无人机在边防部队中的应用.

公安海警学院电子技术系大专生
毕业设计(论文)
无人机在公安边防部队执勤处突中的应用
专业方向：边防通信指挥
班次： 2009级37队
学员姓名：郝彬程
学号： ***********
指导教员：黄胜波
2012年06月04日
目录
引言 (2)
1应用现状 (2)
1.1无人机概述 (2)
1.1.1无人机的发展历程 (3)
1.1.2设计主要内容简介 (3)
2无线视频传输 (4)
2.1系统概述 (4)
2.1.1 无线视频传输的概念 (4)
2.1.2无线视频传输的分类 (5)
2.1.3无线视频传输的优势 (5)
2.2系统实现 (6)
2.2.1具体器件的采用 (6)
2.2.2与其他产品的对比 (6)
2.2.3 设备参数 (6)
3GSM武器激发 (7)
3.1系统概述 (7)
3.1.1 GSM技术特点 (7)
3.1.2 GSM构成武器激发系统的优点 (8)
3.1.3系统工作 (8)
3.1.4系统框图 (8)
3.2主控制器 (9)
3.2.1主控制器 (9)
4无人机的发展趋势 (10)
4.1未来军用无人机发展方向 (10)
4.2无人机的劣势 (11)
4.3结论与展望 (11)
5致谢 (12)
参考文献 (13)
无人机在公安边防部队执勤处突中的应用
【摘要】无人机技术是一项涉及多个技术领域的综合技术，它对通信、传感器、人工智能和发动机技术有比较高的要求。

无人机与所需的控制、拖运、储存、发射、回收、信息接收处理装置统称为无人机系统。

无人侦察机依靠装在机上的可见光照相机、电影摄影机、标准或微光电视摄像机、红外扫描器和雷达等设备，完成各种侦察和监视任务。

一般来说，一架无人机可携带一种或几种侦察设备，按预定的程序或地面指令进行工作，最后将所获得的信息和图像随时传送回地面，供有关部门使用；也可以将获得的所有信息记录下来，待无人机回收时一次取用。

随着高新技术的发展和应用，无人机上的设备性能也在不断提高，同时还增加了一些新的装备，应用范围进一步扩大。

如装备全球定位系统（GPS）后，无人机可与侦察卫星和有人驾驶侦察机配合使用，形成高、中、低空，多层次、多方位的立体空中侦察监视网，使所获得的情报信息更加准确可靠。

【关键词】无人机 GSM武器激发无线视频传输
引言
边防部队承担着反恐、缉毒、处置各种突发事件等重要使命，所谓“养兵千日，用兵一时”，边防部队如何在党和人民需要我们的关键时刻挺身而出，为保护人民的生命财产安全贡献我们的力量，是我们义不容辞的责任。

针对当前所发生的众多劫持人质、复杂背景处置突发事件等多种案件类型，几年来实践证明，边防部队在处置某些场合的突发事件时在获取现场信息的手段上存在一定局限性和灵活性，而且缺乏一定的果断、及时的处置方法。

我们如何高效的、快速、科学地处置，成为了一个迫在眉睫的问题。

如今无人机应用技术的出现，完全可以解决这一问题。

但是，边防部队在这一领域的实践和应用还几乎为零。

我们这一课题的研究，就有助于解决这些问题。

1应用现状
1.1无人机概述
无人机(unmanned aerial vehicle或drone)是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。

无人机用途广泛，成本低，效费比好，无人员伤亡风险，生存能力强，机动性能好，使用方便，在现代战争中有着极其重要的作用，在民用领域也有广阔的发展前景。

结合公安边防部队的实际，无人机在边境地区的发展使用具有广阔空间，能够为边防工作带来极大的便利和工作效率的提高。

1.1.1无人机的发展历程
无人机是“无人驾驶空中飞行器”或“遥控驾驶飞行器”的简称。

在军事上可用于空中侦察与监视、目标定位、诱饵、火力攻击、战损评估，以及电子对抗、通信中继等。

它可以从陆地、空中和舰船上发射或利用空气动力起飞，能够自主飞行或遥控操作，可一次性使用或重复使用，可执行各种任务，在未来有广泛的应用。

无人机最早的开发是在一战之后。

到了二战后，不少军事强国将退役的飞机改装成为了靶机，开启了近代无人机发展的先河。

随着电子技术的快速进步，无人机在担任侦查任务的角色上凸显出重要性。

例如，在越战期间，美国就曾经使用大量的无人机对高价值或者是防御严密的目标进行侦查。

1982年以色列航空工业公司首创以无人机进行侦察、情报收集、跟踪和通讯等。

1991年的沙漠风暴作战当中，美军曾经发射专门设计欺骗雷达系统的小型无人机作为诱饵，这种诱饵也成为其他国家效彷的对象。

这一阶段，无人机的主要军事用途是作为诱饵机、侦察机、电子干扰机和靶机、无人驾驶飞机还用于通信中继、反潜、炮火校正、作战效果评估等。

无人机的飞速发展和广泛运用是在海湾战争后。

以美国为首的西方国家充分认识到无人机在战争中的作用，竞相把高新技术应用到无人机的研制与发展上，不仅增加了续航时间，提高了图像传递速度和数字化传输速度，还使用了先进的自动驾驶仪。

时至今日，随着航空工艺、材料和技术的迅速进步，无人攻击机已显现出更加强大的身影。

在2l世纪的天空中，军用无人机将主要有侦察和战斗两大用途，并将越来越显现它的进攻倾向。

现在，一些无人机已经装备了武器(例如美国的RQ-170捕食者无人机装备了AGM-114地狱火空对地导弹)，担任起更多的军事任务等，如：轰炸目标、对地攻击、空中格斗等。

1.1.2设计主要内容简介
本设计利用无线遥控航模腾空盘旋空中，对突发现场及复杂场所实施空中无人侦察，并利用航模上装置的无线视频传输系统对现场进行实时传输，以供地面指挥部领导对现场情况进行决策，必要时，地面指挥部领导可依据航模所提供的实时视频图像，利用航模上无线遥控击发器（催泪弹或瓦斯弹等武器），下达命令，对嫌疑目标实施直接打击。

因为该系统侧重实用性，并针对当前处置突发事件在处理过程存在不足，提出创新改革，对今后边防部队处置某些突发事件如危险场合事故处置、人质劫持应对等特殊场合处置提供极有价值的处置手段选择，可以使整个处突行动始终处于隐蔽、安全、信息明了和快捷状态，以高效率解决突发危机，同时也极大地改进了传统的处置手段许多局限性问题。

设计构成示意图如下：
图1系统构想图
综上所述，本课题研究的系统主要包括2个功能：一是无线短距视频传输系统；二是改装后带无线遥控武器自动击发系统。

2无线视频传输
2.1系统概述
2.1.1 无线视频传输的概念
无线视频传输就是指不用布线（线缆）利用无线电波来传输视频、声音、数据等信号的监控系统。

无线图像传输即视频实时传输主要有两个概念，一是移动中传输，即移动通信，二是宽带传输，即宽带通信。

2.1.2无线视频传输的分类
无线视频传输分为：模拟微波传输和数字微波传输。

（1）模拟微波传输
模拟微波传输就是把视频信号直接调制在微波的信道上（微波发射机，HD-630），通过天线（HD-1300LXB）发射出去，监控中心通过天线接收微波信号，然后再通过微波接收机（Microsat 600AM）解调出原来的视频信号。

如果需要控制云台镜头，就在监控中心加相应的指令控制发射机（HD-2050），监控前端配置相应的指令接收机（HD-2060），这种监控方式图像非常清晰，没有延时，没有压缩损耗，造价便宜，施工安装调试简单，适合一般监控点不是很多，需要中继也不多的情况下使用。

（2）数字微波传输
数字微波传输就是先把视频编码压缩(HD-6301D)，然后通过数字微波(HD-9500)信道调制，再通过天线发射出去，接收端则相反，天线接收信号，微波解扩，视频解压缩，最后还原模拟的视频信号，也可微波解扩后通过电脑安装相应的解码软件，用电脑软解压视频，而且电脑还支持录像，回放，管理，云镜控制，报警控制等功能；这种监控方式图像有720*576和352*288的分辨率选择，前者造价更高，视频有0.2-0.8秒左右的延时，造价根据实际情况差别很大，但也有一些模拟微波不可比的优点，如监控点比较多，环境比较复杂，需要加中继的情况多，监控点比较集中它可集中传输多路视频，抗干扰能力比模拟的要好一点，等优点，适合监控点比较多，需要中继也多的情况下使用。

所以系统中使用的是数字微波传输。

2.1.3无线视频传输的优势
（1）综合成本低，性能更稳定。

只需一次性投资，无须挖沟埋管，特别适合室外距离较远及已装修好的场合；在许多情况下，用户往往由于受到地理环境和工作内容的限制，例如山地、港口和开阔地等特殊地理环境，对有线网络、有线传输的布线工程带来极大的不便，采用有线的施工周期将很长，甚至根本无法实现。

这时，采用无线监控可以摆脱线缆的束缚，有安装周期短、维护方便、扩容能力强的优点
（2）组网灵活，可扩展性好，即插即用。

管理人员可以迅速将新的无线监控点加入到现有网络中，不需要为新建传输铺设网络、增加设备，轻而易举地实现远程无线监控。

（3）维护费用低。

无线监控维护由网络提供商维护，前端设备是即插即用、免维护系统。

（4）无线监控系统是监控和无线传输技术的结合，它可以将不同地点的现场信息实时通过无线通讯手段传送到无线监控中心，并且自动形成视频数据库便于日后的检索。

（5）在无线监控系统中，无线监控中心实时得到被监控点的视频信息，并且该视频信息是连
续、清晰的。

在无线监控点，通常使用摄像头对现场情况进行实时采集，摄像头通过无线视频传输设备相连，并通过由无线电波将数据信号发送到监控中心。

2.2系统实现
2.2.1具体器件的采用
380line 1/3型是SONY公司于2010年推出采用WHDI技术的无线视频传输产品，以其强大的技术核心结合兆赫自身强大的二次开发能力填补了无线高清视频传输行业的空白，采用WHDI技术，用途是无线高清1080P无损视频传输，高清传输距离15-30米，具备一定穿墙能力，适用于各种高清场合，既可以显示高清，也免除了布置HDMI线，并具备穿墙能力。

该设备通过USB与电脑进行连接，通过无线电特高频频段传回所拍摄的画面，无论是从监控距离和清晰度方面，该设备都能很好地满足系统的要求，而且该设备使用简单方便，他不需要繁杂的布线，对空间障碍物的穿透性也比较好。

我们将摄像头和发射电路安装在无人机上，然后将接收端连接到PC上，打开应用软件，即可实时播放摄像头传回的画面，整个监控系统不会占用主机的CPU资源，这提高了整个系统的实时性。

2.2.2与其他产品的对比
（1）、技术核心：同类产品大多是采用802.11N的标准，也就是常用的无线标准，受到带宽限制所以是压缩传输，画质和声音都会下降。

而采用WHDI技术的这款产品带宽可以达到2.4Gb/S,无损的传输高清的视频，即使是蓝光文件也没有问题。

（2）、分辨率：采用普通的无线技术传输的产品最终分辨率最多只有720的分辨率，而采用WHDI技术的产品可以完全支持1080P&60HZ的影像，能够传送全高清的视频。

（3）、抗干扰：日常生活中的很多无线设备都是采用802.11标准，所以会互相有干扰，而采用WHDI技术的产品采用4.6G-5G的频率并具备智能调频抗干扰性能，完全不受干扰。

(4)、延迟性：普通的无线设备因为需要压缩处理时间会出现不稳定或者延迟情况，而WHDI 技术提供了足够的无线带宽，无需通过压缩的方式进行传送，省却视频在压缩和解压过程中所耗费的时间，所以能够保证传送的影视频完全没有延迟。

2.2.3 设备参数
图像传感器1/3" 索尼有效像素682*582 /510*492 水平解晰度380 Lines 视角62度
最低照度 1.5Lux/F1.5 增益控制自动
本卡是一个4通道无线视频监控软件的Windows操作系统。

拥有先进的视频浏览器单独的算法，各种提醒功能，包括日程计时器，通道控制。

它可以处理多达4个通道视频输入，拍摄的影像高达每秒30帧的速度从USB视频捕获设备。

它利用安装在Windows中的视频编码器，高质量的视频效果，记录文件格式的AVI。

文件可以发挥与Windows Media Player或Real Player等JPEG 图像快照可以从视频图像。

其他功能还包括安全的手动控制频道等。

设备可以同时四画面显示，可配4个无线摄像头使用，储存画面只能选择一个摄像头的画面储存。

接收频点：2414MHz,2432MHz,2450MHz,2468MHz
无线接收距离：空旷无阻高达100米，有阻高达30米。

3GSM武器激发
3.1系统概述
3.1.1 GSM技术特点
在现阶段，GSM有着广泛的应用，存在着一下的技术特点：
频谱效率：由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。

容量：由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至9dB，故GSM系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使GSM系统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比TACS 系统高3～5倍。

开放的接口：GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且报刊网络直接以及网络中各设备实体之间，例如A接口和Abis接口。

安全性：通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。

鉴权用来验证用户的入网权利。

加密用于空中接口，由SIM卡和网络AUC的密钥决定。

TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。

3.1.2 GSM构成武器激发系统的优点
在现代化边防中，智能化程度越来越高，这也对边防设备的各项指标越来越高，在智能化武器激发系统中，我们要求当发出激发命令后，系统能够稳定地进行响应，系统使用GSM进行无线控制，GSM网络覆盖好，速度较快，通信稳定，且使用成本也比较低，这在很大程度上满足了我们对整个系统的要求。

而且通过GSM技术我们可以在全球范围内控制武器的激发，这也解决了其他无线通信模块通信距离有限的缺点。

3.1.3系统工作
继电器连接GSM模块安装在无人机上，当GSM模块接收加密的指令，GSM模块向继电器供电，当继电器电源接通，继电器的电键闭合，外围动作电路的的电源导通，外围动作电路工作，激发武器，对目标实施打击。

整个系统完全自动化运行，并且整套系统具有结构简单、易于操作、工作状态稳定等特点，这在很大程度上提高了系统的安全性。

3.1.4系统框图
图2系统框图
3.2主控制器
3.2.1主控制器
系统要实现自动化，我们必须要给系统加上可靠的控制器，考虑到整个系统的设计方法和系统成本，在本设计中，我们选择了性价比比较高的继电器作为主控制器。

下面我们对继电器作一个比较简单的介绍：
继电器是一种常见的电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

继电器最常见的有电磁式继电器、热敏干簧继电器、固态继电器（SSR）和光继电器等。

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

只要在线圈两端加上一定的电压，线圈流过电流时，就会产生电磁效应，衔铁在磁力的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。

断电后，电磁力随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。

这样吸合、释放，从而达到了导通、切断的目的。

对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

固态继电器是利用发光二极管等发光元件与一颗光晶体管等光接收元件作成之光耦合器，触发硅控整流体或双向硅控整流器，因此可以接受低压(DC或AC)信号输入，而驱动高压输出，具隔离输出入及控制高功率输出的效果。

固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。

按开关型式可分为常开型和常闭型。

按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。

固态继电器开关速度快、工作频率高、使用寿命长、噪声低和工作可靠。

可取代常规电磁式继电器，被广泛用于数位程控装置。

磁簧继电器是以线圈产生磁场将磁簧管作动之继电器，为一种线圈传感装置。

因此磁簧继电器之特征、小型尺寸、轻量、反应速度快、短跳动时间等特性。

当整块铁磁金属或者其它导磁物质与之靠近的时候，发生动作，开通或者闭合电路。

由永久磁铁和干簧管组成。

永久磁铁、干簧管固定在一个不导磁也不带有磁性的支架上。

以永久磁铁的南北极的连线为轴线，这个轴线应该与干簧管的轴线重合或者基本重合。

由远及近的调整永久磁铁与干簧管之间的距离，当干簧管刚好发生动作（对于常开的干簧管，变为闭合；对于常闭的干簧管，变为断开）时，将磁铁的位置固定下来。

这时，当有整块导磁材料，例如铁板同时靠近磁铁和干簧管时，干簧管会再次发生动作，恢复到没有磁场作用时的状态；当该铁板离开时，干簧管即发生相反方向的动作。

磁簧继电器结构坚固，触点为密封状态，耐用性高，可以作为机械设备的位置限制开关，也可以用以探
测铁制门、窗等是否在指定位置。

光继电器为AC/DC并用的半导体继电器，指发光器件和受光器件一体化的器件。

输入侧和输出侧电气性绝缘，但信号可以通过光信号传输。

其特点为寿命为半永久性、微小电流驱动信号、高阻抗绝缘耐压、超小型、光传输、无接点等。

主要应用于量测设备、通信设备、保全设备、医疗设备等。

继电器的触点有三种基本形式：
动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。

以合字的拼音字头“H”表示。

动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。

用断字的拼音字头“D”表示。

转换型（Z型）这是触点组型。

这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。

线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。

这样的触点组称为转换触点。

用“转”字的拼音字头“z”表示。

继电器的型号一般由主称代号、外形符号、短划线、序号和防特征符号组成。

综上所述，根据本设计的目的要求、材料价格以及个人的理论知识水平，本设计在这里采用的是电磁式常开触点动合型（H型）继电器
4无人机的发展趋势
4.1未来军用无人机发展方向
(1)小型化无人机。

充分发挥无人机成本低的特点，研制并大量应用小型化无人机，满足部队连、排级近程战术侦察的需求，完成战场监视、目标侦察、毁伤评估等任务。

(2)高空、高速无人机。

高空、高速无人机需要新型的高空、长航动力装置，如液(气)冷式涡轮增压活塞发动机、涡轮风扇发动机、转子发动机等。

它能比普通的无人机更快、更安全地执行侦察任务。

(3)隐形无人机。

在飞行器的设计上采用隐形外形设计技术，在材料上采用隐形材料技术，并采用相位对消技术，减小被雷达、红外和噪音探测设备发现的概率，以提高无人机战场生存能力。

(4)对地攻击无人机。

对地攻击无人机可分为一次性攻击无人机和可重复使用攻击无人机。

一次性攻击无人机在执行侦察任务时，携带攻击型战斗部，在侦察过程中发现敌方临时出现的重要
目标时可进行实时攻击，无人机直接撞向目标，实现“查打结合”，充分发挥了武器装备的作战效能，减少因呼唤火力延误战机的可能性；可重复使用攻击无人机，指在飞机外挂战斗部，通常是主动或半主动寻的导弹，当飞机发现并锁定目标后，由地面人员发出攻击指令，导弹脱离发射架，飞向目标并将其摧毁。

无人机返航后，可加挂导弹再次使用[3]。

(5)空战无人机。

空战无人机的智能程度要求更高。

美国虽然曾对空空格斗型无人机作了一些研制试验工作，并取得一些成效，但空中机群格斗错综复杂，存在多机控制、操纵与指挥协调，以及无人机与地面火力的协同作战等问题。

因此，研制空中格斗型无人机是一项较长远的研究课题。

(6)从低空、短航时向高空、长航时发展。

老式的无人机滞空时间短，飞行高度低，侦察监视面积小，不能连续获取信息，甚至会造成情报“盲区”，不适应现代战争的需要。

为此，美军已研制出“蒂尔”II超高空、长航时无人机。

(7)向隐形无人机方向发展。

为了对付日益增强的地面防空火力的威胁，许多先进的隐形技术被应用到无人机的研制上。

一是采用复合材料、雷达吸波材料和低噪声发动机。

二是采用限制红外光反射技术，在机身表面涂上能够吸收红外光的特制油漆并在发动机燃料中注入防红外辐射的化学制剂。

三是减小机身表面缝隙，减少雷达反射面。

四是采用充电表面涂层，使其具有变色的特性。

因而从地面向上看，无人机具有与天空一样的颜色；从空中俯瞰，无人机呈现出与大地一样的颜色。

(8)从实时战术侦察向空中预警方向发展。

美军认为，21世纪的空中侦察系统主要由无人机组成。

美军计划用预警无人机取代E-3和E-8有人驾驶预警机，使其成为21世纪航空侦察的主力。

(9)向空中格斗方向发展。

攻击型无人机是无人机的一个重要的发展方向。

由于无人机能预先靠前部署，可以在距离所防卫目标较远的距离上摧毁来袭的导弹，从而能够有效地克服“爱国者”或C-300等反导导弹反应时间长、拦截距离近、拦截成功后的残骸对防卫目标仍有损害的缺点。

4.2无人机的劣势
相对地，无人战斗机也存在一定的劣势。

例如，无人战斗机很容易受到干扰以及人员因素的影响。

而且，无人战斗机的行动还存在滞后性，虽然无线电通信能够迅速传播，但在空战过程中反应时间也是至关重要的。

此外，无人战斗机还存在单点失效性：一旦敌军摧毁了指挥中心，那么所有无人战斗机便去丧失效用。

4.3结论与展望
无人机发展是航空航天领域的一个重要方向，由于无人驾驶飞机还是边防部队的新生事物，实战经验少，各项技术不够完善，使其作战应用还只局限于理论阶段，并未完全发挥出应有的巨。