本發(fā)明屬于反無人機技術領域，尤其涉及一種基于聲波攻擊的集中控制反無人機系統(tǒng)。

背景技術：

近年來民用無人機市場日益火爆，無人機已在個人航拍、影視拍攝、電力巡檢、森林防火、警務取證、地圖測繪等方面應用廣泛。隨著技術方面的不斷突破，無人機已經成為了一種性能強大、功能全面的綜合性平臺，已實現(xiàn)自主跟隨、軌跡飛行、定點環(huán)繞。

反無人機技術是指針對非法飛行的無人機進行的偵察、摧毀的方法和系統(tǒng)。

目前針對無人機進行反制的系統(tǒng)和設備主要有2種，分別如下所述：

1、申請公布號為：cn105842718a，發(fā)明名稱為《一種便攜式反無人機步槍》的專利申請。該專利申請具體涉及一種便攜式反無人機步槍，包括槍體，該槍體內置有依次連接的控制器、反導航信號源模塊和天饋子系統(tǒng)，通過控制器發(fā)送運行指令給反導航信號源模塊，輸出反導航信號通過所述天饋子系統(tǒng)發(fā)射，達到干擾無人機的目的。

2、申請公布號為：cn105501436a，發(fā)明名稱為《一種攜帶式反無人機智能攔截網(wǎng)系統(tǒng)》的專利申請，采用的方法是，通過無人機攜帶智能攔截網(wǎng)具前往預定地點進行偵察搜索，發(fā)現(xiàn)可以目標后，伸縮控制桿自動向兩端迅速展開并釋放網(wǎng)具，網(wǎng)具在重力的作用下，迅速垂直展開，網(wǎng)具完全展開后形成矩形攔截網(wǎng)，從而對敵方無人機進行空中干擾、攔截、抓捕。

以上反無人機系統(tǒng)，技術上主要采用強干擾、物理方式捕獲，流程復雜、操作困難、技術難度較大，且有一定的條件限制。隨著技術的發(fā)展，有些無人機開始考慮不依賴于gps的導航，上述反無人機步槍就沒有效果；采取撒網(wǎng)捕獲的方式，不僅極易被對方發(fā)現(xiàn)，而且捕獲率較低，特別是針對多個目標同時襲擊的復雜情況明顯考慮不足，上述采用的反無人機系統(tǒng)未能從根本上解決反無人機的問題，故此采取物理攻擊、硬損毀無人機的方法十分必要。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：提供一種基于聲波攻擊的集中控制反無人機系統(tǒng)，包括主控及顯示裝置、預警設備群、定位跟蹤設備群和聲波攻擊設備群，

其中預警設備群的各預警設備分布于預警區(qū)域的不同位置，定位跟蹤設備群的各定位跟蹤設備分布于跟蹤區(qū)域的不同位置，聲波攻擊設備群的各聲波攻擊設備分布于攻擊區(qū)域的不同位置；

主控及顯示裝置周期向預警設備群、定位跟蹤設備群和聲波攻擊設備群的各設備發(fā)送設備狀態(tài)監(jiān)測信號，確定各設備狀態(tài)并在本地保存，所述設備狀態(tài)包括空閑態(tài)、工作態(tài)和故障態(tài)，同時對故障態(tài)的設備進行報警提示；

預警設備的初始設備狀態(tài)為工作態(tài)，發(fā)射和接收無線電波實時備探測預警區(qū)域的空域目標的位置信息并將所述位置信息發(fā)送給主控及顯示裝置，主控及顯示裝置在本地顯示各空域目標的運動軌跡；當空域目標進入跟蹤區(qū)域時，主控及顯示裝置向發(fā)送所述空域目標的預警設備發(fā)出取消預警指令，并為所述空域目標選擇設備狀態(tài)為空閑態(tài)的定位跟蹤設備和聲波攻擊設備，向選擇的定位跟蹤設備和聲波攻擊設備發(fā)送激活指令，并從選擇的聲波攻擊設備中為各定位跟蹤設備設置同步匹配表并發(fā)送給對應的定位跟蹤設備，所述同步匹配表為：與當前定位跟蹤設備發(fā)射方向同步的聲波攻擊設備，且同一聲波攻擊設備僅存在于一張同步匹配表中，即定位跟蹤設備和聲波攻擊設備的同步匹配映射為一對一，或一對多；

接收到取消預警指令的預警設備將設備狀態(tài)切換為空閑態(tài)；接收到激活指令的定位跟蹤設備和聲波攻擊設備將設備狀態(tài)切換為工作態(tài)；同時，空閑態(tài)的預警設備周期將設備狀態(tài)切換為工作態(tài)；

工作態(tài)的定位跟蹤設備通過發(fā)射和接收無線電波，實時獲取空域目標的位置信息并發(fā)送給主控及顯示裝置，同時基于空域目標的位置信息計算瞄準位置偏移量并發(fā)送給同步匹配表中的聲波攻擊設備，定位跟蹤設備和聲波攻擊設備分別基于瞄準位置偏移量實時調整信號發(fā)射方向，其中所有定位跟蹤設備和聲波攻擊設備的初始信號發(fā)射方向均相同；

主控及顯示裝置判斷各空域目標是否進入攻擊區(qū)域，若是，則將空域目標設置為攻擊目標，并基于系統(tǒng)工作模式執(zhí)行不同處理：如果工作模式為人工干預，則提示操作人員選擇是否攻擊，若選擇攻擊，則向對應攻擊目標的聲波攻擊設備發(fā)送攻擊指令；如果工作模式為無人工干預，則等待k秒后向對應攻擊目標的聲波攻擊設備發(fā)送攻擊指令，其中0＜k＜10；在放送攻擊指令后，同時向對應攻擊目標的定位跟蹤設備發(fā)出攻擊監(jiān)測指令；

接收到攻擊指令的聲波攻擊設備基于當前信號發(fā)射方向，發(fā)射使空域目標發(fā)共振的聲波攻擊信號；接收到攻擊監(jiān)測指令的定位跟蹤設備判斷時間t(預設觀察時間)后的攻擊目標的高度判斷是否小于預設閾值(經驗值)，若是，則生成被摧毀指令并發(fā)送給主控及顯示裝置；

主控及顯示裝置向發(fā)送摧毀指令的定位跟蹤設備以及所述定位跟蹤設備的同步匹配表中聲波攻擊設備發(fā)送待機指令；

收到待機指令的定位跟蹤設備、聲波攻擊設備將設備狀態(tài)切換為空閑態(tài)，同時將信號發(fā)射方向恢復為初始信號發(fā)射。

由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是：

1、超前的預警機制，提供足夠緩沖時間。該系統(tǒng)具有單獨預警的設備，預警距離可達數(shù)公里。通過預警提示后，操作員有充分的準備時間，為下一步實施具體的攻擊設置贏取寶貴時間。

2、具備一次能同時檢測多目標、攻擊多目標的能力。該系統(tǒng)不僅可以檢測單個目標，也能同時應對多個目標侵襲的復雜情況。由于采取了集群式的部署方式，攻擊設備具有數(shù)量的優(yōu)勢，能一次性摧毀多個惡意目標。

3、多設備同時攻擊同一目標的能力。目前大多數(shù)反無人機平臺均是單一反無人機平臺針對單一目標，效果往往不佳。本發(fā)明默認采取位于不同地點的數(shù)臺處于可用態(tài)的設備同時對單一目標進行攻擊的方式，其攻擊效率高于單一平臺。

4、具備硬摧毀的能力，不用擔心被同一目標多次襲擊的可能性。目前無人機的非法用途日益增多，如通過無人機為監(jiān)獄囚犯運送槍支、金錢，在無人機上捆綁炸藥進行自殺式攻擊等，對于這些特殊情景，本發(fā)明均能直接對無人機進行物理硬件摧毀，不僅防止了惡性事件的發(fā)生，也無需擔心被同一目標多次侵襲的威脅。

5、更加智能化。本發(fā)明可以全天候、全時段自主式預警、自動化攻擊，無需人工過多干預。采取默認的配置即可對侵入安全領域的飛行目標進行自動攻擊，同時也可以采取人工手動控制的方式，對于經過允許的飛目標合理的忽略。

6、本發(fā)明簡單實用、高度智能，而且具有很強的實戰(zhàn)效益，對于打擊利用無人機進行自殺式襲擊、非法拍攝、暴力恐怖等有良好顯著的效果，應用市場廣闊。

附圖說明

圖1本發(fā)明的集中控制反無人機系統(tǒng)示意圖；

圖2本發(fā)明的主控及顯示裝置的結構示意圖；

圖3本發(fā)明的預警設備的結構示意圖；

圖4本發(fā)明的定位跟蹤設備的結構示意圖；

圖5本發(fā)明的聲波攻擊設備的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合實施方式和附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細描述。

基于保護目標的位置信息及系統(tǒng)設備性能，設置預警區(qū)域為：以保護目標為圓心、半徑為h1的非交集區(qū)域，即圓環(huán)狀區(qū)域，跟蹤區(qū)域為：以保護目標為圓心、半徑為h2的圓，攻擊區(qū)域為：以保護目標為圓心、半徑為h3的圓，其中h1＞h2＞h3。

然后，在預警區(qū)域的不同位置設置預警設備，具體數(shù)量n根據(jù)實際需求而定，且預警設備應首先考慮放置在視距良好無遮擋的地形上，優(yōu)選的方式是加裝合適的物理偽裝，以及高低位置搭配。在跟蹤區(qū)域的不同位置設置跟蹤定位設備，具體數(shù)量m根據(jù)實際需求而定，優(yōu)選視距良好無遮擋的地形上，并適當對其偽裝。在攻擊區(qū)域的不同位置聲波攻擊設備，具體數(shù)量k根據(jù)實際需求而定，優(yōu)選在便于攻擊的開闊地勢上布置，并適當對其偽裝。

所有預警設備構成預警設備子系統(tǒng)，所有跟蹤定位設備構成定位跟蹤子系統(tǒng)，所有聲波攻擊設備構成聲波攻擊子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)均與主控及顯示裝置相連，無線或有線均可，優(yōu)選為有線方式。且定位跟蹤子系統(tǒng)與聲波攻擊子系統(tǒng)之間能夠相互通信，用于交同步信號發(fā)射的物理偏移量，其系統(tǒng)架構圖參見圖1。其中，預警設備子系統(tǒng)的各設備與主控及顯示裝置之間交互的信息涉及：位于預警區(qū)域的空域目標的位置信息、取消預警指令、設備狀態(tài)監(jiān)測指令及對應的應答；定位跟蹤設備子系統(tǒng)的各設備與主控及顯示裝置之間交互的信息涉及：激活指令、位于跟蹤區(qū)域的空域目標的位置信息、同步匹配表、攻擊監(jiān)測指令、待機指令、設備狀態(tài)監(jiān)測指令及對應的應答；聲波攻擊設備子系統(tǒng)的各設備與主控及顯示裝置之間交互的信息涉及：激活指令、攻擊指令、待機指令、設備狀態(tài)監(jiān)測指令及對應的應答。

其中，預警設備、跟蹤定位設備與聲波攻擊設備均涉及3個設備狀態(tài)，即空閑態(tài)(可用態(tài))、工作態(tài)和故障態(tài)。預警設備的初始設備狀態(tài)工作態(tài)，跟蹤定位設備與聲波攻擊設備為空閑態(tài)。且主控及顯示裝置周期向所有預警設備、定位跟蹤設備和聲波攻擊設備發(fā)送設備狀態(tài)監(jiān)測信號，確定各設備狀態(tài)并在本地保存，例如當發(fā)送測試指令tc1時，被測試設備回復應答信號ct時，表示處于正常的空閑態(tài)；當發(fā)送測試指令tc2時，被測試設備回復應答信號cw時，表示處于忙碌的工作態(tài)；當發(fā)送測試指令tc3時，被測試設備回復應答信號cb時長時間沒有應答時，表示處于損壞的故障態(tài)。當發(fā)現(xiàn)處于故障態(tài)的設備時，及時以一種顯目的方式提示管理人員，進而保證所有設備的完好率。

其中主控及顯示裝置優(yōu)選設置于室內。參見圖2，其具體可包括通信模塊、主控制模塊和顯示模塊，其中通信模塊用于與各系統(tǒng)的通信交互，主控制模塊用于周期向各系統(tǒng)的各設備發(fā)送設備狀態(tài)監(jiān)測信號，確定各設備狀態(tài)并保存，即在本地維護一張設備狀態(tài)表t，該設備狀態(tài)表t用于儲預警設備、跟蹤定位設備、聲波攻擊設備的數(shù)量、位置、設備狀態(tài)等基本信息。以及為進入跟蹤區(qū)域的空域目標選擇跟蹤設備和聲波攻擊設備，以及設置各定位跟蹤設備設置同步匹配表，向定位跟蹤設備和聲波攻擊設備發(fā)送激活指令、待機指令、以及向預警設備發(fā)送取消預警指令、通過顯示模塊實現(xiàn)人機交互操作；顯示模塊用于顯示空域目標的運動軌跡、人機交互界面及預警、故障提示?？刂萍帮@示裝置需要的硬件設備可以是預裝linux系統(tǒng)的卡片式電腦，也可以是自行購買零件組裝的具有控制功能的設備，并設置對應的應用控制軟件即可。

預警設備包括信號發(fā)射模塊、信號接收模塊、控制模塊和網(wǎng)絡通信模塊、以及信息提示模塊(可選)，參見圖3，其網(wǎng)絡通信模塊用于與主控及顯示裝置的通信交互，信號發(fā)射模塊用于發(fā)射探測信號，通過信號接收模塊接收回波信號并發(fā)送給控制模塊，由控制模塊計算空域目標的位置信息并通過網(wǎng)絡通信模塊發(fā)送給主控及顯示裝置，信息提示模塊用于在探測到空域目標時發(fā)出告警提示。

定位跟蹤設備包括天線、饋電網(wǎng)絡、發(fā)射機、接收機、角度隨動單元、測速單元、測距單元、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元，參見圖4，其中通信單元用于與主控及顯示裝置、聲波攻擊設備的通信交互，通過發(fā)射機、饋電網(wǎng)絡、天線發(fā)射探測信號，接收機將接收到的回波信號分別發(fā)送給測速單元、測距單元，測速單元計算出方位速度信息并發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元，測距單元計算出距離信息并發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元計算出瞄準位置偏移量，即信號發(fā)射方向的物理位移量，將所述物理位移量發(fā)送給角度隨動單元，調制信號發(fā)射方向；同時通過通信單元向主控及顯示裝置發(fā)送距離信息，向同步匹配表中的聲波攻擊設備發(fā)送物理位移量。

聲波攻擊設備包括信號發(fā)生器、功率放大器、控制單元、匹配電路、換能器、角度隨動單元和通信單元，參見圖5，其通信單元用于與主控及顯示裝置、定位跟蹤設備的通信交互，控制單元根據(jù)接收的瞄準位置偏移量控制角度隨動單元實時調整換能器的信號發(fā)射方向，信號發(fā)生器基于控制單元確定的信號頻率生成電信號，經功率放大器對所述電信號進行放大，再經匹配電路進行匹配濾波后(起到保護器件不受損的目的)，由換能器轉化為攻擊聲波信號并發(fā)射。其中換能器優(yōu)選為具備聚能效果的換能器陣列，如多個換能器以平面垂直陣列的形式組成聲波陣列發(fā)射源，多個所述換能器以鍋的形式組成聲波鍋發(fā)射源，或以其他合理的具備聚能效果的布局均可。

基于上述設備結構的本發(fā)明的集中控制反無人機系統(tǒng)的具體工作流程如下：

s1：初始化n個預警設備的初始設備狀態(tài)為工作態(tài)，以及m個跟蹤定位設備和k個聲波攻擊設備的初始設備狀態(tài)為空閑態(tài)。

s2：預警設備開始獲取位于預警領域內的空域目標(即目標無人機)的位置信息，并通過其網(wǎng)絡通信模塊發(fā)送給主控及顯示裝置，主控及顯示裝置在其顯示模塊對目標無人機的運動軌跡進行實時顯示，并檢測其是否進入跟蹤區(qū)域；若是，則執(zhí)行步驟s3；否則繼續(xù)檢測和顯示運動軌跡；

同時探測到目標無人機的預警設備還通過其信息提示模塊發(fā)出告警提示，主要是用于警示目標無人機擁有者，以便于誤入控制空域的無人機能被及時被撤出。

s3：主控及顯示裝置的主控制模塊為進入跟蹤區(qū)域的目標無人機選擇設備狀態(tài)為空閑態(tài)定位跟蹤設備及聲波攻擊設備，假設當前進入跟蹤區(qū)域的目標無人機有兩個，分別用無人機a、b表示，主控制模塊從本地設備狀態(tài)表t中分別為無人機a、b選擇兩個聲波攻擊設備，及1個定位跟蹤設備，選擇時，基于位置信息優(yōu)選選擇與目標無人機最近的設備，向選擇的設備發(fā)送激活指令。生成兩張同步匹配表(1個定位跟蹤設備對應2個聲波攻擊設備)并分別發(fā)送給對應的定位跟蹤設備；

同時分別向對應無人機a、b的預警設備發(fā)送取消預警指令；

s4：接收到激活指令的設備首先將其設備狀態(tài)切換為工作態(tài)；

對應無人機a的定位跟蹤設備，實時獲取其位置信息并向主控及顯示裝置發(fā)送，同時將其物理位移量發(fā)送給同步匹配表中的聲波攻擊設備，實現(xiàn)發(fā)射方向的同步隨動；

對應無人機b的定位跟蹤設備，實時獲取其位置信息并向主控及顯示裝置發(fā)送，同時將其物理位移量發(fā)送給同步匹配表中的菱格聲波攻擊設備，實現(xiàn)發(fā)射方向的同步隨動。

接收到取消預警指令的預警設備停止探測工作，并將其設備狀態(tài)切換為空閑態(tài)；

s5：主控及顯示裝置對無人機a、b的位置信息進行實時檢測，一旦其進入攻擊區(qū)域，則將其標記為攻擊目標并執(zhí)行步驟s6；

s6：基于系統(tǒng)工作模式執(zhí)行不同處理：如果工作模式為人工干預，則提示操作人員選擇是否攻擊，若選擇攻擊，則向對應攻擊目標的聲波攻擊設備發(fā)送攻擊指令；如果工作模式為無人工干預，則等待5秒后向對應攻擊目標的聲波攻擊設備發(fā)送攻擊指令，以便于操作人員可以中斷當前攻擊；

在放送攻擊指令后，主控及顯示裝置同時向對應攻擊目標的定位跟蹤設備發(fā)出攻擊監(jiān)測指令；

s7：接收到攻擊指令的聲波攻擊設備基于當前信號發(fā)射方向，發(fā)射使空域目標發(fā)共振的聲波攻擊信號；

接收到攻擊監(jiān)測指令的定位跟蹤設備判斷時間t后的攻擊目標的高度判斷是否小于預設閾值，若是，則生成被摧毀指令并發(fā)送給主控及顯示裝置；

s8：收到定位跟蹤設備反饋的摧毀指令后，主控及顯示裝置基于同步匹配表的定位跟蹤設備與聲波攻擊設備的映射關系，由發(fā)送摧毀指令的定位跟蹤設備得到其對應的應停止攻擊的聲波攻擊設備，向發(fā)送摧毀指令的定位跟蹤設備及其存在同步匹配的聲波攻擊設備發(fā)送待機指令；

s9：收到待機指令的定位跟蹤設備、聲波攻擊設備將設備狀態(tài)切換為空閑態(tài)，同時將信號發(fā)射方向恢復為初始信號發(fā)射。

在上述步驟中，處于空閑態(tài)的預警設備周期切換器設備狀態(tài)，將其切換為工作狀態(tài)。例如每次切換到空閑狀態(tài)時，預警設備的控制模塊記錄其切換時間t1，基于預設切換間隔周期t′，當?shù)竭_時間t1+t′時，將其設備狀態(tài)切換為工作狀態(tài)。

本方案實現(xiàn)了高頻信號對帶有惡意的無人機在物理硬件上的高效精準摧毀，極大提高了低空領域、人身、財產安全，不僅適合于需求普通的學校、實驗室、體育館，也針對情況特殊的監(jiān)獄、邊境，不僅適合于靜態(tài)防御，如體育賽事安保、重要大型會議安保，也適合特殊場合的動態(tài)防御，如特種作戰(zhàn)、反自殺式襲擊、武裝巡邏等。對比現(xiàn)有反無人機的技術，本發(fā)明針對性強、效率極高，可根據(jù)任務、環(huán)境、需求快速搭建高效可靠的反無人機系統(tǒng)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，本說明書中所公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換；所公開的所有特征、或所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。