一种基于大数据的分布式电磁嗅探的无人机防御系统

技术领域

本发明涉及用于优化操作环境的装置技术领域，尤其涉及一种基于大数据的分布式电磁嗅探的无人机防御系统。

背景技术

当前，无人机侦测系统多采用主动雷达侦测、被动雷达侦测(辐射源定位)、视频处理侦测等方式，以及以上几种方式的组合，这几种方式各有优缺点。

如CN108198402B现有技术公开了一种区域智能无人机侦测系统，除去成本因素，还有以下缺点，主动雷达侦测和视频处理侦测方式只能侦测无遮挡的空旷区域，必然会有盲区和死角，会造成漏报警，被动雷达侦测在民用频段复杂电磁环境下很难区分侵入信号与正常民用信号。无人机侦测是对抗性行为，侦测的同时要防范对方反侦测。

另一种典型的如CN111800205B的现有技术公开的一种无人机载的无线通信干扰信号检测方法，现有的无线通信干扰检测技术基于频谱检测技术，依赖无线电管理机构的专业人员手持或车载专业设备，依据设备显示的环境频谱等信息，判断是否存在干扰及对干扰源进行定位，对重点区域周边进行扫描排查，工作量大、耗时长。这种手段更大的缺陷在于，若无线通信干扰器的天线为定向天线，当天线朝向为空中，则地面接收信号依然微弱，地面排查手段会有失效风险。另外，现有的基于无人机的无线通信干扰信号检测方法没有考虑现有无人机大多依赖ISM频段通信，一旦其无线通信信号受到干扰时，无法正常操控与通信，存在无人机失联、检测被迫中断的风险。

为了解决本领域普遍存在无人机存在电磁干扰、极易引起无人机飞行安全、无法主动嗅探危险、智能程度低和自我防护性能差等等问题，作出了本发明。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前所存在的不足，提出了一种基于大数据的分布式电磁嗅探的无人机防御系统。

为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：

一种基于大数据的分布式电磁嗅探的无人机防御系统，所述无人机防御系统包括服务器、以及无人机，所述无人机防御系统还包括嗅探模块、控制模块、预警模块，

所述服务器分别与所述无人机、所述嗅探模块、所述预警模块和所述控制模块连接，

所述嗅探模块用于对所述无人机所经受的电磁干扰进行嗅探，并根据嗅探的数据对所述无人机所处的环境进行评估，所述控制模块用于对所述无人机进行控制，以使所述无人机不会受到干扰而坠落，所述预警模块根据所述嗅探模块的结果触发预警，以触发所述控制模块对所述无人机飞行路线的控制；

所述嗅探模块包括嗅探采样单元、以及评估单元，所述嗅探采样单元用于对所述无人机所处的电磁环境进行采样，形成电磁采样数据，所述评估单元根据所述电磁采样数据对无人机所处的环境进行评估；

所述嗅探采样单元包括辐射检测仪、频谱分析仪、检测雷达、以及数据存储器，所述辐射监测仪用于对所述无人机所处环境的电磁环境频谱进行检测，所述频谱分析仪用于对所述干扰源的状态进行采样，以获得干扰源的采样数据，所述检测雷达用于对所述无人机所处环境的电磁环境强度进行检测，所述数据存储器用于对所述辐射检测仪的电磁辐射数据、频谱分析仪、以及所述检测雷达的检测数据进行存储；

所述评估单元获取所述辐射检测仪的电磁辐射数据、频谱分析仪的采样数据、以及所述检测雷达的检测数据，并根据所述辐射检测仪的电磁辐射数据、频谱分析仪的采样数据、以及所述检测雷达的检测数据计算电磁干扰指数Disturbance：

式中，k为干扰调整系数，S

若所述电磁干扰指数Disturbance超过设定的调整阈值Adjustment，表明所述无人机受到干扰，则触发所述控制模块对所述无人机飞行路线的控制。

可选的，所述控制模块包括控制单元、以及辅助飞行单元，所述控制单元用于对所述无人机的飞行进行控制，所述辅助飞行单元用于对所述无人机电磁强度超过设定监控阈值的环境下，对所述无人机进行辅助调整，以调整所述无人机远离当前的位置；

所述控制单元获取当前无人机的飞行姿势、以及电磁干扰方向，并控制所述无人机朝向电磁干扰低的方向飞行。

可选的，所述预警模块包括预警单元、以及提示单元，所述预警单元根据所述评估单元的评估结果，向无人机发出不同等级的预警提示；

其中，若所述预警提示的预警等级超过设定的监控预警等级，则触发对所述辅助飞行单元的转换。

可选的，所述无人机防御系统还包括屏蔽模块，所述屏蔽模块用于对所述无人机的信号接收模块进行防护，所述屏蔽模块包括屏蔽层、以及动作单元，所述屏蔽层用于对外壁环境的电磁干扰进行屏蔽，所述动作单元将屏蔽层的位置进行调整，以封堵无人机的通信缝隙；

其中，所述动作单元设置在所述无人机的本体内；

所述动作单元包括滑动轨道、滑动驱动机构、连接座，所述滑动轨道设置在所述无人机的本体内部，且所述连接座与所述滑动轨道滑动连接，所述连接座用于对所述屏蔽层进行支撑，所述滑动驱动机构用于对所述连接座进行驱动，且所述滑动驱动机构设置在所述连接座上，使所述连接座沿着所述滑动轨道的方向进行滑动。

可选的，所述辅助飞行单元包括任务监控器、飞行控制器、以及偏离分析子单元，所述任务监控器用于对所述无人机的任务进行监控，所述偏离分析子单元根据所述预警单元或所述评估单元的结果触发对无人机飞行距离的分析，所述飞行控制器根据所述偏离分析子单元的数据控制所述飞行控制器进行驶离，以远离当前的干扰环境；

其中，若所述任务监控器监测到所述无人机的任务已经完成或已经终止，则飞行控制器直接控制无人机在预定为降落位置降落；

若所述任务监控器监测到所述无人机的任务未完成，则所述偏离分析子单元用于对无人机飞行距离进行分析，以使所述无人机远离干扰区域。

可选的，所述偏离分析子单元根据下式计算偏移距离d：

式中，B为调整距离值，C为调整基础值，取值范围为[28.24,36]，f

可选的，所述动作单元设置在所述无人机的信号接收器外周，以对外部的干扰的电磁信号进行屏蔽。

本发明所取得的有益效果是：

1.通过嗅探模块和控制模块的配合使用，使得无人机在电磁干扰的状态下能主动的进行防御，以远离受控区域，提升无人机的飞航安全；

2.通过屏蔽模块对无人机的信号接收区域进行屏蔽，能够有效的降低外部干扰对无人机内部的器件的影响，以提升无人机的飞航安全；

3.通过预警模块和控制模块的相互配合，使无人机在出现危急状况下，能够触发对无人机的预警，并根据预警等级主动进行防御，保证无人机具有主动嗅探危险，智能程度高、自我防护性能好的优点；

4.通过控制单元和飞行辅助单元的相互配合，使得无人机在不同的状态下能进行飞行策略的控制，以保证无人机的安全，促使无人机不会受到干扰而坠毁，提升无人机的飞行安全；

5.通过嗅探采样单元和方向感应单元的相互配合，使得嗅探采样单元的采样方向能够被调整，保证电磁干扰的位置能够被精准的检测出来；

6.通过方向感应单元和飞行辅助单元的相互配合，使得无人机在偏离飞行的方向能够被精准确定，以提升无人机具有主动嗅探危险方向、主动防护性能的优点。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1为本发明的整体方框示意图。

图2为本发明的嗅探采样单元、方向感应单元和辅助飞行单元的控制流程示意图。

图3为本发明的嗅探采样单元和评估单元的控制流程示意图。

图4为本发明的无人机与嗅探采样单元的结构示意图。

图5为本发明的动作单元和信号接收区域的剖视示意图。

图6为本发明的无人机的俯视示意图。

附图标号说明：1-无人机；2-螺旋桨；3-嗅探采样单元；4-方向感应单元；5-通信孔隙；6-信号接收区域；7-屏蔽层；8-滑动轨道；9-连接座。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

实施例一。

根据图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本实施例提供一种基于大数据的分布式电磁嗅探的无人机防御系统，所述无人机防御系统包括服务器、以及无人机，所述无人机防御系统还包括嗅探模块、控制模块、预警模块，

所述服务器分别与所述无人机、所述嗅探模块、所述预警模块和所述控制模块连接，

所述嗅探模块用于对所述无人机所经受的电磁干扰进行嗅探，并根据嗅探的数据对所述无人机所处的环境进行评估，所述控制模块用于对所述无人机进行控制，以使所述无人机不会受到干扰而坠落，所述预警模块根据所述嗅探模块的结果触发预警，以触发所述控制模块对所述无人机飞行路线的控制；

所述无人机防御系统还包括中央处理器，所述中央处理器分别与所述嗅探模块、所述控制模块、所述控制模块控制连接，并基于所述中央处理器对所述嗅探模块、所述控制模块和所述控制模块进行集中控制；

其中，所述嗅探模块、所述控制模块、所述预警模块均设置在所述无人机的本体上；

所述嗅探模块包括嗅探采样单元、以及评估单元，所述嗅探采样单元用于对所述无人机所处的电磁环境进行采样，形成电磁采样数据，所述评估单元根据所述电磁采样数据对无人机所处的环境进行评估；

所述嗅探采样单元包括辐射检测仪、频谱分析仪、检测雷达、以及数据存储器，所述辐射监测仪用于对所述无人机所处环境的电磁环境频谱进行检测，所述频谱分析仪用于对所述干扰源的状态进行采样，以获得干扰源的采样数据，所述检测雷达用于对所述无人机所处环境的电磁环境强度进行检测，所述数据存储器用于对所述辐射检测仪的电磁辐射数据、频谱分析仪、以及所述检测雷达的检测数据进行存储；

所述评估单元获取所述辐射检测仪的电磁辐射数据、频谱分析仪的采样数据、以及所述检测雷达的检测数据，并根据所述辐射检测仪的电磁辐射数据、频谱分析仪的采样数据、以及所述检测雷达的检测数据计算电磁干扰指数Disturbance：

式中，k为干扰调整系数，S

若所述电磁干扰指数Disturbance超过设定的调整阈值Adjustment，表明所述无人机受到干扰，则触发所述控制模块对所述无人机飞行路线的控制，使得所述无人机能进入主动防御的状态，以维持所述无人机自身的安全；

同时，在本实施例中，对于设定的调整阈值Adjustment由操作者设定并预置在所述中央处理器中，并在所述评估单元进行评估的过程中将评估得到的所述电磁干扰指数Disturbance与设定的调整阈值Adjustment进行比较，若超过设定的调整阈值Adjustment，则触发所述控制模块对所述无人机的飞行路线进行控制；若未超过设定的调整阈值Adjustment，则保持当前的飞行路线；

通过所述嗅探模块和所述控制模块的配合使用，使得所述无人机在电磁干扰的状态下能主动的进行防御，以远离受控区域提升所述无人机的飞航安全；

可选的，所述控制模块包括控制单元、以及辅助飞行单元，所述控制单元用于对所述无人机的飞行进行控制，所述辅助飞行单元用于对所述无人机电磁强度超过设定监控阈值的环境下，对所述无人机进行辅助调整，以调整所述无人机远离当前的位置；

所述控制单元获取当前无人机的飞行姿势、以及电磁干扰方向，并控制所述无人机朝向电磁干扰低的方向飞行；

可选的，所述预警模块包括预警单元、以及提示单元，所述预警单元根据所述评估单元的评估结果，向无人机发出不同等级的预警提示；

不同的预警等级根据下式进行确定：

/>

式中，Disturbance为电磁干扰指数，Adjustment为设定的调整阈值，[a

其中，若所述预警提示的预警等级超过设定的监控预警等级，则触发对所述辅助飞行单元的转换；

在本实施例中，监控预警等级由操作者进行设定，并预置在所述无人机的中央控制器中；

当所述操作者选定一级预警等级为监控预警等级，也就是说，当Disturbance和Adjustment的差值落入[a

通过预警模块和所述控制模块的相互配合，使无人机在出现危急状况下，能够触发对所述无人机的预警，并根据预警等级主动进行防御，保证无人机具有主动嗅探危险，智能程度高、自我防护性能好的优点；

可选的，所述辅助飞行单元包括任务监控器、飞行控制器、以及偏离分析子单元，所述任务监控器用于对所述无人机的任务进行监控，所述偏离分析子单元根据所述预警单元或所述评估单元的结果触发对无人机飞行距离的分析，所述飞行控制器根据所述偏离分析子单元的数据控制所述飞行控制器进行驶离，以远离当前的干扰环境；

其中，若所述任务监控器监测到所述无人机的任务已经完成或已经终止，则飞行控制器直接控制无人机在预定为降落位置降落；

若所述任务监控器监测到所述无人机的任务未完成，则所述偏离分析子单元用于对无人机飞行距离进行分析，以使所述无人机远离干扰区域；

可选的，所述偏离分析子单元根据下式计算偏移距离d：

式中，B为调整距离值，C为调整基础值，C的取值范围为[28.24,36]，f

所述控制单元包括螺旋桨控制器、三轴姿态传感器、以及飞行控制子单元，所述螺旋桨控制器用于对所述无人机的各个螺旋桨的转动速度进行控制，所述三轴姿态传感器用于对所述无人机的姿态进行检测；

所述飞行控制子单元获取所述螺旋桨的各个电机的当前转速、以及所述三轴姿态传感器的姿势数据，控制所述无人机的飞行姿势，满足：

式中，d为偏离分析子单元计算得到的偏移距离，v

通过上式，计算出无人机的各个螺旋桨的转速，进而实现对所述无人机的各个螺旋桨的输出升力的精准控制，从而达到对无人机飞行的控制；

以上是本实施提供的一种控制方式，本领域的技术人员也可采用其他的方式进行控制，在此不再一一赘述；

通过所述控制单元和飞行辅助单元的相互配合，使得无人机在不同的状态下能进行飞行策略的控制，以保证无人机的安全，促使无人机不会受到干扰而坠毁，提升无人机的飞行安全；

可选的，所述无人机防御系统还包括屏蔽模块，所述屏蔽模块用于对所述无人机的信号接收模块进行防护，所述屏蔽模块包括屏蔽层、以及动作单元，所述屏蔽层用于对外壁环境的电磁干扰进行屏蔽，所述动作单元将屏蔽层的位置进行调整，以封堵无人机的通信缝隙；

其中，所述动作单元设置在所述无人机的本体内；

同时，在本实施例中，所述无人机上设有无人机信号接收区，各个位置的信号接收区用于存储天线，以接收无人机地面传输设备的信号数据，使得所述地面信号传输设备能将控制数据传输至无人机上，以达到无人机的精准控制的目的；

可选的，所述动作单元设置在所述无人机的信号接收器外周，以对外部的干扰的电磁信号进行屏蔽；通过所述屏蔽模块对所述无人机的信号接收区域进行屏蔽，能够有效的降低外部干扰对无人机内部的器件的影响，以提升所述无人机的飞航安全；

所述动作单元包括滑动轨道、滑动驱动机构、连接座，所述滑动轨道设置在所述无人机的本体内部，且所述连接座与所述滑动轨道滑动连接，所述连接座用于对所述屏蔽层进行支撑，所述滑动驱动机构用于对所述连接座进行驱动，且所述滑动驱动机构设置在所述连接座上，使所述连接座沿着所述滑动轨道的方向进行滑动；

其中，所述滑动驱动机构设置在所述连接座上，以驱动所述连接座沿着所述滑动轨道的延伸方向滑动；

如图5所示，所述动作单元设置在所述无人机的本体内部，且位于所述信号接收区域中，以使得信号接收区域中的天线或者无人机的通信设备隔绝外部的干扰源；

其中，所述信号接收区域中的设有供通信传输的通信孔隙，以使得地面信号传输设备(特指与无人机配套使用的设备，不包括干扰源)能与所述无人机进行通信；

同时，所述动作单元将屏蔽层的位置进行调整，使得所述屏蔽层能在干扰的状态下，封堵所述通信孔隙，使得外部干扰源的信号不会影响无人机内部的信号接收区域中的天线或者无人机的通信设备的工作，提升无人机的运行安全；

其中，所述滑动轨道对称设置在所述通信空隙的两侧，使得所述连接座在所述滑动驱动机构的驱动下，能驱动所述屏蔽层沿着所述滑动轨道的方向进行滑动，使得所述通信孔隙能被封堵，以防止外部干扰影响无人机飞航安全；

通过所述屏蔽模块对所述无人机的机载设备进行防护，使得所述无人机上的机载设备能够正常的运行，以提升所述无人机的飞行安全，保证整个系统具有主动防御的性能。

实施例二。

本实施例应当理解为至少包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进，根据图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，还在于所述嗅探模块还包括方向感应单元，所述方向感应单元用于对所述嗅探采样单元的采样位置进行转动，并感应所述嗅探采样单元的采样位置；

其中，所述方向感应单元装载在所述无人机上，并通过方向感应单元对所述无人机的电磁干扰的位置进行感应；

所述方向感应单元包括转向座、转向轨道、转向驱动机构、以及至少四个位置标记件，所述转向轨道设置在无人机本体的上端面上，并呈圆环形，所述转向座与所述转向轨道滑动连接，所述转向驱动机构设置在所述转向座上，并驱动所述转向座沿着所述转向轨道进行滑动，各个所述位置标记件用于对所述嗅探采样单元的采样位置进行标记，且至少四个位置标记件设置在所述转向轨道上，并沿着所述转向轨道的方向等间距的分布；

在本实施例中，至少四个位置标记件分别代表无人机的前、后、左、右的检测方向；

同时，在本实施例中，所述嗅探采样单元在对所述无人机所处的环境进行电磁嗅探的过程中，需要连续检测至少四次，并根据对应的四个位置标记件所对应的方向，并比较这四处位置的电磁干扰指数Disturbance；

若上述的至少四个位置标记件所指示位置的电磁干扰指数Disturbance最大，则该位置为干扰风向，则所述中央处理器将该位置传输至所述控制模块中，并控制所述控制模块在远离当前位置时，朝向干扰方向的相反方向进行偏离，使得所述无人机能够远离当前位置，以促使无人机能够主动规避干扰区域，提升所述无人机的主动防御能力；

在本实施例中，通过所述嗅探采样单元和所述方向感应单元的相互配合，使得所述嗅探采样单元的采样方向能够被调整，保证电磁干扰的位置能够被精准的检测出来；

另外，通过所述方向感应单元和所述飞行辅助单元的相互配合，使得所述无人机在偏离飞行的方向能够被精准确定，以提升无人机具有主动嗅探危险方向、主动防护性能的优点。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。