抛弃原有一维测向设计理念，采用基于相关干涉仪的二维测向和单站定位技术实现对无人机和飞控手的定位，利用灵巧的管制信号阻断其测控链路，达到使无人机迫降或返航的效果。
[0004] 本发明的目的是这样实现的：
[0005] 一种微型无人机监测管制装置，包括监测测向天线阵(1)、监测及干扰产生一体机(2)、管制天线(3)、功率放大器(4)、显控计算机(5)，其特征在于：显控计算机(5)通过网口连接监测及干扰产生一体机(2)，用于显控计算机(5)给监测及干扰产生一体机(2)下达指令并将监测及干扰产生一体机(2)的监测和测向定位结果传送至显控计算机(5)处理和显示；监测及干扰产生一体机(2)射频信号输入端口连接监测测向天线阵(1)的射频输出端口，监测及干扰产生一体机(2)对监测测向天线阵(1)送来的射频信号进行变频、A/D采样、信号检测识别、测向定位，并产生灵巧管制信号；监测测向天线阵(1)将空间信号的电磁波能量感应接收下来，进行匹配后转换为电信号输出；监测及干扰产生一体机(2)的TTL电平控制口连接功率放大器(4)的TTL电平控制口，用于下达功放开关指令；监测及干扰产生一体机(2)的射频信号输出端口连接功率放大器(4)的射频信号输入端口，功率放大器(4)对监测及干扰产生一体机(2)送来的射频信号进行放大；监测及干扰产生一体机(2)的两个云台控制接口分别连接监测测向天线阵(1)和管制天线(3)，用于控制天线云台的转动；功率放大器(4)的射频信号输出端口连接管制天线(3)的射频信号输入端口，管制天线(3)将输入的射频管制信号发射到外界。
[0006] 其中监测测向天线阵(1)采用圆极化接收天线，便于接收无人机数据链水平或垂直极化的信号，天线通过五阵元组十字阵；
[0007] 其中监测及干扰产生一体机(2)由下变频放大单元(6)、采样处理单元(7)、监测识别单元(8)、上变频放大单元(9)、管制信号产成单元(10)、通信与控制接口(11)组成。
[0008] 本发明相比背景技术具有如下优点：
[0009] 1.本发明采用专用微型无人机测控信号监测技术，即使在复杂的电磁环境下也能检测识别并精确测量信号参数，完成无人机型号识别，具有检测速度快、识别可靠性高、可识别型号多的优点，在测控信号的检测识别领域领先于背景技术；
[0010] 2.本发明采用了二维相关干涉仪测向技术和单站定位技术实现了对微型无人机和飞控手的方位、俯仰测向，无人机和飞控手的距离测量，具有测向精度高、定位能力强、二维测向的优点；
[0011] 3.本发明采用了灵巧管制信号产生技术，能够根据监测结果在时间、频率上精确瞄准，能够根据无人机方位信息引导管制天线在空间精确瞄准，实现了在低干信比条件下阻断微型无人机测控链路，具有管制范围广、管制功率低、管制效率高的优点；
[0012] 4.本发明采用了监测管制一体化设计技术和高度集成技术，在一个机箱内实现了监测、识别、测向定位、管制信号产生的功能，减小了设备量，监测结果自动引导管制设备提高了自动化程度，降低了系统成本。
附图说明
[0013] 图1是本发明中的微型无人机监测管制装置，包括监测测向天线阵(1)、监测及干扰产生一体机(2)、管制天线(3)、功率放大器(4)、显控计算机(5)。
[0014] 图2是本发明中的监测及干扰产生一体机，包括下变频放大单元(6)、采样处理单元(7)、监测识别单元(8)、上变频放大单元(9)、管制信号产成单元(10)、通信与控制接口(11)。
[0015] 图3是本发明中的监测识别单元(8)，包括测向单元(12)、单站定位单元(13)、信号检测和参数估计单元(14)、无人机型号识别单元(15)。
[0016] 图4是本发明中的管制信号产成单元(10)，包括基带信号产生单元(16)、调制单元(17)、数字模拟转换单元(18)、时间幅度控制单元(19)、输出开关单元(20)。
具体实施方式
[0017] 下面，结合图1和图2对本发明作进一步说明。
[0018] 参照图1至图2，本发明由监测测向天线阵(1)、监测及干扰产生一体机(2)、管制天线(3)、功率放大器(4)、显控计算机(5)组成。图1是本发明的电原理方框图，实施例按图1连接线路。
[0019] 所述监测测向天线阵(1)采用圆极化接收天线，便于接收无人机数据链水平或垂直极化的信号，天线通过五阵元组十字阵实现信号的监测、测向。采用平螺天线，直径为50mm，高度约为30mm。2.4G以上增益可到0dBm以上，最大约为4dBm。
[0020] 在实施例中，监测及干扰产生一体机(2)用于将监测测向天线阵1送来的射频信号进行下变频、A/D采样、信号检测识别、测向定位，并产生灵巧管制信号。其中下变频、检测等采用Xilinx公司最新7系列FPGA芯片XC7K325T实现，识别和测向定位采用TI公司DSP芯片TMS320C6678实现。
[0021] 在实施例中，管制天线(3)采用柱状螺旋圆极化定向天线，便于干扰无人机，天线由三部分组成，1.1G-1.7G柱状螺旋，高度在500mm，方形反射板，增益约为13-14dBm，螺旋直径90mm，反射板边长为200mm，3dB波束宽度约为35°。2.4G-2.5G柱状螺旋，高度在500mm，方形反射板，增益约为16-17dBm，螺旋直径40mm，反射板边长为100mm，3dB波束宽度约为28°。5.7G-6G柱状螺旋，高度在500mm，方形反射板，增益约为19-20dBm，螺旋直径17mm，反射板边长为40mm，3dB波束宽度约为21°。
[0022] 在实施例中，功率放大器(4)将监测及干扰产生一体机(2)送来的信号放大后送管制天线。
[0023] 在实施例中，显控计算机(5)采用市售的笔记本计算机来实现通过网络接口发送指令来实现对其他设备的控制，接收其他设备处理结果并显示。
