一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统的制作方法

1.本实用新型涉及安全防范技术领域，特别是一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统。


背景技术：

2.随着无人装备与技术的蓬勃发展，其显现的巨大军事应用价值得到各国的广泛关注，无人作战力量是未来战场的制高点、新质战力的增长点和效能倍增的突破点。将来，无人作战平台将呈现出多元化的趋势，未来战场更加强调联合作战能力和一体化作战支援能力。
3.申请人的一项在先申请cn209882069u公开了一种定向声波驱散器，利用电磁式压缩换能器与三段式号筒的配合，实现了高强度声波的远距离定向传播，通过高强度噪声刺激人的听觉器官和中枢神经，使其失能或逃离，达到拒止驱散大片人群的目的，同时还不会对人产生永久伤害。如果能够将定向声波驱散器与无人机结合后应用，必将能够在战场上协助作战人员并与之形成互补，极大的减少战时伤亡人数，并提高军队作战效能。


技术实现要素：

4.本实用新型需要解决的技术问题是提供一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，实现定向声波驱散器与无人机的结合。
5.为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。
6.一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，包括在空中飞行完成巡逻与强声驱离任务的无人机、固定设置在地面上供无人机起降充电及存放的智能停机舱和用于对无人机和智能停机舱进行控制的控制端；所述智能停机舱和控制端之间通过无线网络进行相互通信，智能停机舱与无人机之间通过微波链路相互通讯；所述无人机内置有定向强声驱离装置。
7.上述一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，所述无人机为固定翼与旋翼相结合的复合翼结构，无人机包括机身，机身中部横向固定设置有机翼，机身后方通过匀布在机身两侧的机臂固定设置有尾翼，位于机翼前后两端的机臂上分别设置一支旋翼；无人机的机身内设置有电池、电机、飞控板、定位模块以及无人机微波链路模块，飞控板通过无人机微波链路模块与智能停机舱相互通信，飞控板根据无人机微波链路模块接收的遥控指令经电机控制旋翼动作；所述机身下方设置有用于采集巡逻现场图像信息的摄像机，摄像机的输出端连接飞控板的微处理器。
8.上述一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，所述定向强声驱离装置置于无人机机身底部，包括单片机、用于产生高分贝声波的扩音器、用于将扩音器产生的音频信号进行处理并放大的功放单元以及与智能停机舱进行相互通信的驱离微波链路模块，所述单片机与驱离微波链路模块进行数据交换，单片机的输出端连接扩音器的受控端，扩音器的输出端连接功放单元的输入端。
9.上述一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，所述定向强声驱离装置还包括多语言存储模块，单片机根据通过微波链路模块接收的指令从多语言存储模块中提取音频信息。
10.上述一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，所述定向强声驱离装置中包括若干个声源，每个声源均包含一个扩音器和一个功放单元，多个声源组合成发声阵列。
11.上述一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，所述摄像机基于宽动态算法进行取景，所述单片机对摄像机所取景象基于轮廓跟踪技术进行目标识别。
12.上述一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，所述智能停机舱包括舱体，舱体内设置有容纳无人机的腔体，舱体内设置有对无人机进行位置调整的正位机构、对停稳后的无人机进行举升和沉降的升降机构、无人机进行充电的充电模块以及控制正位机构、升降机构和充电模块协调作业的控制器，控制器内置有与无人机相互通信的机舱微波链路单元以及与控制端进行相互通信的远程通信单元；所述舱体外设置有采集环境气象信息和停机舱视频的环境感知装置以及接收与发送无线信息的差分基站，环境感知装置的输出端与控制器的输入端连接，控制器通过远程通信单元与差分基站进行数据交换。
13.上述一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，所述舱体内还设置有智能温控装置，智能温控装置的受控端连接控制器的输出端。
14.上述一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，所述环境感知装置包括集成在单杆上的温度传感器、湿度传感器、风速传感器、压力传感器以及雨量监测器。
15.上述一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，所述控制端内设置有任务管理模块、状态显示模块、数据管理模块、通信模块以及处理器，处理器根据任务管理模块中的任务以及通信模块接收的无人机子系统发送的信息经分析后发出动作指令，并通过状态显示模块进行显示，通过数据管理模块进行存储。
16.由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步如下。
17.本实用新型是无人机领域全新的应用模式，具备提前预置、智能唤醒、探驱一体等功能，可以一机多舱、一键启动、定时巡察；结合多旋翼无人机垂直起飞能力、固定翼无人机高效巡航能力和定向强声声波打击能力，提升固定设备的机动性、解决有效作用距离的局限性，可以做到发现即处置，很好地解决了目前存在的“发现目标手段多、处理目标办法少”的痛点。
18.本实用新型集指向性声源技术、声源阵列技术、多语音模块技术、任务规划技术、图传技术、无人机导航技术、自动充电技术、通信技术、环境感知技术于一体，主要用于边海防、峰会安保、军队战略后方仓库、反恐维稳、实战应用、要地巡逻等大范围区域的高机动式声波打击、多语种模块离线广播和远距离喊话、无人值守、远程操控、情报搜集、通讯中继，可与作战人员形成“有人-无人”平台协同作战能力，为官兵的生命安全建立起一道防火墙。
19.本实用新型具有远程遥控、目标跟踪等工作模式，可完成高机动式声波打击、多语音模块离线广播和远距离喊话、侦查监控、情报搜集、网络中继等作业、作战任务，行动隐蔽，机动灵活，可最大限度减少人员伤亡，为突发情况应急处置时提供了更灵活的战略选择，避免因动用枪弹造成冲突升级。
附图说明
20.图1为本实用新型的电气结构框图；
21.图2为本实用新型所述无人机的结构示意图；
22.图3为本实用新型所述无人机的电气结构框图；
23.图4为本实用新型所述定向强声驱离装置的电气结构框图；
24.图5为本实用新型所述定向强声驱离装置中声源阵列的结构示意图；
25.图6为本实用新型所述智能停机舱的结构示意图；
26.图7为本实用新型所述智能停机舱的电气结构框图；
27.图8为本实用新型所述控制端的结构框图。
28.其中，1.无人机，11.机身，12.机翼，13.尾翼，14.机臂，15.旋翼，16.定向强声驱离装置，17.摄像机；2.停机舱，21.舱体，22.舱盖，23.腔体，24.机翼容置槽，25.检修门。
具体实施方式
29.下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步详细说明。
30.一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，其结构框图如图1所示，包括无人机子系统和控制端，无人机子系统用于完成巡逻与强声驱离任务，控制端用于对无人机子系统进行控制；无人机子系统和控制端之间通过无线网络进行相互通信。
31.无人机子系统包括无人机1以及智能停机舱2，无人机在空中飞行，完成巡逻与定向强声驱离作业；智能停机舱固定设置在地面上，供无人机起降、充电及存放；智能停机舱与无人机之间通过微波链路相互通讯。本实用新型中，为完成某个航线的任务，可以根据里程数以及无人机的续航里程在航线对应的地面上设置若干智能停机舱，可在无人机执行任务的过程中，为无人机提供中间蓄能。
32.本实用新型中，智能停机舱与无人机之间采用cofdm多载波技术建立微波数据链路，具有在非可视或有阻挡的环境中传输特点，其“绕射”与“穿透”能力可以在城区、郊区、建筑物内实现数字图像实时传输，不受周围环境影响，同时采用增益较大的全向天线，不会受到方向角度的限制，大大提高了移动时微波传输的有效距离。
33.无人机为垂起固定翼无人机，其采用固定翼与旋翼相结合的复合翼结构，是一款电动长航时复合翼垂直起降无人机，以简单可靠的方式解决了固定翼无人机垂直起降的难题，兼具固定翼无人机航时长、速度高、距离远的特点和旋翼无人机垂直起降的功能，垂直起降模式大大增强了该无人机平台的环境适应性，该无人机平台能在山区、丘陵、丛林等复杂地形和建筑物密集的区域顺利作业，极大扩展了无人机应用范围。
34.无人机的具体结构如图2所示，包括机身11，机身中部横向固定设置有机翼12，机身后方通过匀布在机身两侧的机臂14固定设置有尾翼13，位于机翼前后两端的机臂上分别设置一支旋翼15，本实施例中，机身尾部还设置一直旋翼。
35.无人机的机身内设置有电池、电机、飞控板、定位模块以及无人机微波链路模块，上述各部件的电气结构框图如图3所示，具体为：电池分别与飞控板和电机连接，为其提供工作电源，飞控板与无人机微波链路模块相互通讯，定位模块的输出端连接飞控板的输入端；飞控板通过无人机微波链路模块与智能停机舱相互通信，飞控板根据无人机微波链路模块接收的遥控指令发送给电子调速器，电子调速器控制电机带动旋翼动作。
36.本实施例中，电池采用两块44000mah6s高能聚合物锂离子电池供电，电池具备高的放电倍率和长达200次的循环使用寿命；电机采用v605电机，该电机具备防锈处理，采用高性能626zz轴承，磁铁耐温等级达到e级150℃，漆包线耐温等级c级220℃，转子动平衡≤5mg，防尘防水等级可达ip45，整机重量340g；电子调速器采用tm80a电调，支持工作电压12s(18～52.2v)，持续工作电流达到80a，瞬间电流(10s)可达到100a，设备油门刷新频率500hz，待机功耗≤50ma，响应速度≤300ms；旋翼采用超轻型碳纤维螺旋桨，22寸桨，具备高的可靠性和高达9kg的有效推力，在本系统使用可以具备足够的使用推力余量，保障无人机飞行安全。
37.本实用新型中，飞控板具有以下功能：1)采用基于rtk的gps/北斗双天线差分定位定向技术，与磁力计组合实现冗余定向功能，确保强磁环境下作业的安全性；2)实时监测电池电压、电流等，估算剩余电量，将电量信息通过通讯链路实时传送至控制端，用于智能飞行调度；3)支持home点起降功能；4)支持控制端对飞行航迹的动态更新，满足飞行任务的实时调整需求；5)通过视觉定位对无人机进行高精度定位控制，确保无人机精准降落至智能停机舱的有效范围，实现精准着陆。
38.定位模块采用卫星定位导航系统(gps/北斗/gnss)和惯性定向定位导航系统(ins)相结合的定向定位导航系统。
39.卫星定位导航系统具有精度高，可通讯的特点，但是需要从外界获取信息；而惯性定向定位导航系统，是通过内部的惯性器件(陀螺、加速度计)，获取当前位置信息，是密闭的，不需要和外界通讯，因此其独立性强。组合定位导航系统中可通过卫星定位系统信息定时对惯性系统进行偏离纠正，同时在无法接受卫星信号时，惯性定向定位导航系统也能够保障导航信息在一定时间内的精准。
40.本实用新型所使用的组合惯导模块具有双天线定向功能，可直接输出无人机航向信息，可扩展通信电台接收地面差分基站发送的定位误差校准信息，实现厘米级定位。
41.机身下方设置有摄像机17和定向强声驱离装置16，摄像机和定向强声驱离装置分别与飞控板连接，飞控板间接为其提供工作电源。
42.摄像机用于采集巡逻现场图像信息，其输出端连接飞控板的微处理器；摄像机基于宽动态算法进行取景，飞控板的微处理器对摄像机所取景象基于轮廓跟踪技术进行目标识别。
43.摄像机在对高亮区域和背光区域的场景进行取景时，输出图像在高亮区域由于曝光过度成为一片白色，而在阴暗区域因曝光不足成为一片黑色，从而无法看清这些区域的景象，使图像质量完全无法满足实际应用的需求。本实用新型的宽动态技术是亮度变换范围非常大的情况下让摄像机看清影像的一种技术，高动态范围图像比起普通图像，它所能表现的画面层次更加丰富，光影效果也更加逼真现实。为了使图像能够覆盖更宽的动态范围，有效提高场景的成像质量。
44.本实用新型应用的基于视觉系统的宽动态成像方法为：1)提取待处理图像的亮度分量；2)使用亮度分量的像素领域信息计算每个像素点的环境因子；3)根据人眼视觉系统特点，利用环境因子得到宽动态变换公式；4)利用宽动态变换公式得到宽动态范围图像；5)gamma校正，从而提高图像的对比度。
45.微处理器利用物体的边界轮廓作为模板，在后继帧的二值边缘图像中跟踪目标轮
廓，并且该轮廓能够自动连续地更新。相对于基于区域的跟踪方法，轮廓跟踪方法在计算量较小的情况下基本上可以达到较好的匹配效果，如果开始能够合理地分开每个运动目标并实现轮廓初始化的话，即使在有部分遮挡存在的情况下也能连续地进行跟踪。
46.定向强声驱离装置用于根据指令向目标人群定向发出声波，达到驱离目的。定向强声驱离装置位于无人机机身底部，其电气结构框图如图4所示，包括单片机、扩音器、功放单元、多语言存储模块和驱离微波链路模块，单片机与驱离微波链路模块互联，单片机的输出端连接扩音器的受控端，扩音器的输出端连接功放单元的输入端。
47.其中：扩音器用于产生高分贝声波，本实施例中，扩音器采用专利209882069u公开的一种定向声波驱散器。功放单元用于将扩音器产生的音频信号进行处理并放大，驱离微波链路模块与智能停机舱进行相互通信。
48.定向强声驱离装置工作时，单片机与驱离微波链路模块进行数据交换，单片机根据通过微波链路模块接收的指令从多语言存储模块中提取音频信息，根据音频信息控制扩音器发出高分贝声波，高分贝声波送入功放单元放大后定向发出到目标人群，对目标人群进行驱散。
49.为适应不同声压级的需求，将扩音器单元和功放单元进行模块化设计，一个扩音器和一个功放单元构成一个声源，定向强声驱离装置中包括若干个声源，多个声源组合成发声阵列，可以为1
×
2阵列，2
×
2阵列，2
×
3阵列，3
×
4阵列(如图5所示)等组合体。
50.定向强声驱离装置中内嵌的多语言存储模块，失真度低，语言清晰度高，可实现离线翻译并远距离广播的功能。
51.智能停机舱的结构如图6所示，包括舱体21，舱体的顶端面滑动配装一对相对的舱盖22，舱盖扣合后的舱体内形成容纳无人机的腔体23。
52.本实施例中，舱体采用钣金折弯拼接为方形结构，其中舱盖采用对开式设计。智能停机舱防尘采用二层防尘设计，第一层防尘采用钣金迷宫设计，第二层采用毛刷防尘设计；舱门防水采用三层防水设计，第一层采用硬防水设计，第二层采用软软密封条防水设计，第三层采用导水槽防水设计。整体采用军工级钣金和钢材料设计、外壳坚硬，适用于偏远山区。停机舱整体符合户外防水防尘标准，壳体防护等级达到ip55，能保证在恶劣工况下收藏储存无人机。
53.为考虑运输要求，停机舱的左右两侧分别设置一个可拆卸的机翼容置槽24，用于容置无人机的机翼。智能停机舱采用模块化设计，整体机舱可拆分为机舱主体、左机翼容置槽、右机翼容置槽三个部分，拆分后机舱可以使用常规车宽2.4m的高栏货车进行运输。
54.为安装方便，在停机舱4个角底部分别设置一个多功能法兰，可方便固定，同时该位置也可以更换为脚轮，适用短距离运输及位置调整。为方便检修，在舱体的侧壁上设置一个检修门25。
55.舱体内设置有正位机构、升降机构、充电模块、智能温控装置和控制器，各模块之间的电气连接关系如图7所示。其中，正位机构对无人机进行位置调整，升降机构对停稳后的无人机进行举升和沉降，充电模块对无人机进行充电，控制器控制正位机构、升降机构和充电模块协调作业，完成正位、升降以及充电操作。
56.充电模块采用接触式充电，无人机起落架上设置的充电触点，通过自主收放机构实现与舱内升降机构中充电触点精准连接，位置控制误差为毫米级。
57.充电模块集成在停机舱内，增加平衡单元和电源开关，电源开关确保电池充满电后断电自动且可控。充电模块还可监测电池总电压，低于阈值后开始进行充电，充电过程中平衡单元对机载电池进行平衡，大于阈值时停止充电，充电模块将充电状态通过停机舱控制器传送至控制端。
58.控制器内置有机舱微波链路单元以及远程通信单元，其中机舱微波链路单元与无人机相互通信，远程通信单元与控制端进行相互通信。
59.舱体外设置有环境感知装置以及差分基站，环境感知装置的输出端与控制器的输入端连接，控制器通过远程通信单元与差分基站进行数据交换。差分基站用于接收与发送无线信息，完成智能停机舱与控制端之间的通信。
60.环境感知装置用于采集环境气象信息和停机舱视频，环境感知装置包括集成在单杆上的温度传感器、湿度传感器、风速传感器、压力传感器以及雨量监测器，可实现户外气象参数24小时连续在线监测，通过数字量通讯接口将所有参数一次性输出给控制器。
61.为进一步提升停机舱的环境适应性，在停机舱内加装的智能温控装置，智能温控装置的受控端连接控制器的输出端。智能温控装置可在控制器指令下调节舱体内部工作温度在-20～55℃。智能温控装置选用工业控制柜空调，选用制冷、制热2个空调，制冷空调隔绝空气循环把机柜内部空气冷却，同时把柜内的热量通过热交换驱散出柜外；当舱内温度低于一定预值时，制热空调自动开启，从而保护柜内电气元件在可控温度范围内运行，同时机柜空调具有除湿功能，保证机柜内部有理想的温度和湿度。
62.控制端的结构框图如图8所示，包括任务管理模块、状态显示模块、数据管理模块、通信模块以及处理器，处理器根据任务管理模块中的任务以及通信模块接收的无人机子系统发送的信息经分析后发出动作指令，并通过状态显示模块进行显示，通过数据管理模块进行存储。
63.本实用新型工作时，操作人员根据任务类型自动调度外场设备、规划作业航迹，进行一键执行全自主巡检任务，控制端根据无人机状态、巡检现场气象条件自主决策任务是否有效。
64.智能停机舱接受控制端指令并自动打开舱盖放飞无人机。无人机飞行过程中，能够实时接收控制端的控制指令实现自动或手动飞行，并将拍摄的数据通过停机舱实时回传至控制端，操控人员可通过按键或摇杆等设备控制载荷对作业区域进行数据采集或通过非致命的手段对目标进行强声驱离，对产生目标群体产生声波刺激，使其本能逃离，实现察打一体的功能。
65.无人机作业完毕后返回，并精准降落至智能停机舱内进行收藏存放，同时智能停机舱为无人机电池进行充电，等待下次飞行指令。
66.本实用新型中无人机子系统的起飞、降落、作业和充电均为自主完成，无需人工干预，真正实现了无人化的应用。
67.本实用新型把垂起固定翼无人机与定向强声驱离武器有机结合，进行一体化设计，是贯彻落实“智慧边防”、“无人值守”战略思想的具体体现和技术支撑，是填补立体安防空白的核心单元和关键要素，具有重要的实用价值。

技术特征：
1.一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，其特征在于：包括在空中飞行完成巡逻与强声驱离任务的无人机、固定设置在地面上供无人机起降充电及存放的智能停机舱和用于对无人机和智能停机舱进行控制的控制端；所述智能停机舱和控制端之间通过无线网络进行相互通信，智能停机舱与无人机之间通过微波链路相互通讯；所述无人机内置有定向强声驱离装置。2.根据权利要求1所述的一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，其特征在于：所述无人机为固定翼与旋翼相结合的复合翼结构，无人机包括机身，机身中部横向固定设置有机翼，机身后方通过匀布在机身两侧的机臂固定设置有尾翼，位于机翼前后两端的机臂上分别设置一支旋翼；无人机的机身内设置有电池、电机、飞控板、定位模块以及无人机微波链路模块，飞控板通过无人机微波链路模块与智能停机舱相互通信，飞控板根据无人机微波链路模块接收的遥控指令经电机控制旋翼动作；所述机身下方设置有用于采集巡逻现场图像信息的摄像机，摄像机的输出端连接飞控板的微处理器。3.根据权利要求2所述的一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，其特征在于：所述定向强声驱离装置置于无人机机身底部，包括单片机、用于产生高分贝声波的扩音器、用于将扩音器产生的音频信号进行处理并放大的功放单元以及与智能停机舱进行相互通信的驱离微波链路模块，所述单片机与驱离微波链路模块进行数据交换，单片机的输出端连接扩音器的受控端，扩音器的输出端连接功放单元的输入端。4.根据权利要求3所述的一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，其特征在于：所述定向强声驱离装置还包括多语言存储模块，单片机根据通过微波链路模块接收的指令从多语言存储模块中提取音频信息。5.根据权利要求3所述的一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，其特征在于：所述定向强声驱离装置中包括若干个声源，每个声源均包含一个扩音器和一个功放单元，多个声源组合成发声阵列。6.根据权利要求1所述的一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，其特征在于：所述智能停机舱包括舱体，舱体内设置有容纳无人机的腔体，舱体内设置有对无人机进行位置调整的正位机构、对停稳后的无人机进行举升和沉降的升降机构、无人机进行充电的充电模块以及控制正位机构、升降机构和充电模块协调作业的控制器，控制器内置有与无人机相互通信的机舱微波链路单元以及与控制端进行相互通信的远程通信单元；所述舱体外设置有采集环境气象信息和停机舱视频的环境感知装置以及接收与发送无线信息的差分基站，环境感知装置的输出端与控制器的输入端连接，控制器通过远程通信单元与差分基站进行数据交换。7.根据权利要求6所述的一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，其特征在于：所述舱体内还设置有智能温控装置，智能温控装置的受控端连接控制器的输出端。8.根据权利要求6所述的一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，其特征在于：所述环境感知装置包括集成在单杆上的温度传感器、湿度传感器、风速传感器、压力传感器以及雨量监测器。

技术总结
本实用新型公开了一种箱体式垂起固定翼声波拒止无人机系统，包括完成巡逻与强声驱离任务的无人机子系统和用于对无人机子系统进行控制的控制端；无人机子系统和控制端之间通过无线网络进行相互通信；所述无人机子系统包括在空中飞行完成巡逻与定向强声驱离作业的无人机以及固定设置在地面上供无人机起降、充电及存放的智能停机舱；所述智能停机舱与无人机之间通过微波链路相互通讯；所述无人机内置有定向强声驱离装置。本实用新型是无人机领域全新的应用模式，结合多旋翼无人机垂直起飞能力、固定翼无人机高效巡航能力和定向强声声波打击能力，能够在战场上协助作战人员并与之形成互补，极大的减少战时伤亡人数并提高军队作战效能。战效能。战效能。


技术研发人员：朱马炮 李威 杨玲珍 苑晓东 王海涛
受保护的技术使用者：北京中安航信科技有限公司
技术研发日：2022.12.14
技术公布日：2023/4/25