本實用新型涉及無人機技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及基于數(shù)字陣列的無人機探測系統(tǒng)和無人機。

背景技術(shù)：

隨著無人機的迅速發(fā)展，無人機在視頻采集、地質(zhì)勘探、遙感測繪和搜索救援等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。因此，對無人機的探測、預(yù)警技術(shù)及裝備成為當前研究的熱點。

目前，無人機探測設(shè)備通過紅外熱像儀采集圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀D像處理器進行處理，從而完成目標檢測。通常，紅外熱像儀的搜索區(qū)域是由轉(zhuǎn)臺控制的，通過轉(zhuǎn)臺控制波束指向，同一時刻只能探測一個目標。由轉(zhuǎn)臺控制的紅外熱像儀在復(fù)雜環(huán)境下無法同時探測多個目標，以及對目標無法進行實時探測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供基于數(shù)字陣列的無人機探測系統(tǒng)和無人機，可以對目標進行實時探測，以及在復(fù)雜環(huán)境下可以實現(xiàn)多目標探測。

第一方面，本實用新型實施例提供了基于數(shù)字陣列的無人機探測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：信號接收單元、信號采集單元、數(shù)字信號處理DSP板和顯示終端；

所述信號接收單元，與所述信號采集單元相連接，用于接收所述無人機發(fā)送的圖傳模擬信號，將所述圖傳模擬信號進行濾波和放大，得到通帶為第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號，將所述通帶為第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)換為所述通帶為第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號；

所述信號采集單元，與所述DSP板相連接，用于將所述通帶為所述第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，將所述數(shù)字信號進行正交解調(diào)，得到基帶信號；

所述DSP板，與所述顯示終端相連接，用于將所述基帶信號進行處理，得到空間譜，并以第一預(yù)設(shè)角度對所述空間譜進行掃描，得到所述空間譜峰值對應(yīng)的角度，根據(jù)所述空間譜峰值對應(yīng)的角度以第二預(yù)設(shè)角度進行掃描，將掃描的所述空間譜峰值的位置作為目標精確角度；

所述顯示終端，與所述DSP板相連接，用于顯示所述目標精確角度。

結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，所述信號接收單元包括陣列天線組、射頻前端組和下變頻器組；

所述陣列天線組，與所述射頻前端組相連接，用于接收所述無人機發(fā)送的所述圖傳模擬信號；

所述射頻前端組，與所述下變頻器組相連接，用于將所述圖傳模擬信號進行濾波和放大，得到所述通帶為所述第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號；

所述下變頻器組，用于將所述通帶為所述第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)換為所述通帶為所述第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號。

結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，所述信號采集單元包括多個多通道采集板，所述多通道采集板包括多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和現(xiàn)場可編程門陣列FPGA；

所述多通道ADC，用于將所述通帶為所述第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)化為所述數(shù)字信號；

所述FPGA，用于根據(jù)所述第二頻率范圍和所述多通道ADC的采樣率將所述數(shù)字信號進行正交解調(diào)，得到所述基帶信號。

結(jié)合第一方面的第二種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，所述第二頻率范圍為10MHz-95MHz，所述第一頻率范圍為2400MHz-2485MHz。

結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，所述DSP板還用于獲取所述基帶信號的協(xié)方差矩陣，并對所述協(xié)方差矩陣進行分解，得到特征值和所述特征值對應(yīng)的特征向量，根據(jù)子空間原理，對所述特征值對應(yīng)的特征向量進行處理，得到所述空間譜。

結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，所述系統(tǒng)還包括頻率源，與所述信號采集單元相連接，用于產(chǎn)生采樣時鐘和基準時鐘。

結(jié)合第一方面的第一種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，所述陣列天線組包括多個陣列天線，所述射頻前端組包括多個射頻前端，所述下變頻器組包括多個下變頻器。

結(jié)合第一方面的第六種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，所述陣列天線由8個陣元組成，各個所述陣元的工作頻率為2300MHz-2500MHz。

結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第八種可能的實施方式，其中，所述第一預(yù)設(shè)角度1°，所述第二預(yù)設(shè)角度為0.1°。

第二方面，本實用新型實施例還提供了無人機，包括如上所述的基于數(shù)字陣列的無人機探測系統(tǒng)。

本實用新型實施例基于數(shù)字陣列的無人機探測系統(tǒng)和無人機，通過信號接收單元接收無人機發(fā)送的圖傳模擬信號，將圖傳模擬信號進行濾波和放大，得到通帶為第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號，將通帶為第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)換為通帶為第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號；通過信號采集單元將通帶為所述第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，將所述數(shù)字信號進行正交解調(diào)，得到基帶信號；通過DSP板將基帶信號進行處理，得到空間譜，并以第一預(yù)設(shè)角度對所述空間譜進行掃描，得到空間譜峰值對應(yīng)的角度，根據(jù)空間譜峰值對應(yīng)的角度以第二預(yù)設(shè)角度進行掃描，將掃描的空間譜峰值的位置作為目標精確角度，從而可以對目標進行實時探測，以及在復(fù)雜環(huán)境下可以實現(xiàn)多目標探測。

本實用新型的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優(yōu)點在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例一提供的基于數(shù)字陣列的無人機探測系統(tǒng)示意圖；

圖2為本實用新型實施例一提供的另一基于數(shù)字陣列的無人機探測系統(tǒng)示意圖；

圖3為本實用新型實施例二提供的基于數(shù)字陣列的無人機探測方法流程圖；

圖4為本實用新型實施例二提供的基于數(shù)字陣列的無人機探測方法中步驟S105流程圖。

圖標：

10-信號接收單元；20-陣列天線組；30-射頻前端組；40-下變頻器組；50-信號采集單元；60-多通道采集板；70-DSP板；80-顯示終端。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

為便于對本實施例進行理解，下面對本實用新型實施例進行詳細介紹。

實施例一：

圖1為本實用新型實施例提供的基于數(shù)字陣列的無人機探測系統(tǒng)示意圖。

參照圖1，該系統(tǒng)包括信號接收單元10、信號采集單元50、數(shù)字信號處理DSP板70和顯示終端80；

信號接收單元10，與信號采集單元50相連接，用于接收所述無人機發(fā)送的圖傳模擬信號，將所述圖傳模擬信號進行濾波和放大，得到通帶為第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號，將所述通帶為第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)換為所述通帶為第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號；

具體地，信號接收單元10包括陣列天線組20、射頻前端組30和下變頻器組40，其中，陣列天線組20包括多個陣列天線，射頻前端組30包括多個射頻前端，下變頻器組40包括多個下變頻器。具體可參照圖2，陣列天線、射頻前端和下變頻器依次連接。

陣列天線由8個陣元組成，各個陣元的工作頻率為2300MHz-2500MHz，增益5dB，波瓣寬度(3dB)為100°。

陣列天線用于接收無人機發(fā)射的圖傳模擬信號，射頻前端對圖傳模擬信號進行濾波和放大。其中，射頻前端包括兩級低噪聲放大器和一個帶通濾波器，每級放大器增益為28dB，帶通濾波器的通帶為第一頻率范圍，具體為2400MHz-2485MHz，覆蓋圖傳信號頻段。下變頻器將通帶為第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)換為通帶為第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號，第二頻率范圍為10MHz-95MHz。

其中，陣列天線可根據(jù)需要在任意方向形成指定寬度的波束，且改變波束指向時無需機械轉(zhuǎn)動，從而可以實現(xiàn)全空域覆蓋，同時對多個目標進行測向和跟蹤。通過對無人機的圖傳模擬信號進行測向，受地面雜波及無人機自身尺寸、運動狀態(tài)等復(fù)雜環(huán)境影響小。

信號采集單元50，與DSP板70相連接，用于將所述通帶為所述第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，將所述數(shù)字信號進行正交解調(diào)，得到基帶信號；

這里，信號采集單元50包括多個多通道采集板，具體包括兩個多通道采集板，多通道采集板安裝在VPX機箱中，通過VPX背板與其他分系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)和命令交互。

其中，基帶信號可以采用Aurora通信協(xié)議發(fā)送至DSP板，進行測向、信號分析等處理，另一方面可以采用PCI Express協(xié)議發(fā)送至單板計算機，進行存儲和事后分析。

DSP板70，與顯示終端80相連接，用于將基帶信號進行處理，得到空間譜，并以第一預(yù)設(shè)角度對所述空間譜進行掃描，得到所述空間譜峰值對應(yīng)的角度，根據(jù)所述空間譜峰值對應(yīng)的角度以第二預(yù)設(shè)角度進行掃描，將掃描的所述空間譜峰值的位置作為目標精確角度；

這里，DSP板70是由TI公司推出的多核DSP芯片TMS320C6678和一片Xilinx公司的FPGA組成，可以達到1433.6GMAC/s定點運算性能和716.8GFLOP/s浮點運算性能。DSP板70基于VPX標準設(shè)計，可以通過背板與信號采集板、單板計算機進行數(shù)據(jù)傳輸。

具體地，粗掃描為以第一預(yù)設(shè)角度對所述空間譜進行掃描，得到所述空間譜峰值對應(yīng)的角度；精掃描為根據(jù)所述空間譜峰值對應(yīng)的角度以第二預(yù)設(shè)角度進行掃描，將掃描的所述空間譜峰值的位置作為目標精確角度。通過粗掃描與精掃描相結(jié)合的方式，實現(xiàn)對目標的連續(xù)測向和跟蹤。

顯示終端80，與DSP板70相連接，用于顯示目標精確角度。

這里，顯示終端80可以為單板計算機，通過單板計算機顯示目標精確角度。

進一步的，信號接收單元10包括陣列天線組20、射頻前端組30和下變頻器組40；

陣列天線組20，與所述射頻前端組30相連接，用于接收所述無人機發(fā)送的所述圖傳模擬信號；

射頻前端組30，與所述下變頻器組40相連接，用于將所述圖傳模擬信號進行濾波和放大，得到所述通帶為所述第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號；

下變頻器組40，用于將所述通帶為所述第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)換為所述通帶為所述第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號。

進一步的，信號采集單元50包括多個多通道采集板，所述多通道采集板包括多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和現(xiàn)場可編程門陣列FPGA；

多通道ADC，用于將所述通帶為所述第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)化為所述數(shù)字信號；

這里，多通道ADC具有四個通道，單通道的采樣率為240Msps，量化位數(shù)為12bits，可同時完成四路信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換。

FPGA，用于根據(jù)第二頻率范圍和所述多通道ADC的采樣率將所述數(shù)字信號進行正交解調(diào)，得到所述基帶信號。

進一步的，DSP板70還用于獲取所述基帶信號的協(xié)方差矩陣，并對所述協(xié)方差矩陣進行分解，得到特征值和所述特征值對應(yīng)的特征向量，根據(jù)子空間原理，對所述特征值對應(yīng)的特征向量進行處理，得到所述空間譜。

進一步的，系統(tǒng)還包括頻率源，與信號采集單元50相連接，用于產(chǎn)生采樣時鐘和基準時鐘。

具體地，頻率源用于產(chǎn)生采樣時鐘和基準時鐘，頻率分別為240MHz和10MHz。輸出功率大于30dBm，諧波低于-40dBc，雜散低于-60dBc。采樣時鐘用于多通道ADC的輸入，基準時鐘用于系統(tǒng)的時序控制。

本實用新型實施例基于數(shù)字陣列的無人機探測系統(tǒng)，通過信號接收單元接收無人機發(fā)送的圖傳模擬信號，將圖傳模擬信號進行濾波和放大，得到通帶為第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號，將通帶為第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)換為通帶為第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號；通過信號采集單元將通帶為所述第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，將所述數(shù)字信號進行正交解調(diào)，得到基帶信號；通過DSP板將基帶信號進行處理，得到空間譜，并以第一預(yù)設(shè)角度對所述空間譜進行掃描，得到空間譜峰值對應(yīng)的角度，根據(jù)空間譜峰值對應(yīng)的角度以第二預(yù)設(shè)角度進行掃描，將掃描的空間譜峰值的位置作為目標精確角度，從而可以對目標進行實時探測，以及在復(fù)雜環(huán)境下可以實現(xiàn)多目標探測。

實施例二：

圖3為本實用新型實施例提供的基于數(shù)字陣列的無人機探測方法流程圖。

參照圖3，該方法包括以下步驟：

步驟S101，接收無人機發(fā)送的圖傳模擬信號，將圖傳模擬信號進行濾波和放大，得到通帶為第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號；

步驟S102，將通帶為第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)換為通帶為第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號；

步驟S103，將通帶為第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；

步驟S104，將數(shù)字信號進行正交解調(diào)，得到基帶信號；

步驟S105，將基帶信號進行處理，得到空間譜；

步驟S106，以第一預(yù)設(shè)角度對空間譜進行掃描，得到空間譜峰值對應(yīng)的角度，根據(jù)空間譜峰值對應(yīng)的角度以第二預(yù)設(shè)角度進行掃描，將掃描的空間譜峰值的位置作為目標精確角度；

這里，第一預(yù)設(shè)角度可以為1°，第二預(yù)設(shè)角度為0.1°。通過上述兩次掃描，可以保證實時性和測角精度。

步驟S107，顯示目標精確角度。

進一步的，參照圖4，步驟S105包括以下步驟：

步驟S201，獲取基帶信號的協(xié)方差矩陣，并對協(xié)方差矩陣進行分解，得到特征值和特征值對應(yīng)的特征向量；

這里，對協(xié)方差矩陣進行分解時，得到特征值，并將特征值按照從大小到的順序排列，取前N個為大特征值，其余為小特征值。需要說明的是，N等于信號數(shù)目，為預(yù)設(shè)值。其中，大特征值對應(yīng)的特征向量為信號子空間，小特征值對應(yīng)的特征向量稱之為噪聲子空間。

步驟S202，根據(jù)子空間原理，對特征值對應(yīng)的特征向量進行處理，得到空間譜。

進一步的，步驟S201包括：

根據(jù)公式計算所述特征值對應(yīng)的特征向量：

其中，R為協(xié)方差矩陣，U_s為最大特征值對應(yīng)的特征向量，Σ_s為最大特征值構(gòu)成的對角矩陣，U_n為最小特征值對應(yīng)的特征向量，Σ_n為最小特征值構(gòu)成的對角矩陣，(·)^H表示取共軛轉(zhuǎn)置。

這里，接收數(shù)據(jù)為x(t)，協(xié)方差矩陣由公式(2)可知：

R＝E[x(t)x^H(t)] (2)

其中，E[·]表示取期望值。

進一步的，步驟S202包括：

根據(jù)公式(3)和公式(4)計算空間譜：

a(θ)＝[1,e^{-j2πdsinθ/λ},…,e^{-j2π(N-1)dsinθ/λ}]^H (4)

其中，P_MUSIC為空間譜，θ為掃描角度，U_n為最小特征值對應(yīng)的特征向量，(·)^H表示取共軛轉(zhuǎn)置。

本實用新型實施例基于數(shù)字陣列的無人機探測方法，接收無人機發(fā)送的圖傳模擬信號，將圖傳模擬信號進行濾波和放大，得到通帶為第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號；將通帶為第一頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)換為通帶為第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號；將通帶為所述第二頻率范圍的放大圖傳模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；將數(shù)字信號進行正交解調(diào)，得到基帶信號；將基帶信號進行處理，得到空間譜；以第一預(yù)設(shè)角度對空間譜進行掃描，得到空間譜峰值對應(yīng)的角度，根據(jù)空間譜峰值對應(yīng)的角度以第二預(yù)設(shè)角度進行掃描，將掃描的空間譜峰值的位置作為目標精確角度；顯示目標精確角度，從而可以對目標進行實時探測，以及在復(fù)雜環(huán)境下可以實現(xiàn)多目標探測。

本實用新型實施例所提供的計算機程序產(chǎn)品，包括存儲了程序代碼的計算機可讀存儲介質(zhì)，所述程序代碼包括的指令可用于執(zhí)行前面方法實施例中所述的方法，具體實現(xiàn)可參見方法實施例，在此不再贅述。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)和裝置的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

另外，在本實用新型實施例的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

所述功能如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本實用新型的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備(可以是個人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本實用新型各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

最后應(yīng)說明的是：以上所述實施例，僅為本實用新型的具體實施方式，用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制，本實用新型的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型實施例技術(shù)方案的精神和范圍，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準。