一种基于光纤无人机的反光纤无人机探测定位方法及系统与流程

本发明涉及无人机探测，尤其涉及一种基于光纤无人机的反光纤无人机探测定位方法及系统。

背景技术：

1、随着无人机技术的快速发展和制造成本的持续降低，无人机在航拍摄影、农业植保、电力巡检、物流配送等民用领域得到了广泛应用，但同时也带来了日益严峻的安全挑战。未经授权的无人机非法入侵机场净空区、政府机关、军事设施、核电站等敏感区域的事件频发，对公共安全和国家安全构成了严重威胁。其中，光纤无人机作为一种特殊的系留无人机，通过光纤与地面站保持物理连接，视频信号、遥测数据和控制指令等所有信息均经由光纤而非无线电信道传输，其携带的光纤卷轴长度可达20千米，飞行过程中光纤不断释放。由于不依赖无线电通信，光纤无人机具有极强的抗干扰能力和信号传输隐蔽性，这一特性使其在军事侦察、目标监视等领域具有独特优势，同时也为安全防护工作带来了新的技术难题。

2、目前，针对无人机的探测技术主要包括雷达探测、无线电探测和光学探测等。雷达探测通过发射电磁波并接收目标回波实现探测，但无人机通常具有较小的雷达散射截面，属于典型的“低慢小”目标，传统雷达对其探测能力有限，且设备成本高昂。无线电探测通过监测无人机与遥控器之间的通信链路信号实现探测，但对于不辐射无线电信号的光纤无人机，该手段完全失效。光学探测依赖目标的光学特征进行识别，但受天气、光照等环境因素影响极大，难以实现全天候、大范围的持续监控。此外，已有的基于光纤扰动监测的安防方案，其核心在于利用光纤传感实现入侵事件报警后调度无人机前往处置，本质上属于安防联动机制，并未涉及对光纤无人机本身的探测原理和空间定向方法。学术研究中虽有利用分布式光纤声波传感技术探测无人机飞行扰动的尝试，但该类方法依赖于预先敷设的固定光缆，探测范围受光缆位置约束，无法实现针对重点区域的灵活机动巡逻覆盖。

3、综上所述，针对光纤无人机这一特殊类型目标，现有探测技术均存在明显不足，亟需一种不依赖目标无线电信号辐射、不受固定光缆位置限制，且能够主动巡逻并实现对入侵光纤无人机空间定向的探测方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述现有技术中光纤无人机探测手段效果不佳等问题,而提供了一种基于光纤无人机的反光纤无人机探测定位方法及系统，该方案通过两套处于不同高度的巡逻定位系统对目标区域协同覆盖，利用光纤扰动传感获取交缠点距离，结合巡逻光纤方位信息，经地面站解算入侵光纤无人机拖曳光纤的立体方向，从而实现有效探测与定向。

2、一方面，本发明提供了一种基于光纤无人机的反光纤无人机探测定位方法，包括如下步骤：

3、s1：控制第一光纤无人机巡逻定位系统和第二光纤无人机巡逻定位系统分别在不同高度对目标区域进行巡逻扫描；其中，每一所述光纤无人机巡逻定位系统均包括悬空无人机、飞行巡逻光纤无人机和光纤扰动传感器，所述悬空无人机悬停于预设高度，所述飞行巡逻光纤无人机携带光纤在对应高度的水平面内按预设轨迹飞行，并使所述光纤在目标区域上方形成覆盖；

4、s2：当入侵光纤无人机进入目标区域，对所述线缆发生物理交缠并产生可测量的扰动时，每一所述光纤无人机巡逻定位系统通过所述光纤扰动传感器测量扰动点到对应的所述悬空无人机的距离，同时通过所述飞行巡逻光纤无人机获取所述扰动点在其所在水平面的方位信息；

5、s3：无人机地面站接收两套所述光纤无人机巡逻定位系统发送的所述距离和所述方位信息，并根据两个不同高度观测点所获取的所述距离和所述方位信息，解算确定所述入侵光纤无人机拖曳光纤的立体方向，从而完成对所述入侵光纤无人机的探测和定向；

6、所述第一光纤无人机巡逻定位系统和所述第二光纤无人机巡逻定位系统通过被动探测方式获取所述扰动信息，不依赖于入侵光纤无人机主动发射的无线电信号。

7、进一步地，在步骤s1中，所述巡逻光纤无人机按预设轨迹飞行，所述光纤随着飞行轨迹的延伸而适应性释放，并保持所述光纤处于平直或自然绷紧状态，其中，所述预设轨迹为圆形轨迹、矩形轨迹或螺旋形轨迹中的任意一种。

8、进一步地，在步骤s2中，当所述入侵光纤无人机的拖曳光纤与所述飞行巡逻光纤无人机的巡逻光纤发生物理交缠时，所述光纤受到扰动，所述交缠点即为所述扰动点；

9、所述飞行巡逻光纤无人机通过自身搭载的定位模块和姿态传感器获取所述扰动点在其所在水平面的方位角信息，并将所述方位角信息作为所述方位信息输出。

10、进一步地，在步骤s3中，获取所述扰动点在其所在水平面的方位信息包括：

11、所述无人机地面站根据两套所述光纤无人机巡逻定位系统对应的距离、和扫描光纤角度信息、，结合两套所述光纤无人机巡逻定位系统所处的高度、，分别计算两套所述光纤无人机巡逻定位系统检测到的扰动点a和b的空间位置坐标，表示为：

12、,

13、，

14、再由a、b两点确定所述入侵光纤无人机拖曳光纤所在直线的空间矢量方向，即：

15、。

16、优选地，所述无人机地面站根据a、b两点确定的空间矢量方向，通过反正弦函数进一步解算得到所述入侵光纤无人机拖曳光纤的水平空间角度和俯仰空间角度，表示为：

17、,

18、，

19、以所述水平空间角度和俯仰空间角度共同表征所述立体方向。

20、进一步地，所述光纤扰动传感器为分布式光纤扰动传感器，安装在所述悬空无人机上并与所述光纤连接，通过测量所述光纤中扰动信号的回波时延或相位变化来确定所述扰动点到对应的所述悬空无人机的距离。

21、进一步地，在步骤s1中，所述悬空无人机为所述光纤提供固定的悬挂点，所述飞行巡逻光纤无人机在所述悬空无人机下方的水平面内飞行，所述光纤连接于所述悬空无人机与所述飞行巡逻光纤无人机之间。

22、进一步地，在步骤s1中，两套所述光纤无人机巡逻定位系统在工作时分别悬停于不同高度和处，且，以形成高度差用于立体方向的解算。

23、另一方面，本发明还提供了一种基于光纤无人机的反光纤无人机探测定位系统，包括：

24、飞行巡逻光纤无人机，用于控制第一光纤无人机巡逻定位系统和第二光纤无人机巡逻定位系统分别在不同高度对目标区域进行巡逻扫描；其中，每一所述光纤无人机巡逻定位系统均包括悬空无人机、飞行巡逻光纤无人机和光纤扰动传感器，所述悬空无人机悬停于预设高度，所述飞行巡逻光纤无人机携带光纤在对应高度的水平面内按预设轨迹飞行，并使所述光纤在目标区域上方形成覆盖；

25、扰动检测装置，用于当入侵光纤无人机进入目标区域，对所述线缆发生物理交缠并产生可测量的扰动时，每一所述光纤无人机巡逻定位系统通过所述光纤扰动传感器测量扰动点到对应的所述悬空无人机的距离，同时通过所述飞行巡逻光纤无人机获取所述扰动点在其所在水平面的方位信息；

26、解算定向模块，用于无人机地面站接收两套所述光纤无人机巡逻定位系统发送的所述距离和所述方位信息，并根据两个不同高度观测点所获取的所述距离和所述方位信息，解算确定所述入侵光纤无人机拖曳光纤的立体方向，从而完成对所述入侵光纤无人机的探测和定向；

27、所述第一光纤无人机巡逻定位系统和所述第二光纤无人机巡逻定位系统通过被动探测方式获取所述扰动信息，不依赖于入侵光纤无人机主动发射的无线电信号。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、（1）本发明针对光纤无人机的物理特性，利用光纤扰动传感技术实现对入侵光纤无人机的探测，从根本上解决了传统无线电探测手段对不辐射电磁信号的光纤无人机完全失效的技术难题；

30、（2）本发明通过设置两套不同高度的光纤无人机巡逻定位系统，利用两个观测点获取的距离和方位信息，经地面站解算即可确定入侵光纤无人机拖曳光纤的立体方向，不仅能够判断入侵事件是否发生，还能精确给出定向信息，克服了现有方案仅能报警而无法定向的缺陷；

31、（3）本发明采用飞行巡逻光纤无人机携带光纤按预设轨迹进行主动巡逻扫描，可根据防护需求在不同区域快速部署，实现对目标区域的动态覆盖，克服了固定光缆探测范围受限、无法灵活调整监测区域的局限性；

32、（4）本发明不依赖目标的外部信号特征，探测过程不受天气、光照、电磁干扰等外部因素影响，能够全天候持续稳定工作，具有高度的环境适应性和探测可靠性；

33、（5）本发明装置结构简洁，设备成本相对低廉，部署操作简单，便于推广应用。