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反无人机系统及其关键技术研究报告
来源:《指挥控制与仿真》 | 作者:夏铭禹 赵 凯 倪 威 | 发布时间: 2023-12-01 | 1349 次浏览 | 分享到:
充分利用现有传感器和武器完善反无人机作战策略,并加快研发新型无人机对抗装备的步伐,争取在未来反无人机作战中获得主动………

3) 多传感器数据融合技术

由于反无人机系统包含雷达和光电等传感器,并且可能组网运行,所以在无人机探测方面涉及多传感器数据融合技术。数据融合的目的是通过对多个传感器获得的目标信息进行推理和识别,得到目标一致性的描述,然后根据这些一致性描述信息做出更准确的估计和判断。多传感器数据融合的概念体现在数据处理层面,同时也体现在系统层面。它一方面强调如何优化综合传感器数据,另一方面又强调如何优化管理传感器资源,最大限度地获得有用的目标信息,从而实现对传感器资源的最佳利用,使得整个系统性能最优,有时其融合结果可能发生质的飞跃。

射频侦测定位技术

射频侦测定位技术可实现对无人机通信频率的侦测,以及对无人机和操作手进行定位,其中定位操作手是公安等部门关注的热点,为抓捕黑飞操作手提供了有力的技术支撑。

1) I/Q数据预处理技术

射频侦测接收机在10MHz到6GHz的频率范围内进行扫频,扫频过程中将产生大量冗余数据,I/Q信号预处理技术主要包括以下两个部分。

①目标信号探测

目前民用级无人机的控制信号位于几个不同的频段内,射频接收机需要通过分段搜索来提高目标探测成功概率。同时,Wifi信号和蓝牙信号通常在2.4GHz与5.8GHz这两个频段内活动,会合成为非常活跃的噪声,所以在2.4GHz和5.8GHz频段内探测目标信号时,需要克服噪声影响,锁定目标信号所在的频段。无人机控制信号持续时间极短(约2-3ms),且存在跳频现象。目标信号探测技术可以精准地确定控制信号位于的频段,从而指挥射频接收机只记录该频段内的数据,达到减小数据冗余信息的目的。

②数据压缩

射频接收机以二进制的形式输出目标频段内的I/Q数据,在进行4G网络传输之前,可对二进制原始数据进行数据编码以实现数据压缩。压缩算法包括游程编码、算术编码、子带编码、差分编码或哈夫曼编码等。数据压缩的目的是在4G传输时,减小数据量,缓解4G传输压力,并且可降低数据传输过程中卡顿与丢包的风险。

2) 二维TDOA定位技术

对已经完成预处理的I/Q数据进行相关运算。采用相关算法对不同射频接收机观测的I/Q数据做相关,找到最强大相关峰的位置。根据射频接收机自带的GPS时间戳找到目标信号对应的时刻,计算出不同测站侦测到同一个信号的时间差,最终获取目标信号到达各个测站的距离差。利用三个及三个以上的测站间的距离差,可以组建多个双曲线方程,求解双曲线方程计算出收敛的位置。二维TDOA技术主要包括两个部分:

①相关算法

合适的滤波方法可以使得算法具有更高的分辨率和稳定性,可采用基于FFT的相关算法或广义互相关算法来进行目标信号达到时间差估计。在FFT相关算法中,通过对I/Q数据进行FFT变换得到基带复信号,将不同测站的基带复信号相乘并将乘积做IFFT变换。对IFFT的结果取模并对结果进行门限判决。如果有足够强的相关峰出现,则说明实现了目标信号的提取。广义互相关与FFT相关算法在实现步骤上类似,但在算法公式上有些区别,尤其是广义化的滤波加权,也就是滤波函数的选取有所不同。滤波函数的选取有利于提高信噪比,增强相关峰值,但是滤波后也会使输出对噪声更加敏感。

②基于Chan的TDOA双曲线方程解算算法

传统的网格搜索算法解算TDOA双曲线方程,在实现过程中稳定性较好,却无法同时保证精度和实时性,并且该算法通常情况下无法收敛到真实的目标坐标值,所以网格搜索算法存在定位精度极限。Chan算法充分考虑了时间延迟估计,通过选取目标函数或者主站循环定位的方式解决Chan定位算法的模糊度等问题,从而提高解算的精度和实时性。

干扰诱骗技术

1) 微波定向干扰技术

针对主流商业无人机通信频段,采用超高频宽带干扰技术,对无人机各信号段进行干扰,干扰样式主要采用噪声干扰、点频干扰、扫频干扰等几种。针对大疆等商业无人机研究干扰效能,具体体现在天线频段、极化方式、波束宽度、增益,射频功率大小以及自适应配置。

2) 导航诱骗技术

①导航诱骗信息生成技术导航诱骗技术包含转发式诱骗和生成式诱骗两种方式。

转发式诱骗干扰是通过诱骗干扰机直接对真实导航信号进行转发,通过延时和功率放大等手段,能够使一定范围内的接收机捕获到诱骗干扰信号,由于这种方式只是完成信号转发,对干扰信号的逼真度没有太大要求,所以技术上相对容易实现,并且由于它的功率要比真实信号强,所以被无人机捕获的概率也较高。此外,从GNSS定位原理可知,伪距决定定位结果,它是信号传播时间差的函数,延时手段即对信号传播时间进行改变,从而实现诱骗目的。

生成式诱骗干扰的前提是已知民用码的产生方式,干扰机不依赖GNSS系统,可以自主产生并发射与真实信号相似的诱骗信号,在二者相关峰相对运动过程中,由于诱骗峰具有功率优势,因此可以将真实峰逐渐剥离跟踪环路,进而控制跟踪环路以达到诱骗目的。

②GPS干扰诱骗控制技术

第一,诱骗功率控制,包括捕获和跟踪两个阶段。接收机接收到诱骗干扰信号和真实信号的混合信号之后进入捕获阶段,在搜索范围内会出现两个相关峰,捕获之后将码相位与载波频率的粗略值传递给跟踪环路;