本發(fā)明涉及無人機領(lǐng)域，具體地，涉及一種高機動主動捕獲式反無人機系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

近幾年，各種民用消費級無人機的應(yīng)用越來越廣泛，給生產(chǎn)生活帶來了便利。這些飛行器飛行高度低、速度慢，雷達反射面積小(所謂“低慢小”航空器)，在地面難以發(fā)現(xiàn)、難以管控，對重點目標、重點區(qū)域和重大活動產(chǎn)生的嚴重威脅也日益突出。如何對違規(guī)無人機進行管控/拒止已成為一個熱點問題。反“低慢小”的首選目標是在其侵入敏感空域之前對其進行有效攔截。

經(jīng)檢索：

中國專利申請：一種固定式反無人機攔截網(wǎng)系統(tǒng)”(201610062946.x)，其由攔截網(wǎng)體、牽引網(wǎng)體火箭裝置、碰撞空氣發(fā)泡沖擊裝置和電磁引導(dǎo)裝置構(gòu)成。當無人機來襲，牽引網(wǎng)體火箭裝置攜帶攔截網(wǎng)體上升，到達最高點，網(wǎng)體在空中懸浮，通過電磁引導(dǎo)裝置實現(xiàn)對網(wǎng)體的收攏，形成網(wǎng)兜，達到捕獲無人機功能。該發(fā)明的缺點在于可機動性差，只能在一個固定位置捕獲“低小慢”目標。

中國專利申請：“一種網(wǎng)彈式反無人機智能攔截系統(tǒng)”(201610062940.2)，其通過探測預(yù)警系統(tǒng)對來襲入侵無人機進行預(yù)警，由地面或空中控制發(fā)射系統(tǒng)接受雷達信號并發(fā)出攔截指令，通過發(fā)射智能攔截網(wǎng)彈對目標進行抓捕，智能攔截網(wǎng)彈通過釋放發(fā)射由高強高模聚乙烯和智能導(dǎo)電纖維編織而成的網(wǎng)具，在電磁感應(yīng)形成的定向牽引作用下攔截抓捕無人機。該發(fā)明的缺點在于無法對“低小慢”目標進行二次捕獲。

中國專利申請：“一種無人機飛行控制干擾系統(tǒng)”(201620549621.x)，該實用新型通過釋放比無人機控制信號更寬的頻段的電磁波，采用增加噪聲或者強信號壓制技術(shù)，以定向或者全向干擾方式使無人機控制失效，從而使無人機失去控制，達到限制其飛行的目的。

以上三種反無人機系統(tǒng)主要通過一個固定平臺對“低小慢”目標進行攔截捕獲，機動性差，不能進行二次捕獲并且捕獲的過程成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高機動主動捕獲式反無人機系統(tǒng)及方法，本發(fā)明利用地面站系統(tǒng)去控制兼具垂直起降能力和高速巡航能力的新型傾轉(zhuǎn)機身式無人機，并通過采用多種制導(dǎo)方式去高精度、高機動地捕捉目標。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種高機動主動捕獲式反無人機系統(tǒng)，包括：

地面站系統(tǒng)，包括第一光學雷達，所述第一光學雷達用于對設(shè)定區(qū)域進行全方位監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)目標飛行器進入該設(shè)定區(qū)域，即向所述反無人機系統(tǒng)發(fā)送所述目標飛行器的位置信息；

無人機系統(tǒng)，包括無人機、捕捉部件、第二光學雷達、末端制導(dǎo)裝置、傳感器裝置和飛控和電磁干擾系統(tǒng)，其中：所述捕捉部件安裝于所述無人機上，所述第二光學雷達設(shè)置于地面上，所述末端制導(dǎo)裝置、所述傳感器裝置均安裝于所述無人機的中心位置，所述捕捉部件用于捕獲所述目標飛行器；所述末端制導(dǎo)裝置用于感知所述目標飛行器并探知所述目標飛行器的精確位置以進行制導(dǎo)捕捉；所述傳感器裝置用于獲取所述無人機的速度和高度；所述飛控和電磁干擾系統(tǒng)安裝于所述無人機的中心位置，所述飛控和電磁干擾系統(tǒng)包括飛控系統(tǒng)和電磁干擾系統(tǒng)，飛控系統(tǒng)用于控制所述無人機的穩(wěn)定飛行，電磁干擾系統(tǒng)用于干擾所述目標飛行器的控制信號，使其失去控制以便于捕捉；

所述無人機系統(tǒng)接收到所述地面站系統(tǒng)發(fā)送的所述目標飛行器的位置信息，結(jié)合所述傳感器裝置、所述末端制導(dǎo)裝置的信息，由所述無人機對所述目標飛行器進行追擊，并利用所述捕捉部件進行第一次捕捉；

若第一次捕捉失敗，則由所述第二光學雷達對所述無人機采用制導(dǎo)控制進行二次捕捉；在二次捕捉過程中，所述第二光學雷達用于使所述無人機的飛行受所述地面站系統(tǒng)控制，所述地面站系統(tǒng)根據(jù)實時跟蹤測得所述目標飛行器及其相對位置和運動參數(shù)，形成制導(dǎo)指令發(fā)送給所述無人機，從而控制所述無人機對所述目標飛行器進行定位追擊。

優(yōu)選地，所述無人機在接近所述目標飛行器的最后階段采用復(fù)合制導(dǎo)方式，即：

當所述無人機正面追擊所述目標飛行器時，所述末端制導(dǎo)裝置感知到所述目標飛行器，即采用所述末端制導(dǎo)裝置探知目標飛行器的精確位置，并且通過所述電磁干擾系統(tǒng)向所述目標飛行器發(fā)射電磁干擾信號，使所述目標飛行器失去控制并實現(xiàn)捕獲；

當所述無人機第一次沒有捕捉到所述目標飛行器并背向遠離所述目標飛行器、所述末端制導(dǎo)裝置無法感知到所述目標飛行器時，則所述無人機通過第二光學雷達遙控式制導(dǎo)重新對目標飛行器進行定位追擊，進行二次捕捉。

優(yōu)選地，所述無人機為傾轉(zhuǎn)機身式無人機，所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機的機身包括平行對稱放置的兩固定機翼及中間的支撐架，兩固定機翼上共安裝有大于2的偶數(shù)套旋翼，傾轉(zhuǎn)機身式無人機在接收到關(guān)于目標飛行器的位置信息后，以多旋翼模式起飛；在進行目標飛行器跟蹤追擊捕捉時，以固定翼模式飛行。

優(yōu)選地，所述捕捉部件包括捕捉框和捕網(wǎng)，其中：所述捕捉框安裝于所述無人機的頂部，所述捕捉框內(nèi)放置所述捕網(wǎng)，所述捕網(wǎng)一方面用于捕獲目標飛行器，另一方面減緩捕獲到目標飛行器時對所述無人機系統(tǒng)的沖擊；

或者，所述捕捉部件采用拋網(wǎng)或發(fā)射帶有制導(dǎo)的網(wǎng)彈，對目標飛行器進行捕捉。

優(yōu)選地，所述末端制導(dǎo)裝置采集所述目標飛行器圖像，再對采集到的圖像預(yù)處理、特征提取、與模板圖像的特征參數(shù)進行相似性度量完成識別任務(wù)，同時計算出所述目標飛行器在圖像坐標系中的坐標及角度，再將圖像數(shù)據(jù)傳入所述飛控系統(tǒng)，用于檢測所述目標飛行器的位置。

更優(yōu)選地，所述末端制導(dǎo)裝置采用攝像頭，或紅外傳感器，或超聲波傳感器，或圖像傳感器。

優(yōu)選地，所述傳感器裝置包括超聲波傳感器和光流傳感器，超聲波傳感器和光流傳感器均安裝在于所述無人機的底部的中心位置；其中：

所述超聲波傳感器用于測量所述無人機的高度；

所述光流傳感器用于測量所述無人機的速度。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種基于高機動主動捕獲式反無人機系統(tǒng)的方法，包括：

地面站系統(tǒng)通過第一光學雷達對設(shè)定區(qū)域進行全方位監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)目標飛行器進入該設(shè)定區(qū)域，即向反無人機系統(tǒng)發(fā)送目標飛行器的位置信息；反無人機系統(tǒng)接收到關(guān)于目標飛行器的位置信息后對目標飛行器進行追擊并進行捕獲，地面站系統(tǒng)在無人機進行追擊捕獲過程中用于傳輸信號，以控制無人機對目標飛行器進行定位追擊；

所述無人機在接近目標飛行器的最后階段，采用復(fù)合制導(dǎo)方式，具體是：

當無人機正面追擊目標飛行器時，通過末端制導(dǎo)裝置探知目標飛行器的精確位置，并且通過電磁干擾系統(tǒng)向目標飛行器發(fā)射電磁干擾信號，使目標飛行器失去控制并快速的對其進行捕獲；

若無人機第一次沒有捕捉到目標飛行器并背向遠離目標飛行器、所述末端制導(dǎo)裝置無法感知到目標飛行器時，則所述無人機通過地面站系統(tǒng)的第二光學雷達遙控式制導(dǎo)重新對目標飛行器進行定位追擊，進行二次捕捉。

所述無人機通過地面站系統(tǒng)對設(shè)定區(qū)域進行實時監(jiān)控，一旦有目標飛行器進入該區(qū)域，地面站系統(tǒng)向所述無人機系統(tǒng)發(fā)送信號，無人機接收到信號以多旋翼模式起飛；在進行目標跟蹤時以固定翼模式飛行。

本發(fā)明中，所述無人機接收到信號時以多旋翼模式起飛，該種起飛方式具有對無人機起飛條件要求低的優(yōu)勢，所以能夠垂直起降和懸停；在進行目標跟蹤時以固定翼模式飛行，所以巡航速度快，能夠很快的跟上目標飛行器，為網(wǎng)捕目標提供條件；

當所述無人機進行末端制導(dǎo)，并利用電磁干擾系統(tǒng)使目標飛行器失去控制，從而快速地將目標飛行器捕獲至捕捉部件中，捕捉部件內(nèi)部可以設(shè)置一張柔性捕網(wǎng)，用來減緩捕獲到目標飛行器時對所述無人機系統(tǒng)的沖擊；

本發(fā)明采用上述復(fù)合制導(dǎo)方式時，電磁干擾系統(tǒng)對自身沒有干擾影響。

本發(fā)明中，所述無人機的機身材料具有多種選型，可以優(yōu)選碳纖維桿，該材料具有輕便、機械強度大的特點。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明通過地面站系統(tǒng)控制無人機，在不同捕捉階段使用不同的制導(dǎo)方式，能夠很好的提高捕捉的精確性和機動性。本發(fā)明的電磁干擾系統(tǒng)可以提高對目標的捕捉效率。相比于其他的捕獲系統(tǒng)，本發(fā)明成本比較低，可重復(fù)使用，更具有靈活性、高效性、高機動性。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明一實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：傾轉(zhuǎn)機身式無人機1，捕捉框2，攝像頭或紅外傳感器3，飛控和電磁干擾系統(tǒng)以及各種傳感器裝置4，捕網(wǎng)5；

圖2為本發(fā)明一實施例的捕捉過程的系統(tǒng)圖；

圖中：第一光學雷達6，第二光學雷達7，目標飛行器8。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

實施例1

如圖1所示，一種高機動主動捕獲式反無人機系統(tǒng)，包括：

無人機系統(tǒng)，由傾轉(zhuǎn)機身式無人機1、捕捉框2、攝像頭或紅外傳感器3、飛控和電磁干擾系統(tǒng)以及各種傳感器裝置4、捕網(wǎng)5和第二光學雷達7組成，其中：

所述捕捉框2安裝在所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1的一對固定機翼之間，并位于所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1的上方；所述捕捉框2固定在所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1上，不會破壞機身的氣動外形；

所述攝像頭或者紅外傳感器3安裝在所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1的中心處，用于末端制導(dǎo)：當目標飛行器8進入傾轉(zhuǎn)機身式無人機1的末端制導(dǎo)區(qū)(即攝像頭或者紅外傳感器3能夠清楚探測到目標飛行器8的區(qū)域)，傾轉(zhuǎn)機身式無人機1利用攝像頭或者紅外傳感器3探知目標飛行器8的精確位置進行制導(dǎo)追捕；具體的：攝像頭或者紅外傳感器3采集目標飛行器8圖像，再對圖像預(yù)處理、特征提取、與模板圖像的特征參數(shù)進行相似性度量完成識別任務(wù)，同時計算出目標飛行器8在圖像坐標系中的坐標及角度，再將圖像數(shù)據(jù)傳入飛控系統(tǒng)，飛控系統(tǒng)處理攝像頭或者紅外傳感器3接收到的信息，從而檢測目標飛行器8的位置；

所述飛控和電磁干擾系統(tǒng)以及各種傳感器裝置4集中安裝在所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1的中心位置，其中：飛控系統(tǒng)是所述反無人機系統(tǒng)的核心部分，用于控制所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1的穩(wěn)定飛行；電磁干擾系統(tǒng)用于干擾目標飛行器8的控制信號，使其失去控制以便于捕捉；

所述捕網(wǎng)5安裝于所述捕捉框2內(nèi)，在捕捉目標飛行器8時起緩沖的作用；

所述第二光學雷達7設(shè)置于地面上，用于所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1采用制導(dǎo)控制對目標飛行器8進行二次捕捉；

地面站系統(tǒng)，包括第一光學雷達6，所述第一光學雷達6對設(shè)定區(qū)域進行全方位監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)目標飛行器8進入該區(qū)域，即向所述反無人機系統(tǒng)發(fā)送目標飛行器8位置信息，所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1接收到關(guān)于目標飛行器8位置信息后對目標飛行器8進行追擊，并利用捕捉部件(即捕網(wǎng)5)進行捕獲；所述第一光學雷達6在所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1進行追擊捕獲過程中用于傳輸信號，遙控式制導(dǎo)控制所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1對目標飛行器8進行定位追擊。

作為優(yōu)選的實施方式，所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1的機身包括平行對稱放置的兩固定機翼及中間的支撐架，兩固定機翼上共安裝有大于2的偶數(shù)套旋翼，傾轉(zhuǎn)機身式無人機在接收到關(guān)于目標飛行器8的位置信息后，以多旋翼模式起飛；在進行目標飛行器8跟蹤時，以固定翼模式飛行。因此所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1為一種既擁有多旋翼無人機可以垂直起降和空中懸停的優(yōu)點，又具有固定翼無人機利用機翼產(chǎn)生的氣動升力進行低能耗、長航時巡航的優(yōu)勢，其克服了多旋翼無人機續(xù)航時間短、載荷小的缺點和固定翼無人機需要起降要求苛刻的難題；

在一具體優(yōu)選實施例中：所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1的機身包括平行對稱放置的兩固定機翼及中間的支撐架，兩固定機翼上共安裝有四套旋翼，為留出足夠空間安裝捕捉框2和提供充足的動力，四套旋翼放置在傾轉(zhuǎn)機身式無人機1的下方；固定機翼在中部對稱位置各安裝兩套電機，電機上安裝螺旋槳，且相鄰螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向相反。

如圖2所示，所述反無人機系統(tǒng)通過地面站系統(tǒng)中的第一光學雷達6對防衛(wèi)區(qū)(即雷達監(jiān)控區(qū)域)進行實時監(jiān)控，一旦有目標飛行器8進入防衛(wèi)區(qū)，所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1接收到信號并以多旋翼模式起飛，所以能夠垂直起降和懸停；在進行目標飛行器8跟蹤時，所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1以固定翼模式飛行，所以巡航速度快，能夠很快的跟上目標飛行器8，為網(wǎng)捕目標飛行器8提供條件；

當所述傾轉(zhuǎn)機身式無人機1進行末端制導(dǎo)時，利用電磁干擾系統(tǒng)使目標飛行器8失去控制，從而快速地將目標飛行器8捕獲至捕捉框2中；捕捉框2里放置一個捕網(wǎng)5用來減緩捕獲到目標飛行器8時對所述無人機系統(tǒng)的沖擊；所述反無人機系統(tǒng)擁有特殊的制導(dǎo)方式，電磁干擾系統(tǒng)對自身沒有干擾影響。

進一步的，所述的系統(tǒng)捕捉目標飛行器分為兩個階段，即第一階段和第二階段，其中：

第一階段：所述地面站系統(tǒng)通過第一光學雷達6對一較大范圍空間進行全天實時監(jiān)控，一旦有目標飛行器8進入監(jiān)控范圍內(nèi)，第一光學雷達6感知到目標飛行器8的位置，立即向所述無人機系統(tǒng)發(fā)送目標飛行器8的位置信息，傾轉(zhuǎn)機身式無人機1由地面站系統(tǒng)進行制導(dǎo)控制追擊目標飛行器8；

第二階段：當無人機追擊到目標飛行器8附近，末端制導(dǎo)裝置感知到目標飛行器8時，為更加精準的控制傾轉(zhuǎn)機身式無人機1，地面站系統(tǒng)采用末端制導(dǎo)的方式控制傾轉(zhuǎn)機身式無人機1對目標飛行器8進行第一次捕捉；

若第一次捕捉失敗，傾轉(zhuǎn)機身式無人機1背向遠離目標飛行器8、末端制導(dǎo)裝置無法感知到目標飛行器8時，第二光學雷達7對傾轉(zhuǎn)機身式無人機1采用制導(dǎo)控制進行二次捕捉。

作為優(yōu)選的實施方式，所述反無人機系統(tǒng)包括但不限于利用傾轉(zhuǎn)機身式無人機1實現(xiàn)對其他無人機進行捕獲，任何反無人機飛行器的設(shè)計，均可應(yīng)用于所述系統(tǒng)。

作為優(yōu)選的實施方式，所述反無人機系統(tǒng)除了利用內(nèi)置捕網(wǎng)5的捕捉框2進行捕獲無人機外，還可以利用拋網(wǎng)、發(fā)射帶有制導(dǎo)的網(wǎng)彈等作為捕獲部件進行目標捕捉。

本發(fā)明所述反無人機系統(tǒng)最重要的技術(shù)改進在于整個捕捉過程和不同階段的制導(dǎo)方式。在不同的捕捉階段利用不同的制導(dǎo)方式，能夠很好的提高捕捉的精確性和機動性。另外，螺旋槳安裝在無人機的底部，能夠提高無人機的機動性；捕捉框安裝在無人機頂部，能夠更加高機動，高精度的捕捉目標。

實施例2

一種高機動主動捕獲式反無人機系統(tǒng)，與實施例1不同之處在于末端制導(dǎo)使用圖像傳感器或者超聲波傳感器。

所述圖像傳感器或超聲波傳感器安裝于傾轉(zhuǎn)機身式無人機1的頂部，圖像傳感器或超聲波傳感器用于傾轉(zhuǎn)機身式無人機1的末端制導(dǎo)，檢測目標飛行器8的位置并予以追擊；其中：

所述圖像傳感器用于采集目標飛行器8的圖像并將采集到的圖像數(shù)據(jù)進行打包處理，具體包括對圖像預(yù)處理、進行特征提取、與模板圖像的特征參數(shù)進行相似性度量完成識別任務(wù)，同時計算出目標飛行器8在圖像坐標系中的坐標及角度，再將圖像數(shù)據(jù)傳入設(shè)置在飛控系統(tǒng)，飛控系統(tǒng)處理圖像傳感器或超聲波傳感器接收到的信息并進行處理，并得到采集到的圖像，用于檢測目標飛行器8的位置；

所述超聲波傳感器通過發(fā)送超聲波并接受超聲波來對目標飛行器8進行檢測。

另外，搭載任意用于目標飛行器8捕獲的傳感器均可以應(yīng)用于所述系統(tǒng)中。

實施例3

基于上述實施例1、2所述系統(tǒng)，一種高機動主動捕獲式反無人機方法，包括：

首先，地面站系統(tǒng)通過第一光學雷達對設(shè)定區(qū)域進行全方位監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)目標飛行器進入該設(shè)定區(qū)域，即向反無人機系統(tǒng)發(fā)送目標飛行器的位置信息；反無人機系統(tǒng)接收到關(guān)于目標飛行器的位置信息后對目標飛行器進行追擊并進行捕獲，地面站系統(tǒng)在無人機進行追擊捕獲過程中用于傳輸信號，控制無人機對目標飛行器進行定位追擊；

無人機在接近目標飛行器的最后階段，采用復(fù)合制導(dǎo)方式，具體是：

當無人機正面追擊目標飛行器時，通過末端制導(dǎo)裝置探知目標飛行器的精確位置，并且通過電磁干擾系統(tǒng)向目標飛行器發(fā)射電磁干擾信號，使目標飛行器失去控制并快速的對其進行捕獲；

若無人機第一次沒有捕捉到目標飛行器并背向遠離目標飛行器、末端制導(dǎo)裝置無法感知到目標飛行器時，則無人機通過地面站系統(tǒng)的第二光學雷達遙控式制導(dǎo)重新對目標飛行器進行定位追擊，進行二次捕捉；

無人機通過地面站系統(tǒng)對設(shè)定區(qū)域進行實時監(jiān)控，一旦有目標飛行器進入該設(shè)定區(qū)域，地面站系統(tǒng)向無人機發(fā)送信號，無人機接收到信號以多旋翼模式起飛，在對目標飛行器進行追擊時以固定翼模式飛行。

本發(fā)明解決了目標捕獲技術(shù)中所存在的缺點：捕獲平臺飛行速度慢和不能復(fù)用，不能夠進行二次捕獲。本發(fā)明的高機動主動捕獲式反無人機系統(tǒng)能夠大大提高對目標無人機的捕獲率和可靠性。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。