CN106209278A - 一种无人直升机旋翼缝隙检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人直升机旋翼缝隙检测方法，具体为第一步，对机载端接收到的射频信号进行处理得到基带数字信号，并实时进行信号平均功率的计算；第二步，将信号功率的计算结果与机载卫通调制解调器预设的阈值进行比较，若高于预设的阈值，则认为接收到的信号没有被遮挡，反之则认为接收到的信号被遮挡；第三步，根据比较结果确定信号无遮挡的区间，以便在旋翼遮挡缝隙进行信号回传。本发明提供的旋翼缝隙检测方法，可以最大限度地利用未遮挡缝隙，提高数据回传的平均速率和信道利用率。

Description

一种无人直升机旋翼缝隙检测方法

技术领域

本发明涉及无人飞行器的检测方法，特别是一种无人直升机旋翼缝隙检测方法。

背景技术

随着我国无人机产业的不断发展以及其灵活、安全性高的优势，越来越多的领域如电力、海洋、测绘、林业等开始应用无人直升机进行相关作业，但是在山区以及复杂环境下，普通视距数据链会因为遮挡、多径等因素导致无人直升机通信的可靠性降低，而无人直升机搭载卫通数据链可以有效地解决上述问题，但由于卫通天线安装于旋翼下方，会造成信号的周期性遮挡，因此有必要对无人直升机的旋翼缝隙检测方法进行研究，以拓宽无人机卫星通信的应用范围。

对用于无人直升机的旋翼缝隙检测方法进行研究的现有技术状况有：

[1]参考文献1《一种基于LMS的直升机旋翼缝隙时间预测方法及装置》中给出了一种利用LMS自适应滤波的算法来预测旋翼的遮挡时间和未遮挡时间，但这种方法没有给出如何确定未遮挡起始位置和结束位置的方法，且预测误差很大，尤其是在直升机进行俯冲、上升和旋转时会导致估计不准确，造成通信链路中断。

[2]参考文献2《基于LT码的直升机卫星通信》中采用信道编码的方式来对抗因遮挡引起的数据丢失，利用多层预编码的方式来提高通信系统的抗干扰能力，但缺点是编码和译码算法过于复杂。

[3]参考文献3《直升机抗旋翼遮挡卫星通信方法》中提出了采用非线性变换的方法来进行旋翼缝隙检测，但这种方法需要进行大量的FFT运算，计算量较大，实现复杂度较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人直升机旋翼缝隙检测方法，可以最大限度地利用未遮挡缝隙，提高数据回传的平均速率和信道利用率。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种无人直升机旋翼缝隙检测方法，其特征在于，步骤是：

第一步，对机载端接收到的射频信号进行处理得到基带数字信号，并实时进行信号功率的计算；

机载端接收到射频信号后先进行AD采样，完成模拟信号到数字信号的变换，进行载波同步和正交下变频等操作，得到基带数字信号，累计接收一定时间长度的数据后对每个数据点进行信号功率计算并求平均得到信号在这一时段的平均功率，之后进行窗口滑动，计算下一时间段信号的平均功率，以此类推，并将每次的计算结果存入寄存器中以便后续读取。

第二步，将信号功率的计算结果与机载卫通调制解调器预设的阈值进行比较，若高于预设的阈值，则认为接收到的信号没有被遮挡，反之则认为接收到的信号被遮挡；

比较器从寄存器中读取信号功率计算结果，并与机载卫通调制解调器预设的阈值进行比较，设定阈值为机载卫通调制解调器的接收机灵敏度加上某个固定值，若信号功率计算结果高于机载卫通调制解调器的接收机灵敏度加上这个固定值，则认为接收到的信号没有被遮挡，若信号功率计算结果小于等于机载卫通调制解调器的接收机灵敏度加上这个固定值，则认为接收到的信号被遮挡。

第三步，根据比较结果确定信号无遮挡的区间，以便在旋翼遮挡缝隙进行信号回传；

根据第二步确定的信号遮挡结果来控制信号回传的起始位置与结束位置，当信号由遮挡变为未遮挡时，此时为信号回传的起始位置，当信号由未遮挡变为遮挡时，此时为信号回传的结束位置。

本发明的有益效果是：本发明是一种旋翼缝隙检测方法，应用于无人直升机机载信号检测装置的一项发明。可以最大限度地利用未遮挡缝隙，提高数据回传的平均速率和信道利用率。

附图说明

图1为本发明一种无人直升机旋翼缝隙检测方法的工作流程框图。

图2为本发明中一种用于无人直升机旋翼缝隙检测方法的原理图。

图3为本发明中基于信号功率测量的缝隙检测结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种无人直升机旋翼缝隙检测方法的步骤包括(如图1)：

第一步，对机载端接收到的射频信号进行处理得到基带数字信号，并实时进行信号功率的计算；

机载端接收到射频信号后先进行AD采样，完成模拟信号到数字信号的变换，进行载波同步和正交下变频等操作，得到基带数字信号s＝[s(1),s(2),...s(N)]，N为接收端缓存器大小，之后分别计算每个s(i)的信号功率并求平均，得到即

$\stackrel{\‾}{s}\left(1\right)=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{s}^2\left(i\right)$

之后进行窗口滑动，缓存器中的数据变为s＝[s(2),s(3),...s(N+1)]，计算此时间段信号的平均功率：

$\stackrel{\‾}{s}\left(2\right)=\frac{1}{N}\underset{i=2}{\overset{N+1}{\Σ}}{s}^2\left(i\right)$

以此类推，并将每次的计算结果存入寄存器中以便后续读取。

第二步，将信号功率的计算结果与机载卫通调制解调器预设的阈值进行比较，若高于预设的阈值，则认为接收到的信号没有被遮挡，反之则认为接收到的信号被遮挡

比较器依次从寄存器中读取信号功率计算结果M为寄存器大小，并分别与机载卫通调制解调器预设的阈值s'进行比较，这里s'＝D+3dB，D为卫通调制解调器的接收机灵敏度，单位为dBm。若大于s'，则认为接收到的信号没有被遮挡，若小于等于s'，则认为接收到的信号被遮挡。

第三步，根据比较结果确定信号无遮挡的区间，以便在旋翼遮挡缝隙进行信号回传

根据第二步确定的信号遮挡结果来控制信号回传的起始位置与结束位置，并通过高低电平来控制天线是否发送返向信号，当信号由遮挡变为未遮挡时，为信号回传的起始位置，此时天线控制信号变为高电平，天线发送信号开关打开，发送返向信号，当信号由未遮挡变为遮挡时，为信号回传的结束位置，此时天线控制信号变为低电平，天线发送信号开关关闭，停止发送返向信号。

图2所示的实施例表明，本发明方法采用利用前向链路信号进行旋翼缝隙检测的方式，即需要实时检测前向链路信号功率的变化，根据变化情况确定通信窗口。流程如下：机载端收到前向链路信号后，通过天线、微波前端接收到达机载卫通调制解调器进行载波同步，之后进行信号功率测量；将测量结果与接收机灵敏度进行比较，如果大于接收机灵敏度则认为此时无遮挡，若小于则认为此时遮挡；从图中可以看出，大于接收机灵敏度的时间区间即为最大可通信时间，但为了保险起见，需要保证最低接收信号功率大于接收机灵敏度3dB，因此最大可通信时间区间即为图中虚线之间的部分。

图3所示的实施例表明了本发明中采用信号功率检测的方法得到的缝隙检测结果。仿真采用滑动平均的方式计算信号功率，从图中可以看到，旋翼遮挡会导致信号功率明显降低，而在无遮挡的时候，信号功率检测结果恢复正常，这与理论分析的结论一致，只是由于噪声信号的影响使得无遮挡时测量出来的信号功率值存在小幅波动，但测量结果也明显高于遮挡时测得的信号功率，因此可以通过此方法确定遮挡区间。

本实施例未述部分与现有技术相同。

Claims (1)

1.一种无人直升机旋翼缝隙检测方法，其特征在于，步骤是：

第一步，对机载端接收到的射频信号进行处理得到基带数字信号，并实时进行信号功率的计算；

机载端接收到射频信号后先进行AD采样，完成模拟信号到数字信号的变换，进行载波同步和正交下变频等操作，得到基带数字信号，累计接收一定时间长度的数据后对每个数据点进行信号功率计算并求平均得到信号在这一时段的平均功率，之后进行窗口滑动，计算下一时间段信号的平均功率，以此类推，并将每次的计算结果存入寄存器中以便后续读取；

第二步，将信号功率的计算结果与机载卫通调制解调器预设的阈值进行比较，若高于预设的阈值，则认为接收到的信号没有被遮挡，反之则认为接收到的信号被遮挡；

比较器从寄存器中读取信号功率计算结果，并与机载卫通调制解调器预设的阈值进行比较，设定阈值为机载卫通调制解调器的接收机灵敏度加上某个固定值，若信号功率计算结果高于机载卫通调制解调器的接收机灵敏度加上这个固定值，则认为接收到的信号没有被遮挡，若信号功率计算结果小于等于机载卫通调制解调器的接收机灵敏度加上这个固定值，则认为接收到的信号被遮挡；

第三步，根据比较结果确定信号无遮挡的区间，以便在旋翼遮挡缝隙进行信号回传；

根据第二步确定的信号遮挡结果来控制信号回传的起始位置与结束位置，当信号由遮挡变为未遮挡时，此时为信号回传的起始位置，当信号由未遮挡变为遮挡时，此时为信号回传的结束位置。