一种高速无人机拦截方法和系统

技术领域

本发明实施例涉及但不限于防空技术领域，特别涉及高速无人机拦截方法和系统。

背景技术

随着国际局势不断变化，国家安全不断提到更高的首要位置，放空是安全防卫的重要领域，随着导弹武器技术的飞速发展，其已逐渐成为现代战争中的核心利器，导弹武器甚至是一个国家军事实力的缩影，因其通常具有一定的突防能力，拦截导弹是防空任务的重要课题，然而随着无人机的发展，其高速性、机动性、低成本和轻量性的特点，使其成为替代导弹的另一种空中突袭的选择，同时俯冲式高速飞行的无人机因其体积小、难识别和速度快，常规的地对空导弹拦截方式效率低，成本高，损耗大，难以高效精确的拦截，因此，相关无人机拦截技术难以高效精准拦截高速飞行的无人机，需要相关的技术解决此问题。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本发明第一方面的实施例提供了一种高速无人机拦截方法，通过获取空域中目标无人机的定位信息，根据定位信息计算得到一阶拦截路径，根据一阶拦截路径，发射拦截器，使拦截器到达第一设定位置，拦截器发射UWB雷达信号并接收反射回波，识别目标无人机，计算确定与目标无人机的相对位置关系，根据相对位置关系计算得到二阶拦截路径，拦截器沿二阶拦截路径到达第二设定位置，启动空中爆炸加速，使拦截器沿目标无人机方位加速并拦截，基于此，通过UWB雷达引导拦截器追踪目标无人机，通过空中爆炸进行二次加速，使拦截器高速追踪目标无人机，精准高效的拦截空域中的高速无人机入侵。

进一步，拦截器设置有动力系统、爆炸加速部、战斗部和导引系统。

进一步，导引系统包含有UWB雷达和紫外偏振光接收器。

进一步，向空域发射UWB雷达信号，探测空间内的物体；接收对应的反射回波，生成点云图，根据点云图解读空域内的物体类型信息；基于物体类型信息与预设无人机特征数据匹配，识别目标无人机，解读其对应的定位信息；定位信息包括目标无人机的飞行速度、飞行方向、对地距离和对地方向。

进一步，根据目标无人机的飞行速度和飞行方向，计算获得其第一预测飞行路径，根据第一预测飞行路径、对地距离、对地方向、拦截器的发射速度和拦截器UWB雷达的有效追踪距离，计算并设定拦截器的发射方向，获得一阶拦截路径。

进一步，根据一阶拦截路径和拦截器UWB雷达的有效追踪距离，计算并设置第一设定位置；高炮发射拦截器，使其沿一阶拦截路径飞行并到达第一设定位置。

进一步，根据识别到的目标无人机对应的UWB雷达点云数据，计算拦截器与目标无人机之间的相对距离、相对加速度和方位角，目标无人机的飞行方向；根据相对距离、相对加速度、方位角和目标无人机的飞行方向计算目标无人机的第二预测飞行路径并调整一阶拦截路径，获得二阶拦截路径。

进一步，根据战斗部的爆炸损伤范围和爆炸加速部对拦截器的速度增量，计算并设定第二设定位置；动力系统驱动拦截器沿二阶拦截路径飞行并到达第二设定位置；启动爆炸加速部进行空中爆炸，对拦截器进行空中二次加速；导引系统引导拦截器沿二阶拦截路径飞行，拦截器与目标无人机的相对距离进入战斗部的爆炸损伤范围内，传导引信引爆战斗部，拦截目标无人机。

进一步，传导引信包含UWB雷达、磁传导、红外传导、超声波传导中任一一种传导方式。

本发明另一方面实施例提供了一种高速无人机拦截系统，包括：拦截装置，用于追踪并拦截目标无人机；发射系统，用于识别目标无人机并发射拦截装置；其中，拦截装置包含有动力系统、爆炸加速部、战斗部和导引系统,导引系统引导拦截装置追踪并拦截目标无人机；爆炸加速部用于在空中爆炸对拦截装置进行空中二次加速。

本发明实施例包括：获取空域中目标无人机的定位信息，根据定位信息计算得到一阶拦截路径，据一阶拦截路径，发射拦截器，使拦截器到达第一设定位置，拦截器发射UWB雷达信号并接收反射回波，识别目标无人机，计算确定拦截器与目标无人机的相对位置关系，根据相对位置关系计算得到二阶拦截路径，拦截器沿二阶拦截路径到达第二设定位置，启动空中爆炸加速，使拦截器沿目标无人机方位加速并拦截，通过UWB雷达引导拦截器的飞行，并且经过空中二次爆炸加速，使拦截器高速追踪目标无人机，精准高效的拦截空域中的高速无人机入侵。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1是本发明一个实施例提供的一种高速无人机拦截方法的主流程图；

图2是本发明一个实施例提供的获取空域中目标无人机定位信息的子流程图；

图3是本发明一个实施例提供的发射拦截器的子流程图；

图4是本发明一个实施例提供的设定二阶拦截路径的子流程图；

图5是本发明一个实施例提供的拦截器空中二次加速拦截的子流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

应了解，在本发明实施例的描述中，至少一个(或一项)的含义是一个及一个以上，包含一个，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明第一方面的实施例提供了一种高速无人机拦截方法，通过获取空域中目标无人机的定位信息，根据定位信息计算得到一阶拦截路径，根据一阶拦截路径，发射拦截器，使拦截器到达第一设定位置，拦截器发射UWB雷达信号并接收反射回波，识别目标无人机，计算确定与目标无人机的相对位置关系，根据相对位置关系计算得到二阶拦截路径，拦截器沿二阶拦截路径到达第二设定位置，启动空中爆炸加速，使拦截器沿目标无人机方位加速并拦截，基于此，通过UWB雷达引导拦截器追踪目标无人机，通过空中爆炸进行二次加速，使拦截器高速追踪目标无人机，精准高效的拦截空域中的高速无人机入侵。

如图1所示，图1是本发明一个实施例提供的高速无人机拦截方法的主流程图，高速无人机拦截方法包括但不限于如下步骤：

步骤S100，获取空域中目标无人机的定位信息，根据定位信息计算得到一阶拦截路径；

步骤S200，根据一阶拦截路径，发射拦截器，使拦截器到达第一设定位置；

步骤S300，拦截器发射UWB雷达信号并接收反射回波，识别目标无人机，计算确定与目标无人机的相对位置关系，根据相对位置关系计算得到二阶拦截路径；

步骤S400，拦截器沿二阶拦截路径到达第二设定位置，启动空中爆炸加速，使拦截器沿目标无人机方位加速并拦截

可以理解的是，本实施例的“空域”可以根据实际使用区域设定，至少可以是地面以上的空域，也可以是海域上空或山地上空等领土边界，首先，地面雷达探测空域，识别空域是否有入侵飞行器，当地面雷达发现有入侵的高速无人机时，获取空域中目标无人机的定位信息，具体的，地面雷达为UWB(u ltra-wideband)超宽带雷达，雷达频段可以在3.1G至10.6G之间，由于超宽带雷达抗干扰性能强、兼具低频和宽频的特点，同时超宽带雷达的相对带宽大，可以分辨目标的许多散射点，将这些散射点的回波信号积累，可以改善信噪比，其分辨力可以达到厘米量级，因此能够发现空域内微小的无人机目标；雷达系统包括有超宽带雷达发射机、小型化平面超宽带天线和超宽带雷达接收机，可以理解的是，超宽带雷达发射机用于产生雷达波、放大雷达波强度并通过天线发射雷达波；小型化平面超宽带天线用于发射雷达波和接收雷达回波；超宽带雷达接收机用于从天线接收对应反射回来的雷达回波信号，并将信号传输给数据处理环节进行数据处理。向空域发射UWB雷达信号，雷达信号遇到阻挡物体，雷达波被阻挡反射，反射回来的雷达回波被小型化平面超宽带天线接收到，超宽带雷达接收机通过小型化平面超宽带天线接收雷达回波，对雷达回波进行数据处理，具体的，将原始雷达回波数据进行正交解调的带负数信号，进一步进行采样，得到预处理信号，对于预信号进行数据处理，得到点云图；可以理解的是，点云图为三维点坐标数据集，包含三维空间信息和时间信息。使用点云图数据集对神经网络模型进行训练，使神经网络学习无人机的识别特征，在神经网络模型中训练得到无人机的特征数据集。根据训练得到的特征数据集，在神经网络模型中对点云数据进行计算，识别点云图中包含的物体，根据特征数据集标记出已检测到的空域飞行器，当接收到的回波里识别到有飞行器，识别是否为无人机，当UWB雷达识别确认为无人机，获取目标无人机的定位信息，根据定位信息计算得到一阶拦截路径。在本实施例中，一阶拦截路径为拦截器的发射时的飞行路径，即高炮将拦截器高速发射后，拦截器沿着一阶拦截路径飞行，一阶拦截路径是根据目标无人机的飞行速度、飞行方向、目标无人机相对拦截器的地面发射点的对地距离、对地方向以及拦截器的发射速度等信息，计算拦截器最快接近目标无人机的飞行路线，但由于目标无人机的飞行速度和飞行方向会随时发生变化，因此在发射时所确定的一阶拦截路径仅在拦截器发射时使用，在其发射后追踪并靠近目标无人机时，需要继续使用拦截器所携带的UWB雷达探测目标无人机的方位信息。当确定一阶拦截路径后，拦截器的发射方向即可确定，使用高射炮将拦截器发射出去，给与拦截器以初速度，高爆榴弹炮是高能火炮，能够发射拦截器，给拦截器以初始发射的加速度，高爆榴弹炮的爆后化学能直接转化为弹头系统动能，速度可达1600-1900米/秒，加强突防能力，通过高爆榴弹炮发射拦截器，拦截器被高速射出后，其沿着一阶拦截路径飞行，动力系统推动拦截器飞行，靠近目标无人机，当拦截器飞行到达第一设定位置时，通过UWB雷达探测目标无人机的方位，由于无人机的飞行速度和飞行方向会时时变化，因此根据拦截器在第一设定位置通过UWB雷达探测到的目标无人机的方位信息，重新计算飞行路径，即调整一阶拦截路径的方向，得到二阶拦截路径，此时动力系统调整拦截器的飞行方向和速度，使拦截器的飞行路径重新匹配二阶拦截路径，当拦截器的飞行方向调整完成后，动力系统继续驱动拦截器沿二阶拦截路径飞行，当拦截器到达第二设定位置后，启动空中爆炸加速，使拦截器沿目标无人机方位加速并拦截，在本实施例中，第二设定位置根据不同的拦截策略设置不同的第二设定位置，拦截器可以采用尾追，包抄，对撞等拦截策略，不同的拦截策略需要设置不同的第二设定位置，在本实施例中，采用尾追策略，即拦截器飞行到目标无人机的前进后方，沿目标无人机相同的飞行方向尾追，此时第二设定位置即为拦截器的飞行方向调整为与目标无人机相同时的位置，当然，也可以根据其他拦截策略设置第二设定位置，在本发明中并未限定拦截策略。当拦截器飞行到达第二设定位置，启动空中爆炸加速，通过爆炸产生的推力，使拦截器在空中实现二次加速，此时拦截器的飞行方向已经调整为与目标无人机飞行方向相同，通过空中二次加速，使拦截器高速飞行，再极短的时间内追上目标无人机，并启动爆炸攻击。

在本实施例中，拦截器设置有动力系统、爆炸加速部、战斗部和导引系统，具体的，动力系统用于驱动拦截器在空中飞行，可以采用喷气发动机推动，爆炸加速部设在动力系统与战斗部中间，用于在拦截器到达第二设定位置时进行爆炸加速，使拦截器实现空中二次加速，战斗部用于最终拦截目标无人机时爆炸打击，导引系统设置在拦截器的飞行端部，用于引导拦截器的飞行并且时时探测目标无人机的飞行方向和飞行速度，引导拦截器跟踪目标无人机，在本实施例中，拦截器为导弹，导弹沿飞行方向上一次设置有光电罩，UWB雷达导引头，战斗部，前弹出掠翼，爆炸螺栓，动力系统，后弹出掠翼。

在本实施例中，导引系统包含有UWB雷达和紫外偏振光接收器，紫外偏振光接收器用于在水下追踪拦截目标，水下导航无GPS信号或电磁干扰条件下无GPS空中导航，而惯性导航又有时间累积误差，则紫外偏振光接收器可以通过紫外光探测拦截目标。

如图2所示，步骤S100还包括但不限于如下子步骤：

步骤S110，向空域发射UWB雷达信号，探测空间内的物体；

步骤S120，接收对应的反射回波，生成点云图，根据点云图解读空域内的物体类型信息；

步骤S130，基于物体类型信息与预设无人机特征数据匹配，识别目标无人机，解读其对应的定位信息；

步骤S140，定位信息包括目标无人机的飞行速度、飞行方向、对地距离和对地方向；

步骤S150，根据目标无人机的飞行速度和飞行方向，计算获得其第一预测飞行路径，根据第一预测飞行路径、对地距离、对地方向、拦截器的发射速度和拦截器UWB雷达的有效追踪距离，计算并设定拦截器的发射方向，获得一阶拦截路径。

在本实施例中，地面雷达探测空域，识别空域是否有入侵飞行器，当地面雷达发现有入侵的高速无人机时，获取空域中目标无人机的定位信息，具体的，向空域发射UWB雷达信号，探测空间内的物体，接收对应的反射回波，生成点云图，根据点云图解读空域内的物体类型信息，基于物体类型信息与预设无人机特征数据匹配，识别目标无人机，当发现空域有目标无人机入侵，根据其点云图数据解读其对应的定位信息，定位信息包括目标无人机的飞行速度、飞行方向、对地距离和对地方向，基于此数据可以判断目标无人机的飞行状态，可以判断其相对于地面雷达的相对位置变化过程。具体的，根据目标无人机的飞行速度和飞行方向，计算获得其第一预测飞行路径，根据第一预测飞行路径、对地距离、对地方向、拦截器的发射速度和拦截器UWB雷达的有效追踪距离，计算并设定拦截器的发射方向，获得一阶拦截路径；拦截器的发射速度即为高射炮发射拦截器的初始速度，拦截器UWB雷达的有效追踪距离即为拦截器在空域飞行时，其携带的UWB雷达可以准确有效的探测识别到目标的距离范围，采用不同的拦截策略需要设置不同的一阶拦截路径，正面撞击拦截，侧面打击拦击，附近爆炸拦截等，还需要基于位置关系，共同确定一阶拦截路径，在本实施例中，一阶拦截路径为拦截器最快接近目标无人机的飞行路径，在本发明中并未限定拦截策略。

如图3所示，步骤S200还包括但不限于如下子步骤：

步骤S210，根据一阶拦截路径和拦截器UWB雷达的有效追踪距离，计算并设置第一设定位置；

步骤S220，高炮发射拦截器，使其沿一阶拦截路径飞行并到达第一设定位置。

在本实施例中，根据一阶拦截路径和拦截器UWB雷达的有效追踪距离，计算并设置第一设定位置，第一设定位置是根据一阶拦截路径和第一预测飞行路径计算出烂机器与无人机距离最接近的位置处；高炮发射拦截器，使其沿一阶拦截路径飞行并到达第一设定位置。

如图4所示，步骤S300还包括但不限于如下子步骤：

步骤S310，根据识别到的目标无人机对应的UWB雷达点云数据，计算拦截器与目标无人机之间的相对距离、相对加速度和方位角，目标无人机的飞行方向；

步骤S320，根据相对距离、相对加速度、方位角和目标无人机的飞行方向计算目标无人机的第二预测飞行路径并调整一阶拦截路径，获得二阶拦截路径。

在本实施例中，根据识别到的目标无人机对应的UWB雷达点云数据，计算拦截器与目标无人机之间的相对距离、相对加速度和方位角，目标无人机的飞行方向，根据相对距离、相对加速度、方位角和目标无人机的飞行方向计算目标无人机的第二预测飞行路径并调整一阶拦截路径，获得二阶拦截路径，。

如图5所示，步骤S400还包括但不限于如下子步骤：

步骤S410，根据战斗部的爆炸损伤范围和爆炸加速部对拦截器的速度增量，计算并设定第二设定位置；

步骤S420，动力系统驱动拦截器沿二阶拦截路径飞行并到达第二设定位置；

步骤S430，启动爆炸加速部进行空中爆炸，对拦截器进行空中二次加速；

步骤S440，导引系统引导拦截器沿二阶拦截路径飞行，拦截器与目标无人机的相对距离进入战斗部的爆炸损伤范围内，传导引信引爆战斗部，拦截目标无人机。

在本实施例中，根据战斗部的爆炸损伤范围和爆炸加速部对拦截器的速度增量，计算并设定第二设定位置，第二设定位置根据不同的拦截策略设置不同的第二设定位置，拦截器可以采用尾追，包抄，对撞等拦截策略，不同的拦截策略需要设置不同的第二设定位置，在本实施例中，采用尾追策略，即拦截器飞行到目标无人机的前进后方，沿目标无人机相同的飞行方向尾追，此时第二设定位置即为拦截器的飞行方向调整为与目标无人机相同时的位置，当然，也可以根据其他拦截策略设置第二设定位置，在本发明中并未限定拦截策略；动力系统驱动拦截器沿二阶拦截路径飞行并到达第二设定位置；启动爆炸加速部进行空中爆炸，对拦截器进行空中二次加速；导引系统引导拦截器沿二阶拦截路径飞行，拦截器与目标无人机的相对距离进入战斗部的爆炸损伤范围内时，传导引信引爆战斗部，完成拦截目标无人机。

可以理解的是，传导引信包含UWB雷达、磁传导、红外传导、超声波传导中任一一种传导方式，具体的，在本实施例中采用磁传导，即拦截器接近目标无人机后，其距离达到战斗部爆炸攻击的范围，磁传导点燃战斗部的引信，引爆战斗部并攻击拦截目标无人机。

本发明第二方面的实施例提供了一种高速无人机拦截系统，包括拦截装置，用于追踪并拦截目标无人机；发射系统，用于识别目标无人机并发射拦截装置；其中，拦截装置包含有动力系统、爆炸加速部、战斗部和导引系统，导引系统引导拦截装置追踪并拦截目标无人机；爆炸加速部用于在空中爆炸对拦截装置进行空中二次加速，具体的，动力系统用于驱动拦截装置在空中飞行，可以采用喷气发动机推动，爆炸加速部设在动力系统与战斗部中间，用于在拦截装置到达第二设定位置时进行爆炸加速，使拦截装置实现空中二次加速，战斗部用于最终拦截目标无人机时爆炸打击，导引系统设置在拦截装置的飞行端部，用于引导拦截装置的飞行并且时时探测目标无人机的飞行方向和飞行速度，引导拦截装置跟踪目标无人机，在本实施例中，拦截装置为导弹，导弹沿飞行方向上一次设置有光电罩，UWB雷达导引头，战斗部，前弹出掠翼，爆炸螺栓，动力系统，后弹出掠翼，发射系统为高炮，高爆榴弹炮是高能火炮，能够发射拦截装置，给拦截装置以初始发射的加速度，高爆榴弹炮的爆后化学能直接转化为弹头系统动能，速度可达1600-1900米/秒，加强突防能力，通过高爆榴弹炮发射拦截装置，导引系统引导拦截装置向目标无人机飞行，当其接近目标无人机后，爆炸加速部在空中爆炸对拦截装置进行空中二次加速，使拦截装置高速飞向目标无人机，到达目标位置后，引爆战斗部，完成拦截目标无人机。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的共享条件下还可作出种种等同的变形或替换，这些等同的变形或替换均包括在本发明权利要求所限定的范围内。