一种基于双模协同的无人机侦测设备及侦测方法与流程

本发明涉及无人机侦测的低空安全，更具体的说是涉及一种基于双模协同的无人机侦测设备及侦测方法。

背景技术：

1、随着低空无人机应用范围不断扩大，无人机已经广泛应用于农业植保、电力巡检、物流运输、安防巡查等领域，同时，未经许可进入受控空域或者未按照预定方式执行飞行任务的无人机也对低空区域安全管理提出了更高要求。因此，需要利用无人机侦测设备对目标空域内的无人机进行持续发现、身份识别以及状态监测。

2、无线电频谱侦测通过接收无人机与遥控设备之间的射频通信信号，并对频率、功率、波形等特征进行分析，实现无人机目标的发现和识别。例如，cn116758782b公开了一种基于无线频谱分析的无人机识别方法和装置，通过对无人机无线频谱数据进行特征提取并与无人机数据库进行匹配，实现无人机型号识别；但是，该类方式主要依据射频特征进行判断，难以直接获得目标的确定身份及完整状态信息。

3、广播式远程识别侦测则通过接收并解析无人机主动广播的rid数据获取无人机身份、位置及飞行状态。例如，cn119834819a公开了一种无人机广播式动态远程数据接收和检测装置，通过接收并解析无人机广播数据获得结构化的无人机动态信息；但是，该类方式依赖rid广播信号能够被持续、有效接收，当广播信号受到干扰、碰撞或者接收环境变化而发生弱化或中断时，容易造成目标信息缺失。

4、此外，现有技术还提出了将不同侦测手段进行组合的方案。例如，cn119554923a公开了一种雷光磁融合联动的无人机探测反制系统，通过频谱信号特征识别、协议解析以及其他探测手段获得多源目标信息并进行融合；此类方案虽然能够提高目标信息的完整性，但不同侦测链路通常仍以独立采集、后端融合为主，缺少根据rid广播状态变化动态调整频谱扫描过程，以及利用频谱活动反向辅助rid信号恢复的协同机制。

5、因此，现有无人机侦测设备在无线电频谱侦测与rid侦测之间仍缺乏针对目标状态变化的动态协同，当rid信号弱化或中断时，容易出现侦测效率下降以及目标身份和活动记录不连续的问题，难以实现对无人机目标的持续、稳定侦测。

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一种基于双模协同的无人机侦测设备及侦测方法，能够解决现有技术中无人机侦测设备中无线电频谱侦测与rid侦测相互独立、缺乏随rid广播状态变化进行动态协同的问题，尤其解决rid广播信号不能完整解析或者暂时缺失时，频谱侦测结果难以有效辅助rid数据恢复，以及rid身份数据中断前后的频谱侦测记录难以保持目标身份连续关联的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种基于双模协同的无人机侦测设备，包括频谱侦测模块、rid侦测模块、协同控制模块和目标关联模块；所述频谱侦测模块对接收的射频信号进行频谱侦测，提取接收频率、功率、脉冲时序及频率变化特征，生成频谱侦测数据，使后续处理能够以射频信号在频率、时间及功率维度上的变化作为目标持续侦测的基础；所述rid侦测模块对接收的rid广播信号进行同步和数据帧解析，获得rid身份数据以及对应的接收频率和接收时序，生成rid侦测数据，使频谱侦测结果能够与具有明确身份信息的rid侦测结果建立数据联系。

4、所述协同控制模块根据rid侦测数据中的接收频率和接收时序，调整频谱侦测模块对与rid广播信号对应频段的扫描优先级和驻留时间，使无线电频谱扫描资源能够向当前已发现目标对应的频段集中，减少固定扫描方式下对非目标频段的重复扫描；在rid侦测模块未获得完整rid数据帧时，根据频谱侦测数据中的接收频率和脉冲时序确定同步搜索频率范围和同步搜索时间范围，并控制rid侦测模块在所述同步搜索频率范围和同步搜索时间范围内执行rid数据帧同步搜索，使rid数据帧同步过程由大范围搜索转变为受频谱侦测结果约束的局部搜索，提高受到干扰或者信号重叠影响时rid数据帧恢复的针对性。

5、所述目标关联模块在未获得rid身份数据时，根据连续侦测周期内频谱侦测数据之间的频率连续关系和时序连续关系，将满足所述频率连续关系和时序连续关系的频谱侦测数据关联生成同一目标记录，并按照侦测时序更新所述目标记录，使无人机在rid身份信息暂时缺失期间仍能够依靠连续频谱特征维持目标记录；在重新获得rid身份数据后，根据获得rid身份数据前后的频谱侦测数据之间的频率连续关系和时序连续关系，确定与rid身份数据对应的目标记录，并将rid身份数据与目标记录建立关联，使rid恢复后的确定身份能够追溯至rid缺失期间形成的目标记录，保持同一无人机侦测信息在rid中断前后的连续性。

6、进一步地，所述协同控制模块中包括rid引导扫描策略；所述rid引导扫描策略获取连续解析得到的多个完整rid数据帧对应的接收频率和接收时序，根据各接收频率确定rid广播信号的频率分布范围，并将所述频率分布范围确定为与rid广播信号对应频段，使频谱侦测模块能够利用已经解析得到的rid接收信息确定优先关注的扫描区域；

7、根据相邻完整rid数据帧的接收时序确定rid广播信号的接收时间间隔，并根据所述接收时间间隔确定与rid广播信号对应频段的重复扫描时序，使频谱重复扫描过程能够与目标rid广播的时间变化保持对应；同时，将与rid广播信号对应频段的扫描优先级设置为高于所述频率分布范围之外扫描频段的扫描优先级，并根据相邻扫描周期内对应频段中频谱侦测数据的连续获得情况调整驻留时间，使扫描优先级和驻留资源能够根据目标实际存在状态进行动态分配。

8、进一步地，所述协同控制模块中包括扫描扩展策略；当rid侦测模块未获得完整rid数据帧时，将未获得完整rid数据帧前最近一次确定的与rid广播信号对应频段确定为起始扫描范围，使rid中断后的频谱搜索能够继承中断前已经确定的目标频率信息，而无需直接恢复大范围扫描；

9、获取未获得完整rid数据帧前连续多个扫描周期内的频谱侦测数据，根据各扫描周期内频谱侦测数据中的接收频率和频率变化特征，确定连续多个扫描周期内接收频率的分布变化和频率变化幅度，并据此在起始扫描范围之外确定扩展扫描频段，将所述扩展扫描频段与起始扫描范围合并生成当前扫描范围，使扫描范围能够按照rid中断前目标射频信号的变化状态进行针对性扩展，从而提高rid中断后继续捕获目标相关频谱数据的可能性。

10、进一步地，所述扫描扩展策略还包括对当前扫描范围进行频谱侦测，获取扩展扫描频段内的频谱侦测数据，并将扩展扫描频段内的频谱侦测数据与未获得完整rid数据帧前的频谱侦测数据进行接收频率变化的连续性匹配；根据匹配结果提高获得具有频率连续关系的频谱侦测数据所对应扩展扫描频段的扫描优先级，并调整对应的驻留时间，使扩展后发现具有目标延续特征的频段能够获得更多扫描资源；

11、对于未获得具有频率连续关系的频谱侦测数据所对应的扩展扫描频段，根据所述接收频率的分布变化和频率变化幅度，在当前扫描范围之外继续确定新的扩展扫描频段，并将新的扩展扫描频段并入当前扫描范围，使扫描范围能够根据扩展扫描的实际结果持续更新，而不是按照固定频率范围进行无差别扩展。

12、进一步地，所述协同控制模块中包括频谱辅助恢复策略；所述频谱辅助恢复策略获取同步搜索频率范围和同步搜索时间范围内的频谱侦测数据，根据所述频谱侦测数据中的接收频率和脉冲时序，从连续多个脉冲中确定重复出现的接收频率，并根据所述重复出现的接收频率缩小同步搜索频率范围，使rid同步过程进一步排除与当前目标广播无关的频率区域；

13、根据缩小后的同步搜索频率范围内频谱侦测数据的功率调整rid侦测模块的接收增益，并控制rid侦测模块在缩小后的同步搜索频率范围和同步搜索时间范围内执行rid数据帧同步搜索，使rid接收过程能够同时利用频率位置、脉冲出现时段及接收功率调整接收条件，增强复杂无线环境下对不完整rid广播数据的恢复能力。

14、进一步地，所述频谱辅助恢复策略在rid侦测模块通过rid数据帧同步搜索获得完整rid数据帧后，根据所述完整rid数据帧的接收时序修正频谱侦测数据中对应脉冲的起止时刻，并根据修正后的脉冲时序更新同步搜索时间范围，将更新后的同步搜索时间范围用于后续rid数据帧同步搜索；由此，频谱侦测数据不仅能够用于辅助rid数据帧恢复，恢复得到的rid数据帧还能够反向校正频谱侧的时间边界，使频谱侦测与rid侦测之间形成双向反馈关系，并使后续rid同步搜索的时间范围更加贴合目标广播的实际出现时序。

15、进一步地，所述目标关联模块中包括连续关系确定策略；根据连续侦测周期内频谱侦测数据中的接收频率和脉冲时序，将各侦测周期对应的接收频率按照脉冲出现的先后顺序进行排列，得到各侦测周期对应的频率变化序列，使不同侦测周期中的离散接收频率能够按照时间关系形成可比较的数据结构；将相邻侦测周期对应的频率变化序列进行衔接，根据相邻侦测周期交界位置处接收频率的变化方向和频率跳变次序确定频率连续关系，使跨侦测周期的频率变化能够用于判断不同频谱数据是否来源于连续目标；

16、同时，根据相邻侦测周期交界位置处的脉冲时序确定跨侦测周期的脉冲时间间隔，并将所述脉冲时间间隔与相邻侦测周期内的脉冲时间间隔进行比较，根据脉冲时间间隔的变化一致性确定时序连续关系，从而利用频率变化和脉冲时间变化共同表征无rid身份条件下目标射频活动的连续性，降低不同目标频谱数据被错误归并至同一目标记录的可能。

17、进一步地，所述目标关联模块中还包括身份追溯策略；根据重新获得rid身份数据的接收时序，从各目标记录中选取时间上与所述接收时序相邻的频谱侦测数据，并将选取的频谱侦测数据与重新获得rid身份数据所在侦测周期内的频谱侦测数据进行频率连续关系和时序连续关系的匹配，使rid重新出现时能够优先从具有时间延续关系的历史目标记录中查找对应目标；

18、进一步根据匹配后的频谱侦测数据之间的功率变化对对应目标记录进行筛选，确定与rid身份数据对应的目标记录，并将rid身份数据与确定的目标记录建立关联，使身份追溯同时利用频率、时序及功率变化信息，提高rid恢复后目标身份与历史频谱记录对应关系的可靠性。

19、本发明还提供一种基于双模协同的无人机侦测方法，采用所述无人机侦测设备执行无人机侦测过程，包括频谱侦测步骤、rid侦测步骤、协同控制步骤和目标关联步骤；

20、所述频谱侦测步骤通过对射频信号进行频谱侦测生成包含接收频率、功率、脉冲时序及频率变化特征的频谱侦测数据，所述rid侦测步骤通过对rid广播信号进行同步和数据帧解析生成rid侦测数据，使后续协同控制同时具有频谱侧和身份广播侧的数据基础；所述协同控制步骤根据rid侦测数据调整对应频段的扫描优先级和驻留时间，并在未获得完整rid数据帧时，根据频谱侦测数据限定rid数据帧的同步搜索频率范围和同步搜索时间范围，使两种侦测方式能够根据rid广播状态形成双向协同；所述目标关联步骤在rid身份数据缺失时利用频率连续关系和时序连续关系生成并更新目标记录，并在重新获得rid身份数据后将该rid身份数据与对应目标记录建立关联，使方法层面同样能够维持无人机目标在rid正常、异常及恢复过程中的连续侦测关系。

21、进一步地，所述无人机侦测方法还包括记录关联步骤；根据目标记录中各频谱侦测数据的侦测时序，对未获得rid身份数据期间的频谱侦测数据和重新获得rid身份数据后的频谱侦测数据进行排序，并将排序后的频谱侦测数据以及重新获得rid身份数据后的rid侦测数据关联至所述目标记录，生成与rid身份数据对应的连续目标记录，使rid缺失期间形成的无身份频谱记录能够在rid恢复后重新归属于确定的无人机身份；

22、根据后续频谱侦测数据和rid侦测数据的获取时序，将后续获得的频谱侦测数据和rid侦测数据持续关联至所述连续目标记录，使同一无人机在rid身份中断前、中断期间以及rid恢复后的侦测信息保持连续，为后续无人机状态分析和侦测结果使用提供完整的数据基础。

23、本发明的有益效果：1、本发明通过rid侦测数据中的接收频率和接收时序，对与rid广播信号对应频段的扫描优先级、重复扫描时序和驻留时间进行动态调整，并在rid数据帧无法完整获得时，根据中断前频谱侦测数据的频率分布变化逐步扩展扫描范围，使频谱侦测能够由固定范围扫描转变为随目标状态变化的自适应扫描，减少对非目标频段的无效扫描，并提高rid异常期间持续捕获目标相关频谱数据的能力；

24、2、本发明在rid侦测模块无法获得完整rid数据帧时，根据频谱侦测数据中的接收频率和脉冲时序限定rid同步搜索的频率范围和时间范围，并结合频谱功率调整rid接收条件，使rid数据帧同步过程由大范围搜索转变为频谱信息约束下的针对性搜索；在恢复获得完整rid数据帧后，又利用rid数据帧的接收时序反向修正频谱侧脉冲边界，从而形成频谱辅助rid恢复、rid结果反向校正频谱侦测的闭环协同关系；

25、3、本发明在未获得rid身份数据期间，根据连续侦测周期内频谱侦测数据的频率连续关系和时序连续关系，将属于同一目标的频谱侦测数据持续关联生成并更新目标记录；在重新获得rid身份数据后，再根据rid恢复前后的频率、时序及功率变化对已有目标记录进行追溯匹配，并将恢复获得的rid身份数据与对应目标记录建立关联，使rid缺失期间形成的频谱侦测记录能够重新归属于确定的无人机身份，避免因rid广播中断造成同一目标的身份断裂和历史侦测信息缺失。