一种基于多旋翼无人机的低慢小目标侦察反制系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于多旋翼无人机的低慢小目标侦察反制系统及方法，属于无人机领域，系统包括多旋翼无人机，多旋翼无人机包括机身、安装在机身上的多个机臂、安装在每个机臂上的动力组件以及安装在机身的底面的起落架，机身上还安装有前视视觉模组以及与动力组件通信连接的飞控模组；机身的底面还固定安装有设备支架，设备支架上固定安装有动力电池以及与动力电池电性连接的机载计算平台和变焦探测吊舱，动力电池还与动力组件、前视视觉模组以及飞控模组电性连接，机载计算平台与变焦探测吊舱、前视视觉模组以及飞控模组通信连接。本发明结构简单且设计合理，能够在低人员依赖、复杂环境条件下高效地进行空中低慢小目标侦察和反制工作。

说明书

技术领域

本发明涉及无人机领域，特别涉及一种基于多旋翼无人机的低慢小目标侦察反制系统及方法。

背景技术

随着我国航空飞行产品逐渐向小型化、民用化拓展，小型飞行器和空飘物威胁航空运输安全和公民生命财产安全及其隐私安全等问题日益突显。

根据目前我国法规制度的规定，结合相关学术研究成果，小型飞行器目标主要有以下特征：1.飞行高度一般低于500米；2.飞行速度低于200公里/小时；3.雷达反射面积低于2平方米。目前，常见的小型飞行器主要有飞艇、中小型飞机、无人机、热气球、滑翔机、航空模型、滑翔伞、动力伞等。

而空飘物则主要有以下特征：1.飘浮或飞行高度在200米以下；2.飘浮或飞行有一定的危险性；3.体积较大；4.飞行速度缓慢；5.探测、识别以及防御比较困难。目前，常见的空飘物主要包括：气球、风筝外、空飘气球、系留气球、无人驾驶自由气球、部分空飘广告、孔明灯和信鸽等。

现有技术中，虽然存在针对“低慢小”目标的探测及反制产品，但是通过对比后发现主要存在以下问题：1、在民用领域：单兵无人机反制枪、反制指挥车主要针对带有明显无线电特征的消费级无人机，需要依赖人工干预确认目标，无法快速定位和打击非合作目标，此外该方式无法对空飘物进行有效识别，具有较大局限性。2、在军用领域：主要采取激光或微波反制武器对无人机目标进行打击，此类武器造价极高，易受雨雪及浓烟环境影响，在对抗蜂群饱和式攻击时使用场景受限，难以形成装备体系综合对抗。

发明内容

针对现有技术存在的针对空中低慢小目标的探测及反制手段或对人的依赖大、或对使用环境要求高的问题，本发明的目的在于提供一种基于多旋翼无人机的低慢小目标侦察反制系统及方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种基于多旋翼无人机的低慢小目标侦察反制系统，包括多旋翼无人机，所述多旋翼无人机包括机身、安装在所述机身上的多个机臂、安装在每个所述机臂上的动力组件以及安装在所述机身的底面的起落架，所述机身上还安装有前视视觉模组以及与所述动力组件通信连接的飞控模组；所述机身的底面还固定安装有设备支架，所述设备支架上固定安装有动力电池以及与所述动力电池电性连接的机载计算平台和变焦探测吊舱，所述动力电池还与所述动力组件、所述前视视觉模组以及所述飞控模组电性连接，所述机载计算平台与所述变焦探测吊舱、所述前视视觉模组以及所述飞控模组通信连接。

进一步的，还包括固定安装在所述机身上的定位模块，所述定位模块与所述飞控模组电性连接。

进一步的，还包括固定安装在所述机身上的通信模块，所述通信模块与所述飞控模组以及所述机载计算平台通信连接。

进一步的，还包括固定安装在所述设备支架上的下视激光测距雷达，所述下视激光测距雷达与所述飞控模组通信连接。

优选的，所述设备支架包括固定安装在所述机身的底面的架体以及从上至下依次安装在所述架体上的电池载板和吊舱载板；所述动力电池固定安装在所述电池载板的顶面，所述变焦探测吊舱以及所述下视激光测距雷达均固定安装在所述吊舱载板的底面。

优选的，所述起落架包括两组呈对称状固定在所述机身上的竖向支杆以及与每组所述竖向支杆连接固定的横向支杆，且所述横向支杆上安装有减震组件。

第二方面，本发明还提供一种基于多旋翼无人机的低慢小目标侦察反制方法，所述方法应用于如上所述的系统，所述方法包括以下步骤：

S1、在多旋翼无人机飞行过程中，变焦探测吊舱启动工作并获取实时画面；

S2、机载计算平台根据变焦探测吊舱所拍摄的实时画面，基于人工智能识别算法对所述实时画面进行实时处理；

S3、机载计算平台根据实时处理的结果，判断所述实时画面中是否存在低慢小目标，是则进行S4，否则进行S2；

S4、机载计算平台控制前视视觉模组对低慢小目标进行跟踪探测，获得跟踪探测信息；

S5、飞控模组接收所述跟踪探测信息，并根据所述跟踪探测信息控制多旋翼无人机飞向所述低慢小目标以实施反制措施。

优选的，所述变焦探测吊舱为全向吊舱，则在进行S4之前，还包括以下步骤：

S31、机载计算平台判断所述变焦探测吊舱的探测方向与前视视觉模块组的视场方向是否一致，是则进行S4，否则进行S32；

S32、机载计算平台根据所述变焦探测吊舱的探测方向向飞控模组发送调整指令；

S33、飞控模组根据所述调整指令控制多旋翼无人机调整方向，使所述前视视觉模块组的视场方向与所述变焦探测吊舱的探测方向一致。

采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：

1、由于多旋翼无人机的采用以及搭载在其上的变焦探测吊舱和机载计算平台的设置，使得机载计算平台能够通过变焦探测吊舱能够快速识别到空中低慢小目标，并依靠多旋翼无人机接近低慢小目标，从而对其进行包括但不限于撞击在内的反制措施；

2、由于前视视觉模组的设置，使得在确定出低慢小目标后，可通过前视视觉模组对其进行持续跟踪，从而解放了变焦探测吊舱，使变焦探测吊舱能够继续投入到新的探测任务中，从而提高工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例一另一方向的结构示意图；

图3为本发明实施例一的主视图；

图4为本发明实施例二的方法流程图。

图中:1-机身、2-机臂、3-动力组件、4-起落架、41-竖向支杆、42-横向支杆、43-套管接头、44-减震组件、5-前视视觉模组、6-飞控模组、7-设备支架、8-动力电池、9-机载计算平台、10-变焦探测吊舱、11-定位模块、12-通信模块、13-下视激光测距雷达。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本发明结构的说明，仅是为了便于描述本发明的简便，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

对于本技术方案中的“第一”和“第二”，仅为对相同或相似结构，或者起相似功能的对应结构的称谓区分，不是对这些结构重要性的排列，也没有排序、或比较大小、或其他含义。

另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据本发明的总体思路，联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

一种基于多旋翼无人机的低慢小目标侦察反制系统，如图1-3所示，包括多旋翼无人机，该多旋翼无人机包括机身1、安装在机身1上的多个机臂2、安装在每个机臂2上的动力组件3以及安装在机身1的底面的起落架4。机身1上还安装有前视视觉模组5以及与动力组件3通信连接的飞控模组6。同时，机身1的底面还固定安装有设备支架7，设备支架7上固定安装有动力电池8以及与该动力电池8电性连接的机载计算平台9和变焦探测吊舱10，其中，动力电池8还与上述的动力组件3、前视视觉模组5以及飞控模组6电性连接。而机载计算平台9则与变焦探测吊舱10、前视视觉模组5以及飞控模组6通信连接。

本实施例中，机身1配置为矩形壳状构造，其包括两个平行且相对布置的中心板，以及呈周向围绕而连接在两个中心板之间的前向侧板、后侧板、左侧板和右侧板。其中，机身1的四个角部还配置有切角，对应的在每个角部都设置角板以维持机身1的封闭构造。而机臂2配置有四个，四个机臂2周向均匀分布，并且四个机臂2分别固定安装在上述的四个角板上。动力组件3则包括直流无刷电机以及安装在其输出轴上的螺旋桨。

本实施例中，起落架4包括两组呈对称状固定在机身1的底面的竖向支杆41以及与每组竖向支杆41连接固定的横向支杆42。例如，竖向支杆41有四个，每两个竖向支杆41为一组，其中一组中的两个竖向支杆41互相平行且呈倾斜状连接在机身1的底面一侧，另一组中的两个竖向支杆41则对称地安装在机身1的底面另一侧。同一组中的两个竖向支杆41均配置有一横向支杆42，该横向支杆42呈水平状布置，并且竖向支杆41的下端均通过套管接头43与横向支杆42连接。本实施例中，在各横向支杆42上均安装有减震组件44，例如橡胶或者海绵材料制造的套管，以便于缓冲多旋翼无人机降落时的冲击力。

本实施例中，配置设备支架7包括固定安装在机身1的底面的架体71以及从上至下依次安装在架体71上的电池载板72和吊舱载板73。其中架体71包括多个竖直布置的杆状构造，电池载板72和吊舱载板73与每个杆状构造形成连接即可实现固定安装。却上述的动力电池8固定安装在电池载板72的顶面，而变焦探测吊舱10则固定安装在吊舱载板73的底面。

其中，变焦探测吊舱10配置为具备360°水平旋转及俯仰旋转能力，从而能够实现大范围目标连续探测，并通过USB数据线与机载计算平台9进行数据传输。机载计算平台9则用于根据变焦探测吊舱10所拍摄的实时画面，基于成熟的人工智能识别算法对其中的低慢小目标进行检测。前视视觉模组5也通过USB数据线与机载计算平台9进行数据通信，前视视觉模组5主要用于对已经检测出的低慢小目标进行持续跟踪，而飞控模组6除了用于控制多旋翼无人机按规划路线进行训练飞行外，还用于根据前视视觉模组5的持续跟踪结果，控制多旋翼无人机向低慢小目标靠近飞行，以便于执行警示、地面引导、撞击等反制措施。

使用时，当需要进行空中低慢小目标处理时，多旋翼无人机飞行升空，通过其上搭载的变焦探测吊舱10能够获取关于指定空域的实时画面，并通过机载计算平台9对上述实时画面进行处理后，即可从中判断出是否含有低慢小目标，并且通过前视视觉模组5对确定出的低慢小目标进行持续跟踪，并借助多旋翼无人机的飞行能力进行靠近，之后可以执行诸如撞击、警示等多种反制措施。工作过程中，多旋翼无人机基于其成熟的自主飞行能力，能够降低对人的依赖，从而提高效率；另外，基于机载计算平台9的实时图像数据处理能力，能够快速识别侦察出低慢小目标并自主靠近，因此也能够为地面人员提供低慢小目标方位指示，从而便于人工介入处理，其工作过程中，相对于激光或微波武器，具有对环境适应能力强的优点。

在另一优选实施例中，配置系统还包括定位模块11和通信模块12。其中，定位模块11优选为RTK GPS模块，其固定安装在机身1的顶面，定位模块11通过有线串口的形式连接飞控模组6，以便于向飞控模组6提供飞行所需的定位支持，还与通信模块12电性连接以便于向外界(地面站或者地面工作人员)发送多旋翼无人机的实时位置，从而方便多旋翼无人机靠近低慢小目标的过程中为地面人员提供目视观测之外的方位指示。同时，通信模块12还与飞控模组6以及机载计算平台9通信连接，以便于在多旋翼无人机与地面站之间传递飞行状态、目标探测信息、任务规划信息以及飞行控制指令等等数据。

在另一优选实施例中，配置系统还包括下视激光测距雷达13，该下视激光测距雷达13固定安装在上述的吊舱载板73的底面一侧，该下视激光测距雷达13与飞控模组6通信连接，以便于多旋翼无人机在飞行和起降过程中能够有效探测距地高度，从而实现更加精准的定高飞行。

实施例二

一种基于多旋翼无人机的低慢小目标侦察反制方法，该方法应用于如实施例一公开的系统，如图4所示，该方法包括以下步骤：

S1、在多旋翼无人机飞行过程中，变焦探测吊舱启动工作并获取实时画面；

S2、机载计算平台根据变焦探测吊舱所拍摄的实时画面，基于人工智能识别算法对实时画面进行实时处理；

S3、机载计算平台根据实时处理的结果，判断实时画面中是否存在低慢小目标，是则进行S4，否则进行S2；

S4、机载计算平台控制前视视觉模组对低慢小目标进行跟踪探测，获得跟踪探测信息；

S5、飞控模组接收跟踪探测信息，并根据跟踪探测信息控制多旋翼无人机飞向低慢小目标以实施反制措施，其中反制措施包括但不限于撞击。

可以理解的是，当变焦探测吊舱为全向吊舱时，由于其可360°全向探测，因此其探测方向可能与前视视觉模块的视场方向不同，因此，在进行S4之前，还包括以下步骤：

S31、机载计算平台判断变焦探测吊舱的探测方向与前视视觉模块组的视场方向是否一致，是则进行S4，否则进行S32；

S32、机载计算平台根据变焦探测吊舱的探测方向向飞控模组发送调整指令；

S33、飞控模组根据调整指令控制多旋翼无人机调整方向，使前视视觉模块组的视场方向与变焦探测吊舱的探测方向一致。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。