[发明专利]基于空中无线电监测平台的无人机操作者定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于空中无线电监测平台的无人机操作者定位系统，其特征在于，包括机载测向系统和地面控制系统；机载测向系统搭载于空中监测平台，并与地面控制系统之间通过无线网络通信；所述的机载测向系统在空中监测目标信号，测量目标信号最大能量出现的来波方向，确定无人机操作者的位置；地面控制系统用于远程控制机载测向系统和空中监测平台，并从机载测向系统实时获取测向及定位结果；所述的目标信号为无人机遥控的跳频信号；

所述的机载测向系统包括数据处理单元，数据处理单元中实现的功能包括：对天线接收到的信号进行监测，当监测到目标信号时进行信号采集；对采集的信号进行同步数据压缩和数据处理，数据压缩比大于10：1，提取跳频信号，所述的数据处理包括首先提取恒模包络信号，然后构造参考信号模板，与得到的恒模包络信号进行互相关计算，得到的相关函数峰值反映出跳频时隙中心位置，也代表该时隙信号在某一方向上的能量值；实时将跳频信号与电子罗盘的方位角度数据、GPS位置和时间信息关联起来；根据在各个方向上对目标信号能量的测量，确定最大能量出现的来波方向，根据测向线计算无人机操作者的位置；

所述的机载测向系统还包括天线、信号接收单元、供电单元、电子罗盘和GPS模块以及无线网络传输单元；所述的天线为定向天线，工作频率范围为2.4GHz-2.5GHz；所述的信号接收单元的工作频率范围含2.4GHz-2.5GHz；所述的天线和信号接收单元将接收到的信号发送给数据处理单元；所述的供电单元为数据处理单元供电；所述的天线的增益≥20dBi，驻波比≤1.5；所述的信号接收单元的天线采样速度≥5Msps，频率精度≤1e-7/Hz，增益类型为AGC；动态范围为≥110dB；所述的电子罗盘和GPS模块通过适配电路将三轴电子罗盘和GPS芯片进行整合，通过COM端口输出数据给数据处理单元；所述的电子罗盘和GPS模块通过COM端口以20Hz的速率将电子罗盘的方位角度数据以及GPS位置和时间信息输出到数据处理单元；

所述的地面控制系统与机载测向系统之间使用5.8GHz无线网络组建点对点式局域网传输，所述地面控制系统使用433MHz频段对空中监测平台的姿态进行控制；通过控制空中监测平台改变空中姿态，使机载测向系统在各个方向上对目标信号能量进行测量；通过控制空中监测平台变换位置，使机载测向系统进行多次目标信号方位测量。

2.一种基于空中无线电监测平台的无人机操作者定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：机载测向系统搭载于空中监测平台在空中移动，在2.4GHz-2.5GHz频段全方向搜索监测目标信号，当搜索到目标信号时，进行下一步；所述的目标信号为无人机遥控的跳频信号；

所述的机载测向系统包括数据处理单元、天线、信号接收单元、供电单元、电子罗盘和GPS模块以及无线网络传输单元；所述的天线为定向天线，工作频率范围为2.4GHz-2.5GHz；所述的信号接收单元的工作频率范围含2.4GHz-2.5GHz；所述的天线和信号接收单元将接收到的信号发送给数据处理单元；所述的供电单元为数据处理单元供电；所述的天线的增益≥20dBi，驻波比≤1.5；所述的信号接收单元的天线采样速度≥5Msps，频率精度≤1e-7/Hz，增益类型为AGC；动态范围为≥110dB；所述的电子罗盘和GPS模块通过适配电路将三轴电子罗盘和GPS芯片进行整合，通过COM端口输出数据给数据处理单元；所述的电子罗盘和GPS模块通过COM端口以20Hz的速率将电子罗盘的方位角度数据以及GPS位置和时间信息输出到数据处理单元；

步骤二：机载测向系统对目标信号进行采集并对数据压缩；数据压缩比大于10：1；

步骤三：机载测向系统对压缩后数据进行跳频信号提取，包括：首先提取恒模包络信号，然后构造参考信号模板，与得到的恒模包络信号进行互相关计算，得到的相关峰值反映出跳频时隙中心位置，也代表该时隙信号在某一方向上的能量值；

步骤四：机载测向系统将电子罗盘输出的方位角度数据以及GPS位置和时间信息，与采集的跳频信号在时间维度上进行实时匹配；

步骤五：地面控制系统控制空中监测平台改变空中姿态，使机载测向系统在各个方向上对目标信号能量进行测量，对步骤三中采集时间内各相关峰值的幅度进行累加，得到该时刻跳频信号总能量，确定目标信号最大能量出现的来波方向；根据来波方向估计目标信号的地面发射位置；

所述的地面控制系统与机载测向系统之间使用5.8GHz无线网络组建点对点式局域网传输，所述地面控制系统使用433MHz频段对空中监测平台的姿态进行控制；

步骤六：变换空中监测平台位置，进行多次目标信号方位测量；

步骤七：根据对目标信号测量的多个信号能量最大的来波方向，对目标信号的地面发射位置进行联合优化定位；

当获得两次测向结果时，计算测向线的交汇点，估计目标信号的地面发射位置，即无人机操作者的位置；当获得两次以上测向结果时，采用基于粒子滤波算法的非线性参数估计方法对目标位置进行优化定位。