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1、 基于sar成像技术的非法无人机防御系统 IFODS 第十五届 挑战杯 大学生课外学术科技作品 工作背景 测试结果与分析 创新点描述 总结与展望 IFODS 01工作背景 工作背景 无人机发展现状 Part1 1 无人机市场迅猛发展 民用无人机 98 6 民用无人机市场巨大 工作背景 无人机造成危害 Part1 1 随着无人机市场的蓬勃兴起 无人机 黑飞 事件也被不断曝光 甚至一些国家的总统府 首相府这些戒备森严的 禁飞区 也屡屡遭遇 黑飞 专业人士估计经济损失至少达到七十万元 同时一旦产生碰撞 其危害更是难以估量 无人机黑飞现象无人管制 十分严重 工作背景 反无人机产品调研 Part1 1
2、随着无人机市场的蓬勃兴起 无人机 黑飞 事件也被不断曝光 甚至一些国家的总统府 首相府这些戒备森严的 禁飞区 也屡屡遭遇 黑飞 市场现有产品调研 体积巨大 造价高昂 功耗大 无法适用民用市场 工作背景 本作品设计思路 Part1 1 随着无人机市场的蓬勃兴起 无人机 黑飞 事件也被不断曝光 甚至一些国家的总统府 首相府这些戒备森严的 禁飞区 也屡屡遭遇 黑飞 针对上述问题 我们的设计思路是 通过机械旋转扫描并引入合成孔径雷达成像方法实现对全方位多目标的检测与跟踪 本作品采用新的体系结构 满足机场安防的需求 结构紧凑 功能优秀同时价格 体积大幅度下降 成本 11万占地面积 0 1平方米检测范围
3、0 1000m IFODS 02创新点描述 Part2 3 创新点描述 4 以转台为载体的毫米波雷达防御系统构架提出以转台为载体的毫米波雷达非法飞行物防御系统构架 通过机械扫描并引入合成孔径雷达 SAR 成像方法实现地对空全方位的多目标检测与跟踪 1 2 3 4 串联馈电的微带天线设计采用基于切比雪夫最优化设计的串联馈电的微带天线方式实现了24GHz毫米波天线 具有体积小 重量轻 结构简单 易集成 损耗低 成本低的特点 多重PRF解速度模糊的目标检测算法设计出针对非法飞行物防御系统的使用变周期线性调频连续波的帧结构 提出包含多重PRF解速度模糊的目标检测和参数估计算法 对未知高度的全方位目标检
4、测和成像算法围绕所设计帧结构 结合SAR成像技术和空域信号处理技术 利用虚拟阵列 恒虚警检测和Capon法等步骤实现了对未知高度的全方位目标检测和成像算法 天线单元长度依据道尔夫 切比雪夫最优分布规律中点源阵比例设计 天线宽度相同并达到24 15GHZ谐振点 两块两根发射天线 四根接收天线收发合成1x32的虚拟均匀线阵通过以上设计 该毫米波天线具有抗干扰 反隐身 高分辨率的优点 同时体积减小为原来的1 4 创新点描述 天线设计 Part2 2 天线设计 体积小 创新点描述 多重PRF解模糊算法 Part2 2 创新性地利用了最小公倍数的概念 对目标速度进行估计 降低了硬件实现复杂度 运行时间为
5、传统算法的1 2 复杂度低 创新点描述 无人机检测算法设计 Part2 2 本算法结合SAR成像技术和空域信号处理技术 实现了对未知高度的全方位目标检测和成像算法 与传统SAR成像相比 本算法具有所需空间小 可对未知高度 动态目标进行成像的优点 传统轨道SAR 圆周SAR 所需空间小 地对空成像 IFODS 03测试结果与分析 Part3 3 测试结果与分析 天线模块 4 发射天线随频率变化的增益 接收天线随频率变化的增益 天线满足以下指标频段 24 05 24 25GHz驻波带宽 13dB 10dB带宽约400MHz 增益 12dB发射天线旁瓣电平 21dB接收天线SLL 19dB Part
6、4 3 测试结果与分析 信号处理模块 4 虚拟天线阵列和波束成形获得的额外增益 与1 4虚拟天线相比 1 32虚拟天线具有较高的增益和较窄的波束宽度 从而可以抑制杂波 图 a 示出了完全浸没在背景噪声中的回波信号的时域图 图 b 示出了在快速时间尺寸FFT和波束成形操作之后的回波信号 其中可以观察到明显的增益 当增加虚拟阵列的长度时 对于信噪比改善将更显著 图1 Part4 3 测试结果与分析 4 SAR成像效果 图 a 显示了在一定时间内四个目标无人机的SAR图像 X轴显示目标无人机和阵列天线之间的距离范围从0m到100m Y轴给出从 到 的方位扫描 表明系统可以实现360 的全面检测 图a
7、sar成像效果图 图b误差分析图 IFODS 04总结 Part4 3 总结 4 已取得成果 Part4 3 总结 4 推广前景从性能指标可以看出 本产品在低复杂度 低成本 小体积的前提上各项指标均达较高水平 并且可通过增大虚拟阵列的方法进一步提高指标 具有很好的可扩展性 本作品具有优越的系统性能指标 可实现高精度 低误报率 高检测率的无人机监测与击落功能 可广泛应用于机场安防 民用安防 机密场所等设施的领空安全防卫 具有广阔的推广前景 系统性能指标 检测距离 0 1000m 无人机散射截面积 1dBsm 距离误差 0 1m方位角误差 0 15 高度角误差 0 5 Thanksforyourattention
