三维空间中反无人机紫外光近距离探测识别方法

1.本发明属于无人机识别技术领域，涉及三维空间中反无人机紫外光近距离探测识别方法。


背景技术：

2.现代作战中，“轻慢小”无人机常常以大纵深、全方位、多批次、全高度的方式出现，对作战系统的无人机目标探测识别能力提出了更高的需求。为了满足作战需求，对于高效能、高稳定性、高可靠性的紫外光电探测方法，尤其是能在极端和恶劣条件下进行作战工作的方法迫切需要。紫外光电探测器作为紫外探测系统的核心部件，其性能指标对紫外探测系统的可靠性和准确性有着至关重要的影响。极具发展潜力的紫外通讯技术利用紫外光为媒质，与传统的无人机目标探测方式相比，无线紫外光探测识别方法具有抗干扰能力强、可进行全天候非直视通信、低窃听率和位辨率、安全高效、灵动性强等优点，所以它适应于近距离、环境复杂的战场环境。
3.敌我识别是无人机集群作战系统的第一道防线，针对电磁干扰和电子对抗环境中的无人机敌我识别问题，利用机载紫外装置设计敌我识别询问-应答系统，实现强电磁干扰和电子对抗下蜂群无人机的敌我识别与信息交互。在电子对抗中无线电通信方式使用受限的情况下，使用无线紫外光进行无人机编队内的隐秘通信，采用延迟容忍策略进行蜂群内信息转发，解决复杂战场环境中目标属性误判的情况，提高敌我识别的准确率，同时可以保障无人机集群内信息传递的有效性。无人机编队作战飞行过程中，为了避免敌方无人机混入己方编队中造成的打击破坏，需要进行精确可靠的敌我识别，保证对无人机目标的快速定位和信息可靠传递，属于一种高保密探测通讯技术，在现代作战中显得尤为重要，但是现有的识别方法识别准确性较低。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种三维空间中反无人机紫外光近距离探测识别方法，解决了现有技术在恶劣环境中存在的识别准确性较低的问题。
5.本发明所采用的技术方案是，三维空间中反无人机紫外光近距离探测识别方法，包括以下步骤：
6.步骤1、转动紫外光mimo通信系统，探测得到目标无人机的位置信号；紫外光mimo通信系统包括一个紫外光源阵列；
7.步骤2、判断位置信号是否为无人机信号；
8.步骤3、若是，则判断无人机信号是否为我方无人机，完成识别。
9.本发明的特点还在于：
10.步骤2具体过程为：
11.判断位置信号在某个频段上的信号稳定幅度是否大于预设阈值σ，若是，则将该位置信号记为疑似无人机信号；计算疑似无人机信号的自相关函数是否具有周期性，若是，则
该位置信号为无人机信号；
12.步骤3具体过程为：
13.对无人机信号进行数据采集，并利用无人机分类识别算法对目标无人机进行敌我分类识别；若目标无人机为我方无人机，则对其询问，进一步确定目标无人机是否为我方无人机，完成识别。
14.步骤3中采用k最近邻算法对目标无人机进行敌我分类识别。
15.步骤3中的询问过程具体为：
16.通过紫外光mimo通信系统对目标无人机发送预定询问信号；
17.接收目标无人机发送包含自身编号的应答信号；
18.若未接收到应答信号，则判断为敌机；若接收到应答信号，判断其信息帧结构格式及无人机编号信息是否正常，若正常则判断为己方无人机，否则为敌方无人机。
19.本发明的有益效果是：本发明的三维空间中反无人机紫外光近距离探测识别方法，采用紫外光mimo通信系统(紫外光电探测器)进行探测、识别和通信，探测精度可长期稳定，对红外线、可见光、电磁等抗干扰能力强；在对目标无人机进行分类识别后，采用发送电子口令的询问方式，进一步确定是否为己方无人机，提高了识别的准确性，同时继续进行隐秘通信，完成无人机间的信息交互。
附图说明
20.图1是本发明三维空间中反无人机紫外光近距离探测识别方法中紫外光mimo通信系统的结构示意图；
21.图2是本发明三维空间中反无人机紫外光近距离探测识别方法中iff敌我判断流程。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
23.搭载有紫外光mimo通信系统的无人机、作战车、基站等，将通过紫外led阵列自动扫描并且发送设定波长的紫外光实现邻居发现，从而对目标无人机进行探测和识别，使用紫外光检测系统完成信号接收。经过基站信号盲区时，该系统可以独立完成隐秘通信。无线紫外光mimo通信系统可实现多作战平台之间信息的多发多收，从而为作战指挥系统提供更多的实时交互信息。系统原理在于通过紫外光发射器发射紫外光，以预定监视区域内飞行的潜在无人机为目标。一部分发射的光将被目标无人机反射回来，到达光接收器，然后被中央光电二极管收集。
24.三维空间中反无人机紫外光近距离探测识别方法，包括以下步骤：
25.步骤1、将紫外光mimo通信系统搭载于无人机、作战车、基站等，转动紫外光mimo通信系统，探测得到目标无人机位置信号；紫外光mimo通信系统主要包括一个发射/接收紫外光源阵列，如图1所示；
26.具体的，紫外光mimo通信系统的光源阵列可沿垂直轴360度转动，使阵列旋转运动以增加检测机会，实现全方位的信号探测接收，并使用到达角度(angle of arrival，aoa)定位方法根据接收信号得到目标无人机的位置信号，将目标无人机位置信号经低噪声高频
放大器放大后送入滤波器进行滤波，将滤波后的信号经过混频器进行下变频处理，输出较为稳定的中频信号频谱信息(位置信号)。阵列旋转将允许通过照亮监视区域内所有方向的不同区域来扫描监视区域，当目标无人机的表面与照明区域重合，并且表面区域允许反射可检测量的能量时，检测发生。本发明紫外光mimo通信系统仅包括一个紫外光源阵列，通过最小化实现的紫外光源和紫外光接收器的数量，降低了制造成本以及紫外光源的传输能量。
27.步骤2、判断位置信号是否为无人机信号；
28.具体的，判断处理后的位置信号在某个频段上的信号稳定幅度是否大于预设阈值σ，若是，则将该位置信号记为疑似无人机信号；计算疑似无人机信号的自相关函数是否具有周期性，若是，则该位置信号为无人机信号。噪声等干扰信号的自相关函数则不具备周期性。
29.步骤3、若是，则判断无人机信号是否为我方无人机，完成识别；
30.具体的，对无人机信号进行数据采集，并利用无人机分类识别算法对目标无人机进行敌我分类识别；若目标无人机为我方无人机，则对其询问，进一步确定目标无人机是否为我方无人机，完成识别。本实施例用中采用k最近邻算法对目标无人机进行敌我分类识别，算法中选用欧式距离来计算未知点与已知点的距离，通过设置不同的k值来使算法的识别率达到最高，解决了基于现有的无人机探测与识别设备中系统复杂、识别效率低的问题。
31.如图2所示，询问过程具体为：
32.通过紫外光mimo通信系统中的iff询问-应答系统对目标无人机发送预定询问信号；
33.接收目标无人机发送包含自身编号的应答信号；
34.若未接收到应答信号，则判断为敌机；若接收到应答信号，判断其信息帧结构格式及无人机编号信息是否正常，若正常则判断为己方无人机，否则为敌方无人机。
35.紫外光mimo通信系统不仅在工作时不易受长波电磁干扰，可以在强电磁辐射环境中工作，并且具有极佳的隐蔽性，它不是通过主动向外辐射电磁波的形式向目标发射探测信号，而是通过被动接收紫外线辐射来进行目标辨认，大大地避免了其本身位置的暴露。通过无线紫外光进行隐秘信息交互，保障无人机蜂群内信息传递的有效性。紫外光通信有直视和非直视通信两种方式，可根据各个无人机的实时环境需求自由选择适合的通信方式。紫外光通信系统内的核心元器件为控制单元(mcu)，其功能主要是调制和解调无线紫外光信号。在各个无人机系统在建立通信的过程中，若它们之间存在障碍物，不能进行直视通信时，则会选择非直视通信的方式。
36.通过以上方式，本发明的三维空间中反无人机紫外光近距离探测识别方法，采用紫外光mimo通信系统(紫外光电探测器)进行探测，探测精度可长期稳定，对红外线和可见光的抗干扰能力强；适用于特殊的通信场合。如在加油站、加气站、矿井下等特殊场合，使用无线电磁波容易产生电火花，引发安全事故，而无线紫外光通信则不存在上述的问题，既满足了通信要求，又保障了安全；无需捕获、瞄准和跟踪(apt，acquisition pointing and tracking)，发射端和接收端各自以某一个角度发射与接收，两者会形成一个公共体即有效散射体，携带信号的紫外光经过有效散射体的散射从而到达接收端，因此只要通信系统的接收端在系统发射端的覆盖范围之内就会探测到紫外光信号；在对目标无人机进行分类识
别后，采用发送电子口令的询问方式，进一步确定是否为己方无人机，提高了识别的准确性。