基于融合感知与可信识别的无人机侦测告警联动系统的制作方法

本发明涉及无人机侦测的低空安全，更具体的说是涉及基于融合感知与可信识别的无人机侦测告警联动系统。

背景技术：

1、随着消费级与工业级无人机技术的快速普及，无人机在航拍、电力巡检、农业植保、物流配送等领域得到广泛应用，但与此同时，无人机“黑飞”、非法入侵、违规作业等事件频发，对机场净空区、重要设施、大型活动场馆、炼油化工园区、电力枢纽等重点区域的低空安全构成严重威胁，如何实现对低空“低慢小”无人机的快速发现、准确识别与及时联动告警，已成为当前低空安防领域亟待解决的核心技术问题。

2、目前，针对无人机的侦测告警技术主要分为单一探测技术与多设备组合探测两大类，单一探测技术以无线电频谱侦测、光电图像识别、雷达探测为典型代表，依托单一传感原理独立完成无人机目标的探测与告警触发；多设备组合探测通过并行部署多种探测设备，由各设备独立运行并将探测结果汇总至中心平台，经人工或简单逻辑综合判断后触发告警，一定程度上弥补了单手段的不足。

3、然而，现有技术在实际应用中仍存在诸多技术缺陷：

4、第一，现有多设备组合方案本质上属于“并行探测、结果叠加”的初级融合模式，仅将不同传感器的探测结果进行简单汇总与并列展示，未形成分层递进的验证逻辑，单一传感器的误判易直接传导至最终决策，导致整体虚警率与漏警率难以满足高精度安防场景的要求；

5、第二，现有光电识别系统多采用固定视角全域实时监控模式，算力资源均匀分散于全监控区域，对远距离、小尺寸疑似目标的捕获效率低、漏检率高；部分结合雷达引导的方案仍需人工介入调整光电设备朝向与参数，无法实现感知端的自主联动，各传感器之间仅为并行独立工作关系，难以针对疑似目标进行定向精细化搜索，整体探测效率与目标捕获能力受限；

6、第三，现有方案大多仅能实现“有无无人机”的二元判断，无法精准识别无人机型号、区分合法白名单无人机与非法黑飞无人机，也无法判断无人机是否处于跨区域作业转移状态，难以支撑安保人员对入侵意图的研判，导致后续告警与处置资源的合理分配缺乏精准依据。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供基于融合感知与可信识别的无人机侦测告警联动系统，能够解决现有技术中无人机侦测过程中无线电侦测与光电探测之间缺乏有效协同、光电设备对疑似目标的搜索范围较大，以及单一感知信息难以对飞行目标进行可靠确认的问题。

2、因此，本发明提供一种基于融合感知与可信识别的无人机侦测系统，通过无线电感知结果形成具有空间分布特性的目标搜索范围并主动引导光电探测，同时从目标通信属性、目标实体属性和目标行为属性三个维度构建可信识别依据，以提高不同感知信息之间的关联程度和飞行目标识别结果的可靠性。

3、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

4、一种基于融合感知与可信识别的无人机侦测系统，包括频谱侦测模块、主动感知模块、光电探测模块、可信识别模块和行为分析模块。

5、所述频谱侦测模块将捕获的无人机通信信号解析为信号来波方向、信号强度与频率特征，并输出包含目标空间方位的初步定位结果，由此将无线电通信信号中与目标方向及距离相关的信息转换为能够被后续主动感知过程调用的空间定位依据，使光电探测不再依赖对监控空域进行无差别搜索。

6、所述主动感知模块根据初步定位结果中的信号来波方向与信号强度构建表征目标潜在空间位置分布范围的概率区域，并根据所述概率区域的空间坐标解算光电云台的方位角与俯仰角，输出定向探测指令，使无线电侦测所获得的具有定位不确定性的目标信息能够转换为光电云台可执行的空间搜索指向，在保留目标潜在位置变化范围的同时缩小光电视觉搜索范围。

7、所述光电探测模块根据定向探测指令驱动光电云台转向对应的概率区域执行定向视觉搜索，并将采集到的包含飞行目标的视频流转化为图像序列，使频谱侦测结果能够直接驱动光电设备对疑似目标所在区域进行针对性观测，从而形成无线电感知与光电感知之间的主动协同关系。

8、所述可信识别模块根据频率特征生成表征目标通信属性的信号存在可信度，根据所述图像序列生成表征目标实体属性的视觉结构可信度，根据飞行目标的飞行轨迹生成表征目标行为属性的行为意图可信度，并将所述信号存在可信度、视觉结构可信度与行为意图可信度进行加权融合，输出综合判定结果，由此使飞行目标的判定不再依赖单一通信信号或单一视觉特征，而是同时结合通信、实体和行为三个不同维度的证据信息对目标进行交叉确认，提高复杂感知条件下综合判定结果的稳定性。

9、所述行为分析模块根据确认为发现目标的所述综合判定结果提取飞行目标的持续跟踪数据，并将所述持续跟踪数据解析为运行特征，进而判定飞行目标的作业行为状态，使目标确认后的连续运动信息能够进一步转化为反映飞行目标运行状态的行为信息，为目标持续侦测及后续处置提供行为层面的判断依据。

10、进一步地，所述主动感知模块中包括有空间概率区域构建策略，所述空间概率区域构建策略根据信号来波方向确定目标初始空间方位，并根据所述信号强度与预设信号传播衰减关系确定目标距离范围；根据所述目标初始空间方位和目标距离范围建立目标候选空间区域，并根据所述信号来波方向对应的方向测量误差以及目标距离范围对应的距离估计误差，对所述目标候选空间区域进行空间扩展，形成包含目标出现概率分布的初始空间概率区域，使无线电侦测过程中存在的方向测量偏差和距离估计偏差能够被纳入目标空间范围的构建过程，避免将具有不确定性的初步定位结果直接作为单一视觉指向。

11、进一步地，所述空间概率区域构建策略还根据预设时间间隔获取连续时刻对应的无人机通信信号，并分别解析各时刻对应的信号来波方向和信号强度；根据相邻时刻的信号来波方向变化量、信号强度变化量以及目标运动趋势，对所述初始空间概率区域中的目标出现概率进行重新分配，更新各空间位置对应的概率权重并形成当前空间概率区域；根据所述当前空间概率区域中的概率权重确定目标概率集中区域，并基于所述目标概率集中区域生成下一侦测周期对应的候选搜索区域，使目标空间概率分布能够随无线电观测结果及目标运动变化持续更新，从而使后续视觉搜索范围能够与移动目标的空间变化保持对应。

12、进一步地，所述主动感知模块还包括有视觉搜索策略，所述视觉搜索策略根据光电探测模块在当前焦距下的视场角以及所述候选搜索区域与光电云台之间的空间位置关系，确定单次视觉探测对应的空间覆盖范围，并基于所述空间覆盖范围将所述候选搜索区域划分为多个视觉搜索子区域；

13、根据所述当前空间概率区域中落入各视觉搜索子区域的空间位置对应的概率权重，分别确定各视觉搜索子区域对应的目标出现概率；按照所述目标出现概率由高至低的顺序确定各视觉搜索子区域对应的搜索优先级，再根据各视觉搜索子区域的空间中心坐标与光电云台安装位置之间的空间位置关系，分别解算对应的光电云台方位角和俯仰角并生成定向探测指令，根据所述搜索优先级对各定向探测指令进行排序形成定向探测指令序列，使光电设备能够依据目标空间概率分布选择搜索顺序，而非按照固定方向或固定路径依次扫描，提高有限视场条件下视觉搜索与疑似目标空间分布之间的匹配程度。

14、进一步地，所述视觉搜索策略还根据定向探测指令序列依次获取各视觉搜索子区域对应的图像序列，并对所述图像序列进行飞行目标检测；根据目标检测结果，将未检测到飞行目标的视觉搜索子区域标记为已搜索区域，并按照预设衰减规则对所述已搜索区域内各空间位置对应的概率权重进行衰减处理；对修正后的概率权重与未搜索区域内各空间位置对应的概率权重进行归一化处理，重新确定各视觉搜索子区域对应的目标出现概率，并据此更新未搜索视觉搜索子区域的搜索优先级和对应的定向探测指令序列，使光电搜索产生的未发现结果能够作为空间排除信息反向修正概率分布，由此形成无线电引导视觉搜索、视觉搜索结果再反馈调整后续搜索过程的闭环主动感知机制。

15、进一步地，所述目标通信属性表征飞行目标对应通信信号在频率分布、频谱变化及信号传输规律方面呈现的通信特征，使飞行目标的通信侧证据能够从单一频点是否出现扩展为对通信信号整体特性的描述；

16、所述目标实体属性表征飞行目标在图像序列中呈现的外形轮廓、结构比例及连续帧形态变化特征，使视觉侧证据同时体现目标的静态实体结构和连续图像中的形态变化关系；所述目标行为属性表征飞行目标在连续飞行过程中呈现的航向变化、空间移动及区域停留特征，使轨迹信息能够进一步反映飞行目标随时间变化的运动行为，为不同感知维度生成相互独立且能够交叉验证的可信识别依据。

17、进一步地，所述可信识别模块根据所述目标通信属性生成信号存在可信度，具体为：根据所述频率分布、频谱变化及信号传输规律分别提取对应的通信特征，将各通信特征与预设无人机信号指纹库中对应的信号指纹特征进行匹配，得到各通信特征对应的匹配结果；

18、根据各通信特征对应的匹配结果确定所述目标通信属性与预设无人机信号指纹之间的综合匹配程度，并将所述综合匹配程度表征为所述信号存在可信度，使无人机通信信号的确认能够综合利用不同通信特征之间的一致性，降低仅依赖单一频率特征进行目标判断所造成的干扰影响。

19、进一步地，所述可信识别模块根据所述目标实体属性生成视觉结构可信度，具体为：根据所述图像序列提取飞行目标对应的外形轮廓特征、结构比例特征及连续帧形态变化特征；根据所述外形轮廓特征和结构比例特征形成飞行目标的实体结构表征，并将所述实体结构表征与预设无人机视觉结构特征进行匹配，得到结构匹配结果；

20、根据所述连续帧形态变化特征确定飞行目标在连续图像中的形态一致性，并根据所述结构匹配结果和形态一致性确定所述目标实体属性与无人机实体结构之间的综合匹配程度，将所述综合匹配程度表征为所述视觉结构可信度，使单帧结构相似性能够进一步受到连续图像形态一致性的验证，从而增强对飞行目标实体结构进行判断时的连续性约束。

21、进一步地，所述可信识别模块根据所述目标行为属性生成行为意图可信度，具体为：根据所述飞行轨迹中连续轨迹点的采集时序，将所述飞行轨迹划分为多个连续轨迹段，并根据各连续轨迹段中轨迹点的空间位置变化，分别确定对应的航向变化特征、空间迁移特征及区域驻留特征；

22、根据各连续轨迹段对应的采集时序，将属于同一连续轨迹段的航向变化特征、空间迁移特征及区域驻留特征组合形成对应的轨迹段行为特征，再按照各连续轨迹段的时序关系排列所述轨迹段行为特征，形成飞行目标对应的行为特征序列；将所述行为特征序列与预设飞行行为模式对应的行为特征序列进行匹配，根据匹配结果确定所述目标行为属性与预设飞行行为模式之间的综合匹配程度，并将所述综合匹配程度表征为所述行为意图可信度，使航向、迁移和驻留信息能够按照同一轨迹段及其时序关系形成连续行为证据，避免利用相互孤立的运动参数直接判断目标行为。

23、进一步地，所述系统还包括告警联动模块，所述告警联动模块中包括有告警联动策略，所述告警联动策略根据所述综合判定结果和作业行为状态，提取飞行目标对应的目标可信程度和行为风险特征，并将所述目标可信程度与行为风险特征组合形成目标告警特征；将所述目标告警特征与预设分级告警条件进行匹配，根据对应的匹配结果确定飞行目标的告警等级；根据所述告警等级从预设告警响应关系中确定对应的告警设备工作参数和工单处置参数，并将所述告警设备工作参数和工单处置参数与飞行目标的目标信息进行关联，形成对应的告警联动信息，使前端融合侦测形成的目标可信识别结果及行为分析结果能够进一步转化为与目标实际状态对应的差异化告警响应和处置信息，实现侦测结果与后续告警处置之间的连续衔接。

24、本发明的有益效果：1、通过无人机通信信号的来波方向和信号强度构建表征目标潜在空间位置分布范围的概率区域，并将概率区域进一步转换为光电云台对应的方位角和俯仰角，使无线电频谱侦测结果能够直接作为光电探测的空间引导依据，改变光电设备依赖固定视场或大范围扫描发现目标的探测方式，从而增强频谱侦测与光电探测之间的协同性，并提高光电探测对疑似目标区域的搜索针对性，另外，在构建初始空间概率区域时，将信号来波方向对应的方向测量误差以及目标距离范围对应的距离估计误差纳入目标候选空间区域的扩展过程，并根据连续时刻的来波方向变化、信号强度变化及目标运动趋势动态更新空间位置对应的概率权重，使无线电定位过程中存在的不确定性能够以概率分布形式被保留和修正，避免将单次无线电定位结果直接作为确定性目标位置而造成后续视觉搜索偏离实际目标区域。

25、2、通过目标出现概率确定不同视觉搜索子区域的搜索优先级，并将各视觉搜索子区域对应的空间位置转换为光电云台的定向探测指令，使视觉探测顺序与目标在空间中的潜在分布状态相对应；在当前视觉搜索子区域未发现飞行目标时，进一步利用视觉未发现结果对已搜索区域内的概率权重进行衰减并重新确定后续搜索优先级，使视觉探测结果能够反向修正空间概率分布，由此形成无线电感知引导视觉探测、视觉探测结果反馈调整后续搜索的闭环主动感知过程，减少无效区域对后续搜索过程的持续占用。

26、3、分别从目标通信属性、目标实体属性和目标行为属性形成信号存在可信度、视觉结构可信度和行为意图可信度，并将不同维度的可信度进行融合判定，使飞行目标的确认同时受到通信特征、实体结构及连续行为信息的交叉验证，避免仅依据单一无线电信号或单一视觉信息进行目标识别，从而增强复杂感知环境下无人机目标识别结果的可靠性和稳定性。