CN110011032A - 一种机载应急通讯系统天线的收放控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机载应急通讯系统天线的收放控制装置及方法，至少包括飞机飞行位置传感器、至少一个获取模块以及至少一个调整模块，其中，用于控制所述机载应急通讯系统天线位置姿态的第一调整模块被配置为：响应于第一移动时长超出预设时长阈值时确定至少一个用于将第一指向调整时长与第一展开调整时长之间建立动态关联关系的预设分配比重，预设分配比重以逐渐降低第一展开调整时长且相应地逐渐增大第一指向调整时长的方式进行更新，直到第一移动时长不超出预设时长阈值时停止并输出与该第一移动时长对应的第一指向调整时长、第一展开调整时长以及天线安全平衡制动位置，以实现预估损耗量最小化与天线覆盖区域面积效率最大化之间的优化解。

Description

一种机载应急通讯系统天线的收放控制装置及方法

技术领域

本发明涉及航空航天通讯技术领域，尤其涉及一种机载应急通讯系统天线的收放控制装置及方法。

背景技术

应急通讯是指在出现自然的或人为的突发性紧急情况时，利用各自通讯资源，进行保障救援、紧急救助和必要通讯的特殊通讯机制。近年来，在很多交通不便的山区、海域，以及由于地震等自然因素、人为因素造成的通讯中断，需要立即开通通讯，使信息能及时传输。今年来多场破坏性地震相继发生，对通信基础设施造成了严重的破坏，给抢险救灾工作带来了很大的困难。应急通讯是突发性紧急事件时通信需求的基础保障，建立并完善先进的应急通讯系统是面对地震等突发性紧急事件时抢险救灾的重要工作内容，因此，对应急通讯的研究具有极其重要的意义。

现代意义的应急通讯一般是指为应对自然或人为突发性紧急情况时，综合利用各种通信资源，保障信息传递、紧急救助或指挥调度等工作顺利开展所需的一种通信手段，它是一种暂时性、快速响应的特殊通信机制。应急通讯除了需要满足时间突发性、地点不确定性、业务紧急性和信息多样性等要求外，还须具备部署快速、易于安装、扩展性强、成本合理等特点，并提供可靠的信息传输服务。应急通讯不是一种通信方式，而是一组支持不同应急需求、具有不同属性的通信方式。

市场上大多采用系留多旋翼无人机作为应急通讯基站。在遇到自然灾害、电力中断等特殊环境下，通过系留无人机完全可以实现应急通讯通讯保障。系留多旋翼无人机通信基站是随着多旋翼无人机技术发展起来的一种新兴通信技术，提高了人们应对各种自然灾害的能力，减少了灾害所造成的损失。在如洪水暴发、地震、泥石流、火灾、雪灾、大风沙等自然灾害中，在有线通信网络被破坏的情况下，利用系留多旋翼无人机通信系统，可以迅速建立起新的通信系统，以最快的速度与灾区取得联系，保障救援工作的顺利进行。通过系留多旋翼无人机通信系统搭载自组网电台、集群微型基站、微型基站等多种通信载荷，形成多种灵活的通信应用配置方式，在灾区核心区域快速开通通信服务。应急通讯基站空中部分由高空载体搭载基站设备、基站天线、机地连接设备组成。

典型的应急通讯系统包括至少一个应急通讯设备、至少两个中继设备和至少两个飞机，应急通讯设备包括信号处理模块和通信控制模块，信号处理模块设置于一个飞机上，通信控制模块设置在另一个飞机上，每个飞机上分别设置一个中继设备。应用时，利用中继设备实现信号处理模块与通信控制模块之间的信号传递，使一个应急通讯设备、一个中继设备和两个飞机形成的应急通讯系统，可以实现覆盖区域内的通讯通畅。但是，由于中继设备包括射频模块和天线，当该应急通讯系统被使用的过程中，飞机通常有落在地面和飞在空中两种状态。当飞机在空中时，为了扩大覆盖区域的面积，必须将天线垂下；而飞机在地面时，天线如果继续保持垂下的状态，会造成损坏，并且如果还是按照正常发射功率实现通讯，会因发射系数大，导致射频模块烧毁，导致现有的应急通讯系统存在易在使用过程中出现损坏的情况。

中国专利(公开号为CN107465449A)公开了一种应急通讯系统天线的控制方法及装置，实时检测天线的状态信息，根据该状态信息判断该天线是否满足预设标准，根据判断结果控制天线的收起和展开，以及控制射频模块正常发射功率和降低发射功率。防止应急通讯系统位于地面时，天线还处于舒展状态，不仅易被磨损，还会因天线的状态不好，影响通讯效果；并且，若此时仍然发射功率，则会因发射系数大，导致射频模块烧毁。该发明实施例提供的控制方法，可根据天线的状态进行实时控制，解决应急通讯系统在使用过程中易出现损坏的问题。

但该专利提供的应急通讯系统天线的控制方法及装置，只是通过飞机飞行所处位置高度与预设单一阈值进行对比，来控制所述应急通讯系统天线的展开或收起，该应急通讯系统忽视了在一定飞行速度下系统天线的展开或收起过程均会受到气流或低空飞行时地形等飞行环境的影响，不仅不能够有效地通过借助所述环境下的气流信息进行有效控制，导致机载收放过程因受到飞行环境影响而增大了飞机燃料的消耗，尤其在需要快速可靠地为急需开展救援行动的地区提供应急通讯系统时，该系统无法保证应急通讯为该地区的持续支持进而严重影响救援行动的开展。同时对于急需开展救援行动的地区大多数处于地形复杂的山区，该系统并未针对特殊的飞行环境进行动态判断，而只能通过预设单一阈值进行判断飞机飞行状态还是即将降落状态，尤其是在低空飞行的情况下很容易频繁发出警告，造成不必要的机载天线展开或收起过程而浪费更多的飞机燃料来回进行机载天线收放。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种机载应急通讯系统天线的收放控制装置，至少包括飞机飞行位置传感器、至少一个获取模块以及至少一个调整模块，其中，用于控制所述机载应急通讯系统天线位置姿态的第一调整模块被配置为：

基于由所述飞机飞行位置传感模块获取的飞行环境数据检测信息确定至少包括用于天线指向调整的第一指向调整时长和用于天线反射面调整的第一展开调整时长的第一天线调整控制信息，并且基于所述第一指向调整时长和所述第一展开调整时长之中数值较大的之一确定第一移动时长，其中，响应于所述第一移动时长超出预设时长阈值时确定至少一个用于将所述第一指向调整时长与所述第一展开调整时长之间建立动态关联关系的预设分配比重，所述预设分配比重以逐渐降低所述第一展开调整时长且相应地逐渐增大所述第一指向调整时长的方式进行更新，直到所述第一移动时长不超出预设时长阈值时停止并输出与该第一移动时长对应的第一指向调整时长、第一展开调整时长以及天线安全平衡制动位置，以实现所述预估损耗量最小化与天线覆盖区域面积效率最大化之间的优化解。

根据一种优选实施方式，所述第一调整模块还响应于在所述第一移动时长不超出预设时长阈值时，结合飞行爬降轨迹和飞行爬降初始位置确定与所述第一移动时长相对应的天线安全平衡制动位置，从而基于所述天线安全平衡制动位置能够确定天线开始进行调整的且位于所述飞行爬降轨迹上的位置。

根据一种优选实施方式，所述第一调整模块还被配置为用于执行以下步骤：

S1：响应于所述第一移动时长超出所述预设时长阈值时确定至少一个用于将所述第一指向调整时长与所述第一展开调整时长之间建立动态关联关系的预设分配比重；

S2：所述预设分配比重以逐渐降低所述第一展开调整时长且相应地逐渐增大所述第一指向调整时长的方式进行更新，以确定与该预设分配比重相对应且用于更新所述第一指向调整时长的第二指向调整时长，以及与该预设分配比重相对应且用于更新所述第一展开调整时长的第二展开调整时长；

S3：由此，基于更新后的第一指向调整时长和更新后的第一展开调整时长之中数值较大的之一确定用于更新所述第一移动时长的第二移动时长，并将更新后的第一移动时长与所述预设时长阈值进行再次比对；

S4：依次重复上述步骤S1～步骤S3，直到所述第一移动时长不超出预设时长阈值时停止并输出与该第一移动时长对应的第一指向调整时长、第一展开调整时长以及天线安全平衡制动位置。

根据一种优选实施方式，所述飞机飞行位置传感模块至少包括第一飞行环境数据监测单元，所述第一飞行环境数据监测单元被配置为：

在飞机位于所述飞行爬降初始位置时的第一时刻获取实时采集到的与该飞行爬降初始位置所涉及区域相关联的且用于提供大气层预测所需参数集合的当前气动力信息，并基于所述飞行爬降轨迹所涉及区域与所述飞行爬降初始位置之间的位置关系进行预测计算并生成位于该飞行爬降轨迹所涉及区域的第一气动力信息；

在飞机位于所述飞行爬降轨迹时的第二时刻获取实时采集到的与该飞行爬降轨迹所涉及区域相关联的且用于飞机在所述飞行爬降轨迹进行调整修正的第二气动力信息。

根据一种优选实施方式，所述第二调整模块用于在接收到至少一个执行相关的特定事件的指令时确定所述飞机位置传感器用于执行该特定事件的所需预估消耗量，所述第二调整模块被配置为：

在所述第一调整模块基于由所述第一获取模块获取的飞行爬降初始位置和飞行爬降目标位置确定至少一个飞行爬降轨迹时，通过结合所述飞行爬降初始位置、所述飞行爬降目标位置和所述飞行爬降轨迹完成自该所述飞行爬降轨迹由飞行爬降初始位置爬升或下降至飞行爬降目标位置上的爬降预估规划过程并生成相应的完成该爬降预估规划过程中所述机载天线的收放所需要消耗的所需预估消耗量。

根据一种优选实施方式，所述飞机飞行位置传感模块还包括第二飞行环境数据监测单元，所述第二飞行环境数据监测单元被配置为：

S1：基于空间位置传感器获取飞机位于所述飞行爬降轨迹中的实时飞行位置经纬度坐标信息，基于空间高度传感器获取飞机位于所述飞行爬降轨迹中的实时飞行位置飞行高度信息；

S2：基于获取的所述实时飞行位置飞行高度信息确定当前基准水平面及相应基准水平面信息，所述基准水平面信息至少包括向上高度冗余、向下高度冗余、向左水平冗余、向右水平冗余以及前方水平观察距离，并由此构成一个封闭空间；

S3：在高度冗余范围内即在飞行高度与向上高度冗余之和至飞行高度与向下高度冗余之差内进行合理分层且选取一定数量的确定高度，其中在每个选取的确定高度下，结合地形数据库生成所述确定高度所在的当前基准水平面内的地形点阵；

S4：将所述各个选取高度所在水平面内的地形点阵进行叠加，所形成的距离最接近飞机的点的连线为当前地形轮廓线，确定为所述飞机飞行的安全飞行最低边界。

根据一种优选实施方式，所述第二飞行环境数据监测单元还被配置为：基于飞机水平位置确定至少一个距离冗余，沿着所述当前地形轮廓线朝向飞机飞行方向延伸出更新地形轮廓线，所述更新地形轮廓线上的每一点与所述当前地形轮廓线之间的最短距离均为所述距离冗余，并以所述更新地形轮廓线更新所述飞机飞行的安全飞行最低边界。

根据一种优选实施方式，所述第二飞行环境数据监测单元还被配置为：基于所述安全飞行最低边界预测计算所述飞机位于下一时刻时的飞行位置飞行高度信息，并在所述飞行位置高度信息低于预设飞行高度信息时判断所述机载天线可能出现损坏，结合所述飞行位置飞行高度信息与所述机载天线的运行速度计算确定用于限制所述机载天线调整程度以避免可能损坏的所述预设时长阈值。

一种机载应急通讯系统天线的收放控制方法，所述展开体积控制方法至少包括以下步骤：

基于由飞机飞行位置传感模块获取的飞行环境数据检测信息确定至少包括用于天线指向调整的第一指向调整时长和用于天线反射面调整的第一展开调整时长的第一天线调整控制信息，并且基于所述第一指向调整时长和所述第一展开调整时长之中数值较大的之一确定第一移动时长，其中，

响应于所述第一移动时长超出预设时长阈值时确定至少一个用于将所述第一指向调整时长与所述第一展开调整时长之间建立动态关联关系的预设分配比重，所述预设分配比重以逐渐降低所述第一展开调整时长且相应地逐渐增大所述第一指向调整时长的方式进行更新，直到所述第一移动时长不超出预设时长阈值时停止并输出与该第一移动时长对应的第一指向调整时长、第一展开调整时长以及天线安全平衡制动位置，以实现所述预估损耗量最小化与天线覆盖区域面积效率最大化之间的优化解。

根据一种优选实施方式，所述收放控制方法还包括以下步骤：

S1：响应于所述第一移动时长超出所述预设时长阈值时确定至少一个用于将所述第一指向调整时长与所述第一展开调整时长之间建立动态关联关系的预设分配比重；

S2：所述预设分配比重以逐渐降低所述第一展开调整时长且相应地逐渐增大所述第一指向调整时长的方式进行更新，以确定与该预设分配比重相对应且用于更新所述第一指向调整时长的第二指向调整时长，以及与该预设分配比重相对应且用于更新所述第一展开调整时长的第二展开调整时长；

S3：由此，基于更新后的第一指向调整时长和更新后的第一展开调整时长之中数值较大的之一确定用于更新所述第一移动时长的第二移动时长，并将更新后的第一移动时长与所述预设时长阈值进行再次比对；

S4：依次重复上述步骤S1～步骤S3，直到所述第一移动时长不超出预设时长阈值时停止并输出与该第一移动时长对应的第一指向调整时长、第一展开调整时长以及天线安全平衡制动位置。

本发明提供的一种机载应急通讯系统天线的收放控制装置及方法至少具有如下有益技术效果：

(1)本发明提供的一种机载应急通讯系统天线的收放控制装置及方法，借助于飞机本身配备有飞行分析控制系统的有利优势，通过结合该飞行分析控制系统提供的飞行环境信息动态地对机载天线进行控制，以在保证机载天线覆盖区域面积与覆盖时间最大化，即为急需开展救援行动的地区提供及时有效的应急通讯系统的同时，尤其对于急需开展救援行动而处于地形复杂的山区，还通过该飞行分析控制系统提供的实时更新的安全飞行最低边界，动态地对天线是否需要进行制动进行判断，不但保证了在机载天线使用过程中可能出现损坏的问题，并且减少了不必要的天线展开或收起过程，进而有效避免现有技术中未解决的飞机燃料不必要损耗的问题，并以此实现飞机的预估损耗量最小化与天线覆盖区域面积效率最大化之间的优化解。

(2)本发明通过设置基于不同时刻获取的相关气动力信息完成机载天线调整的预测-修正过程，分段式调整不仅能够快速大致调整到位以保证机载天线覆盖区域面积与覆盖时间能够最大化，并且通过后续机载天线较小幅度的调整对前段预测结果的不确定性进行修正，使得该预测结果因受到时间波动性和空间差异性而引起的误差，能够被收敛至允许误差范围内，不仅分段式调整达到使飞机爬降过程更加趋于稳定的目的，弥补了现有技术中一次性调整通常导致波动性和调整误差较大的缺点，并能够有效提高机载天线收放的准确性和位置精度。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的机载天线的简化模块连接关系示意图。

附图标记列表

1：第一获取模块 2：第二获取模块 3：第一调整模块

4：第二调整模块 201：第一飞行环境数据监测单元

202：调整修正单元

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种机载应急通讯系统天线的收放控制装置，至少包括飞机飞行位置传感模块、至少一个获取模块以及至少一个调整模块。其中，第一调整模块基于由所述飞机飞行位置传感模块获取的飞行环境数据检测信息，确定至少包括用于天线指向调整的第一指向调整时长和用于天线反射面调整的第一展开调整时长的第一天线调整控制信息。并且第一调整模块基于所述第一指向调整时长和所述第一展开调整时长之中数值较大的之一确定第一移动时长。其中，第一调整模块响应于所述第一移动时长超出预设时长阈值时，确定至少一个用于将所述第一指向调整时长与所述第一展开调整时长之间建立动态关联关系的预设分配比重。所述预设分配比重以逐渐降低所述第一展开调整时长和/或逐渐降低所述第一指向调整时长的方式进行更新。直到所述第一移动时长不超出预设时长阈值时，停止更新所述预设分配比重，并输出与该第一移动时长对应的第一指向调整时长、第一展开调整时长以及天线安全平衡制动位置。实现了所述预估损耗量最小化与天线覆盖区域面积效率最大化之间的优化解。

本发明提供的一种机载应急通讯系统天线的收放控制装置及方法，借助于飞机本身配备有飞行分析控制系统的有利优势，通过结合该飞行分析控制系统提供的飞行环境信息动态地对机载天线进行控制，以在保证机载天线覆盖区域面积与覆盖时间最大化，即为急需开展救援行动的地区提供及时有效的应急通讯系统的同时，尤其对于急需开展救援行动而处于地形复杂的山区，还通过该飞行分析控制系统提供的实时更新的安全飞行最低边界，动态地对天线是否需要进行制动进行判断，不但保证了在机载天线使用过程中可能出现损坏的问题，并且减少了不必要的天线展开或收起过程，进而有效避免现有技术中未解决的飞机燃料不必要损耗的问题，并以此实现飞机的预估损耗量最小化与天线覆盖区域面积效率最大化之间的优化解。

在机载天线的指向越精准和/或展开面积越大的情况下可以保证天线覆盖区域面积效率。在收放机载天线的过程中包括对飞机上携带的有限燃料的损耗。而现有技术中对于机载天线的调整过程只能通过预设单一阈值进行判断，对于需开展救援行动的大多数地区处于地形复杂的山区，要求飞机在保持低空飞行的同时为该地区提供应急通讯，单一阈值无法适应复杂地形，并且频频出现警报可能导致机载天线的收放过程频繁，不利于机载天线为该地区提供可靠有效的应急通讯。本发明通过分析飞行地区复杂地形，为飞机及展开的机载天线提供实时更新的安全飞行最低边界，给出了机载天线能够展开或转向的最大限制程度即确定了预设时长阈值。为了给需开展救援行动的大多数地区提供及时有效长时间的应急通讯，结合当前采集到的飞机飞行环境信息，能够计算得到在当前飞行环境信息下天线进行完全转向调整以及完全展开调整所需时长。计算得到的调整时长并不作为实际的调整时长和调整程度，因为地形的缘故需要对机载天线下放程度进行限制。基于该预设时长阈值对转向调整时长以及展开调整时长进行限制并动态地调整。在转向调整时长和展开调整时长两者中较长的一者不超出所述预设时长阈值时，即确定其为实际的调整时长和调整程度。避免了单一阈值无法适应复杂地形，并且频频出现警报可能导致机载天线的收放过程频繁的问题。由此在保证机载天线安全的前提下实现了所述预估损耗量最小化与天线覆盖区域面积效率最大化之间的优化解。

根据一种优选实施方式，所述第一调整模块还被配置为：基于由第一获取模块获取的飞行爬降初始位置和飞行爬降目标位置确定至少一个飞行爬降轨迹，并基于于第一时刻获取的与该飞行爬降轨迹所涉及区域相关联的第一气动力信息生成飞行环境数据检测信息，基于所述飞行环境数据检测信息确定第一天线调整控制信息；

基于所述飞行爬降初始位置和所述飞行爬降目标位置确定至少一个用以执行相关的特定事件的指令，并在接收到至少一个执行相关的特定事件的指令时，确定飞机位置传感器用于执行该特定事件的所需预估消耗量；

基于所述第一天线调整控制信息和所述预估消耗量确定所述飞机位置传感器和所述机载天线分别对应的爬降需求混合比例系数以及与之对应的第一控制指令和第二控制指令，以使得所述机载天线的所述第一调整模块按照对接收所述第二控制指令的所述飞机位置传感器的第二调整模块进行气动力补偿的方式接收所述第一控制指令，并基于由所述第二获取模块于第二时刻获取的与该飞行爬降轨迹所涉及区域相关联的第二气动力信息进行至少一次调整修正以执行至少一个相关的特定事件。

本发明通过设置基于不同时刻获取的相关气动力信息完成机载天线调整的预测-修正过程，分段式调整不仅能够快速大致调整到位以保证机载天线覆盖区域面积与覆盖时间能够最大化，并且通过后续机载天线较小幅度的调整对前段预测结果的不确定性进行修正，使得该预测结果因受到时间波动性和空间差异性而引起的误差，能够被收敛至允许误差范围内，不仅分段式调整达到使飞机爬降过程更加趋于稳定的目的，弥补了现有技术中一次性调整通常导致波动性和调整误差较大的缺点，并能够有效提高机载天线收放的准确性和位置精度。

优选的，第一气动力信息是根据当前位置处的当前第一气动力信息进行预估得到的，包括方向和风力，但是由于肯定具有一定的误差，需要在到达飞行爬降轨迹后进行再一次地采集确定新的第一气动力信息，根据该第一气动力信息对预测程序进行改进；该第一气动力信息生成了对应新的天线调整控制信息，基于该新的天线调整控制信息进行第二次爬降，精确该爬降的准确性。

优选的，第二获取模块可以是完成大气参数感知、测量、解算并输出的机载航电设备，为所述第二调整模块提供用于大气层预测所需的包括有实时大气参数集合的实时气动力信息。其中气动力信息可以包括阻力系数、升力系数、滚转力矩系数等信息。现有技术中主要有传统大气数据系统、嵌入式大气数据系统两类。其中传统大气数据系统以伸出机体的空速管为标志，并结合其他传感器(攻角/侧滑角/总温传感器)实现总压、静压、攻角、侧滑角及总温的直接测量，然后利用大气数据计算机进行相关的解算和校正，完成大气数据的测量，测量原理简单、发展最早、技术成熟稳定，已在国内外军机和民机上广泛应用。嵌入式大气数据系统是一种依靠嵌入在飞行器前端(或机翼)不同位置上的压力传感器阵列来测量飞行器表面的压力分布，并由压力分布获取大气参数。这一技术的提出与发展，全面提升了大气数据传感技术的水平。该装置不仅便于隐身，而且有效解决了大攻角、高马赫数飞行时大气数据测量问题，极大地提高了大气数据系统的适用范围。优选的，执行相关的特定事件的指令可以为指示该飞机进行爬升或下降的指令，至少包括爬降所需的飞行爬降初始位置和飞行爬降目标位置等必要信息。

根据一种优选实施方式，所述第一调整模块基于所述飞行环境数据检测信息确定的第一天线调整控制信息至少包括用于天线指向调整的第一指向调整时长和用于天线反射面调整的第一展开调整时长，并且基于所述第一指向调整时长和所述第一展开调整时长之中数值较大的之一确定第一移动时长，其中，所述第一调整模块响应于所述第一移动时长不超出预设时长阈值时结合所述飞行爬降轨迹和所述飞行爬降初始位置确定与所述第一移动时长相对应的天线安全平衡制动位置，从而基于所述天线安全平衡制动位置能够确定天线开始进行调整的且位于所述飞行爬降轨迹上的位置。优选的，所述第一移动时长为飞机由飞行爬降初始位置沿着所述飞行爬降初始位置移动至飞行爬降轨迹处的所需时长，由于飞行爬降初始位置和飞行爬降轨迹以及飞机本身速度等参数均是已知的，由此能够计算得出所述第一移动时长。

根据一种优选实施方式，所述第一调整模块还被配置为用于执行以下步骤：

S1：响应于所述第一移动时长超出所述预设时长阈值时确定至少一个用于将所述第一指向调整时长与所述第一展开调整时长之间建立动态关联关系的预设分配比重；

S2：所述预设分配比重以逐渐降低所述第一展开调整时长且相应地逐渐增大所述第一指向调整时长的方式进行更新，以确定与该预设分配比重相对应且用于更新所述第一指向调整时长的第二指向调整时长，以及与该预设分配比重相对应且用于更新所述第一展开调整时长的第二展开调整时长；

S3：由此，基于更新后的第一指向调整时长和更新后的第一展开调整时长之中数值较大的之一确定用于更新所述第一移动时长的第二移动时长，并将更新后的第一移动时长与所述预设时长阈值进行再次比对；

S4：依次重复上述步骤S1～步骤S3，直到所述第一移动时长不超出预设时长阈值时停止并输出与该第一移动时长对应的第一指向调整时长、第一展开调整时长以及天线安全平衡制动位置，以实现所述预估损耗量最小化与天线覆盖区域面积效率最大化之间的优化解。

优选的，所述动态关联关系即为其中之一对应的分配比重系数改变时，另一方对应的分配比重系数也相应改变，即为预设时长阈值是随着步骤的重复执行次数逐渐地动态变化，变化趋势可以为逐级降低。

优选的，基于第一气动力信息确定的第一指向调整时长和第一展开调整时长，其中第一展开调整时长不超出将整个天线自完全展开位置至完全收拢位置的调整时长，即在第一气动力信息为助力的情况下天线可以展开至完全展开，在第一气动力信息为阻力的情况下可以收拢至完全收拢以减小阻力面积，但必须调整至与第一气动力信息相对应的第一指向调整时长；基于第一指向调整时长和第一展开调整时长之间较大的一个时长可以确定至少一个移动时长，并将所述移动时长结合飞行爬降轨迹可以确定天线安全平衡制动位置。天线安全平衡制动位置即为天线开始调整指向和展开面积的位置，保证了在转动至飞行爬降轨迹处时已经基于预测的第一气动力信息，天线已经调整至预定指向和预定展开面积。

在所述移动时长不超出预设阈值时长时，即为在该移动时长内均为可接受范围内脱离与地面场之间的对准的预设阈值时长，预设阈值时长可以通过预先设置而限制天线的可调整程度，从而能够避免为最大程度利用/降低气动力信息时天线转动和/或展开过度，极大地延长了与该地区失准的时长，导致严重影响到机载天线的通信质量；在移动时长超出预设阈值时长时，通过控制第一指向调整时长与第一展开调整时长之间的预设分配比重，使其能够在达到较好的助力程度下还达到了较短的失准时长，直到重新得到的移动时长不超出预设阈值时长。或是根据其他的飞机进行爬降时采集的大量数据进行重新分析而得到的优选方案，能够借助于所述优选方案直接设定优选的预设分配比重。

由于可能在转向到位后却还未完全展开，因此移动时长为转向时长与展开时长之间较大的展开时长，或是已经完成展开/收缩而转向未完成时则移动时长为应该为转向时长与展开时长之间较大的转向时长。若转向时长小于展开时长，即为天线已经转向到位但仍未完全展开到位，此时所述移动时长为转向时长与展开时长之间较大的展开时长，并且在该移动时间内该飞机已经脱离与地面场之间对准；若转向时长大于展开时长，即为天线已展开到位但仍未完全转向到位，此时此时所述移动时长为转向时长与展开时长之间较大的转向时长，即两种情况下均为两者中较大的一个时长。在飞机完成爬升或下降的任务后，需要恢复天线对准地面场，因此需要在重新对天线状态进行判断后得到新的转向时长和展开时长。既可以在最大程度上辅助燃烧推力器进行爬降，减少了燃料的消耗，同时在最大程度上减少了未与地面场对准的时长，快速进行爬降并快速回复至天线与地面场之间的通讯连接。

根据一种优选实施方式，所述第二调整模块至少包括第一飞行环境数据监测单元，所述第一飞行环境数据监测单元被配置为：

在飞机位于所述飞行爬降初始位置时的第一时刻获取实时采集到的与该飞行爬降初始位置所涉及区域相关联的且用于提供大气层预测所需参数集合的当前气动力信息，并基于所述飞行爬降轨迹所涉及区域与所述飞行爬降初始位置之间的位置关系进行预测计算并生成位于该飞行爬降轨迹所涉及区域的第一气动力信息；

在飞机位于所述飞行爬降轨迹时的第二时刻获取实时采集到的与该飞行爬降轨迹所涉及区域相关联的且用于飞机在所述飞行爬降轨迹进行调整修正的第二气动力信息。

优选的，预测计算过程可以为：通过与多个其它飞机之间进行信息交互而建立基于其他飞机的多元信息数据库，所述多元信息数据库至少包括有在不同位置关系下其它飞机的当前气动力信息与第一气动力信息之间的对应关系，该对应关系可以包括实际数据之间的一一对应或是系数比例关系或是与自第一时刻至第二时刻之间的时长之间的变化趋势等能够提供气动力信息预测的关系，以便于当前飞机通过已知的位置关系和当前气动力信息只需要通过信息匹配的方式就能够快速得到预测的第一气动力信息，基于高空飞行的平流层大气以水平运动为主，气流相对稳定而可预测性较高，由此大量的实际数据支撑减少了气动力预测计算过程并能够快速可靠地获得预测信息。优选的，预测计算过程也可以为公开号为CN105874479A的中国专利中，所提供的依据微分方程用公式表示的气象模型，该微分方程描述在一定时间域和空间域内的大气行为，该时间域和空间域分别由给定的初始和边界条件表征。优选的，飞行爬降轨迹所涉及区域与所述飞行爬降初始位置之间的位置关系可以为两点之间沿着所述飞行爬降初始位置上的相对位移值。但是由于存在时间波动性和空间差异性使得该预测结果与实际时间实际位置处之间存在一定的误差，而该误差能够通过后续的进一步修正过程被收敛至允许误差范围内。

根据一种优选实施方式，所述第二调整模块用于在接收到至少一个执行相关的特定事件的指令时确定所述飞机位置传感器用于执行该特定事件的所需预估消耗量，所述第二调整模块被配置为：

在所述第一调整模块基于由所述第一获取模块获取的飞行爬降初始位置和飞行爬降目标位置确定至少一个飞行爬降轨迹时，通过结合所述飞行爬降初始位置、所述飞行爬降目标位置和所述飞行爬降轨迹完成以忽略所述飞行环境数据检测信息的方式自该所述飞行爬降轨迹由飞行爬降初始位置爬升或下降至飞行爬降目标位置上的爬降预估规划过程并生成相应的完成该爬降预估规划过程中所述机载天线的收放所需要消耗的所需预估消耗量。优选的，所述爬降预估规划过程即为在飞行爬降初始位置和飞行爬降目标位置以及点火爬降点的前提下，获取飞机位于飞行爬降初始位置和飞行爬降目标位置上的速度，基于不考虑所述飞行环境数据检测信息即气动力对飞机爬降过程产生的影响的条件下，预测计算出完成该特定事件所需的飞机位置传感器的预计消耗量。

根据一种优选实施方式，所述第二调整模块用于在通过于第一时刻判断所述飞行环境数据检测信息的气动力辅助系数的条件下，基于所述第一天线调整控制信息和所述预估消耗量确定所述飞机位置传感器和所述机载天线分别对应的爬降需求混合比例系数。例如公开号为CN102809377B的中国专利公开的一种飞行器惯性/气动模型组合导航方法，该专利通过气动模型解算的导航参数对惯性导航系统进行辅助，能够根据其提供的飞行器的动力学方程以及飞行器气动参数，利用飞行器已知的气动参数、外形参数、控制量以及运动参数信息求解得到飞行器所受到的合外力及力矩。同样地，通过已定的机载天线展开程度和相对指向结合飞机自身已知参数，可以确定大气密度参数、航天器等效迎风面积参数、大气阻力系数等构成的所述大气层预测所需参数集合，继而利用动力学方程和/或气动方程可以求解得到气动力信息对该飞机所施加的合外力及力矩，以此量化大气影响。

当所述气动力辅助系数小于1即判断出该气动力信息以阻力的方式影响相关的特定事件的执行过程，所述第二调整模块以借助于所述机载天线最大程度地降低该气动力信息影响的方式确定所述机载天线所对应的爬降需求混合比例系数，继而基于所述机载天线所对应的爬降需求混合比例系数且以最小程度地增加所述预估消耗量的方式确定所述飞机位置传感器所对应的爬降需求混合比例系数。

其中的气动力辅助系数可以为基于第一气动力信息中气动矢量与点火爬降时的飞行方向矢量之间且变动范围在0°～180°之间的夹角，而一固定角度与该夹角之间的比值即为所述气动力辅助系数。优选的，在第一时刻根据采集的第一气动力信息即可判断得出的飞行环境数据检测信息中包括所述该气动力辅助系数。

其中的一固定角度可以为0°～90°之间的任一数值，例如35°、45°或90°，该固定角是根据判断当前气动矢量是否能够通过转动天线指向和/或调整天线展开来增大气动影响或降低气动影响，例如在上述夹角为180°的情况下，即为气动力是以阻力的形式影响飞机爬降等相关的特定事件，并判断得到气动力辅助系数是小于1的，此时能够按照最大程度降低该气动力信息影响的方式确定机载天线的转向以及展开程度，例如可以完全收拢或转动至迎风面的反面等可以减小迎风面面积降低风阻系数。由此能够基于所述飞行环境数据检测信息可以确定第一天线调整控制信息。

而确定了第一天线调整控制信息后可以将大气影响进行量化，从而得到气动力信息对该飞机所施加的合外力及力矩。基于所述爬降预估规划过程并生成相应的完成该爬降预估规划过程中所述机载天线的收放所需要消耗的所需预估消耗量以及与之对应的对所述飞机所施加的预计合外力及预计力矩。气动力信息对该飞机所施加的合外力或力矩除以气动力信息对该飞机所施加的合外力或力矩和飞机位置传感器对所述飞机所施加的预计合外力或预计力矩之和得到的值即为所述机载天线所对应的爬降需求混合比例系数，继而由于所述飞机位置传感器和所述机载天线分别对应的爬降需求混合比例系数两者之和等于1，由此得到在所述机载天线所对应的爬降需求混合比例系数确定的基础上以最大程度地降低所述预估消耗量的方式确定的所述飞机位置传感器所对应的爬降需求混合比例系数。

当所述气动力辅助系数大于1即判断出该气动力信息以助力的方式影响相关的特定事件的执行过程，所述第二调整模块以借助于所述机载天线最大程度地利用该所述气动力信息的方式确定所述机载天线所对应的爬降需求混合比例系数，继而基于所述机载天线所对应的爬降需求混合比例系数且以最大程度地降低所述预估消耗量的方式确定所述飞机位置传感器所对应的爬降需求混合比例系数；其中，所述飞机位置传感器和所述机载天线分别对应的爬降需求混合比例系数两者之和等于1。

根据一种优选实施方式，所述第二调整模块还包括用于调整修正单元，所述调整修正单元被配置为：在第二时刻根据所述第二气动力信息与所述第一气动力信息之间的偏差获取与所述第一气动力信息相对应的第一天线调整控制信息的误差修正系数，基于该误差修正系数能够分别对与第二时刻所对应的飞机指向信息以及所对应的飞机展开信息进行较小调整范围内的调整修正以使得所述飞机在相关的特定事件的执行过程中能够与实际测得的第二气动力信息准确对应，并基于修正后的第一天线调整控制信息相对应地更新所述爬降需求混合比例系数以使得能够进一步精确控制所述飞机位置传感器在相关的特定事件的执行过程中提供的消耗量。

优选的，所述预设分配比重以同时逐渐降低所述第一展开调整时长和所述第一指向调整时长的方式进行更新或只是逐渐降低所述第一展开调整时长或只是逐渐降低所述第一指向调整时长。根据一种优选实施方式，所述第一调整模块3响应于所述第一移动时长超出所述预设时长阈值时确定至少一个用于将所述第一指向调整时长与所述第一展开调整时长之间建立动态关联关系的预设分配比重。所述预设分配比重以逐渐降低所述第一展开调整时长且相应地逐渐增大所述第一指向调整时长的方式进行更新，以确定与该预设分配比重相对应且用于更新所述第一指向调整时长的第二指向调整时长，以及与该预设分配比重相对应且用于更新所述第一展开调整时长的第二展开调整时长。所述第一调整模块3基于更新后的第一指向调整时长和更新后的第一展开调整时长之中数值较大的之一确定用于更新所述第一移动时长的第二移动时长，并将更新后的第一移动时长与所述预设时长阈值进行再次比对。直到所述第一移动时长不超出预设时长阈值时停止并输出与该第一移动时长对应的第一指向调整时长、第一展开调整时长以及天线安全平衡制动位置。

根据一种优选实施方式，所述飞机飞行位置传感模块至少包括第一飞行环境数据监测单元201。在飞机位于所述飞行爬降初始位置时的第一时刻，所述第一飞行环境数据监测单元201获取实时采集到的当前气动力信息。当前气动力信息与该飞行爬降初始位置所涉及区域相关联且用于提供大气层预测所需参数集合。所述第一飞行环境数据监测单元201基于所述飞行爬降轨迹所涉及区域与所述飞行爬降初始位置之间的位置关系进行预测计算，并生成位于该飞行爬降轨迹所涉及区域的第一气动力信息。

在飞机位于所述飞行爬降轨迹时的第二时刻获取实时采集到的第二气动力信息。第二气动力信息与该飞行爬降轨迹所涉及区域相关联且用于飞机在所述飞行爬降轨迹进行调整修正。

所述第二调整模块4用于在接收到至少一个执行相关的特定事件的指令时确定所述飞机位置传感器用于执行该特定事件的所需预估消耗量。在所述第一调整模块3基于由所述第一获取模块1获取的飞行爬降初始位置和飞行爬降目标位置确定至少一个飞行爬降轨迹时，所述第二调整模块4通过结合所述飞行爬降初始位置、所述飞行爬降目标位置和所述飞行爬降轨迹，完成自该所述飞行爬降轨迹由飞行爬降初始位置爬升或下降至飞行爬降目标位置上的爬降预估规划过程。生成相应的完成该爬降预估规划过程中所述机载天线的收放所需要消耗的所需预估消耗量。

所述飞机飞行位置传感模块还包括第二飞行环境数据监测单元。所述第二飞行环境数据监测单元基于空间位置传感器获取飞机位于所述飞行爬降轨迹中的实时飞行位置经纬度坐标信息。所述第二飞行环境数据监测单元基于空间高度传感器获取飞机位于所述飞行爬降轨迹中的实时飞行位置飞行高度信息。所述第二飞行环境数据监测单元基于获取的所述实时飞行位置飞行高度信息确定当前基准水平面及相应基准水平面信息，并由此构成一个封闭空间。所述基准水平面信息至少包括向上高度冗余、向下高度冗余、向左水平冗余、向右水平冗余以及前方水平观察距离。

所述第二飞行环境数据监测单元在高度冗余范围内即在飞行高度与向上高度冗余之和至飞行高度与向下高度冗余之差内进行合理分层且选取一定数量的确定高度。其中在每个选取的确定高度下，结合地形数据库生成所述确定高度所在的当前基准水平面内的地形点阵。

将所述各个选取高度所在水平面内的地形点阵进行叠加，所形成的距离最接近飞机的点的连线为当前地形轮廓线，确定为所述飞机飞行的安全飞行最低边界。

所述第二飞行环境数据监测单元基于飞机水平位置确定至少一个距离冗余，沿着所述当前地形轮廓线朝向飞机飞行方向延伸出更新地形轮廓线。所述更新地形轮廓线上的每一点与所述当前地形轮廓线之间的最短距离均为所述距离冗余。以所述更新地形轮廓线更新所述飞机飞行的安全飞行最低边界。

根据一种优选实施方式，所述第一调整模块3结合飞行爬降轨迹和飞行爬降初始位置确定与所述第一移动时长相对应的天线安全平衡制动位置。所述第一调整模块3基于所述天线安全平衡制动位置能够确定机载天线开始进行调整的且位于所述飞行爬降轨迹上的位置。

优选的，所述第二飞行环境数据监测单元还被配置为：基于所述安全飞行最低边界预测计算所述飞机位于下一时刻时的飞行位置飞行高度信息。在所述飞行位置高度信息低于预设飞行高度信息时判断所述机载天线可能出现损坏。结合所述飞行位置飞行高度信息与所述机载天线的运行速度，计算确定用于限制所述机载天线调整程度以避免可能损坏的所述预设时长阈值。优选的，所述预设时长阈值是用于限制所述机载天线的转向调整程度和展开调整程度，以避免机载天线来不及回收调整而可能损坏的情况。所述机载天线的运行速度可以为操作所述机载天线向上折叠回收进飞机内的回收机构的运行速度。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种机载应急通讯系统天线的收放控制装置，其特征在于，至少包括飞机飞行位置传感器、至少一个获取模块以及至少一个调整模块，其中，用于控制所述机载天线位置姿态的第一调整模块(3)被配置为：

基于由所述飞机飞行位置传感模块获取的飞行环境数据检测信息确定至少包括用于机载天线指向调整的第一指向调整时长和用于机载天线反射面调整的第一展开调整时长的第一机载天线调整控制信息，并且基于所述第一指向调整时长和所述第一展开调整时长之中数值较大的之一确定第一移动时长，其中，

响应于所述第一移动时长超出预设时长阈值时确定至少一个用于将所述第一指向调整时长与所述第一展开调整时长之间建立动态关联关系的预设分配比重，所述预设分配比重以逐渐降低所述第一展开调整时长且相应地逐渐增大所述第一指向调整时长的方式进行更新，直到所述第一移动时长不超出预设时长阈值时停止并输出与该第一移动时长对应的第一指向调整时长、第一展开调整时长以及机载天线安全平衡制动位置，以实现所述预估损耗量最小化与机载天线覆盖区域面积效率最大化之间的优化解。

2.如权利要求1所述的机载应急通讯系统天线的收放控制装置，其特征在于，所述第一调整模块(3)还响应于在所述第一移动时长不超出预设时长阈值时，结合飞行爬降轨迹和飞行爬降初始位置确定与所述第一移动时长相对应的天线安全平衡制动位置，从而基于所述天线安全平衡制动位置能够确定机载天线开始进行调整的且位于所述飞行爬降轨迹上的位置。

3.如前述权利要求之一所述的机载应急通讯系统天线的收放控制装置，其特征在于，所述第一调整模块(3)还被配置为用于执行以下步骤：

S1：响应于所述第一移动时长超出所述预设时长阈值时确定至少一个用于将所述第一指向调整时长与所述第一展开调整时长之间建立动态关联关系的预设分配比重；

S2：所述预设分配比重以逐渐降低所述第一展开调整时长且相应地逐渐增大所述第一指向调整时长的方式进行更新，以确定与该预设分配比重相对应且用于更新所述第一指向调整时长的第二指向调整时长，以及与该预设分配比重相对应且用于更新所述第一展开调整时长的第二展开调整时长；

S3：由此，基于更新后的第一指向调整时长和更新后的第一展开调整时长之中数值较大的之一确定用于更新所述第一移动时长的第二移动时长，并将更新后的第一移动时长与所述预设时长阈值进行再次比对；

S4：依次重复上述步骤S1～步骤S3，直到所述第一移动时长不超出预设时长阈值时停止并输出与该第一移动时长对应的第一指向调整时长、第一展开调整时长以及天线安全平衡制动位置。

4.如前述权利要求之一所述的机载应急通讯系统天线的收放控制装置，其特征在于，所述飞机飞行位置传感模块至少包括第一飞行环境数据监测单元(201)，所述第一飞行环境数据监测单元(201)被配置为：

在飞机位于所述飞行爬降初始位置时的第一时刻获取实时采集到的与该飞行爬降初始位置所涉及区域相关联的且用于提供大气层预测所需参数集合的当前气动力信息，并基于所述飞行爬降轨迹所涉及区域与所述飞行爬降初始位置之间的位置关系进行预测计算并生成位于该飞行爬降轨迹所涉及区域的第一气动力信息；

在飞机位于所述飞行爬降轨迹时的第二时刻获取实时采集到的与该飞行爬降轨迹所涉及区域相关联的且用于飞机在所述飞行爬降轨迹进行调整修正的第二气动力信息。

5.如前述权利要求之一所述的机载应急通讯系统天线的收放控制装置，其特征在于，所述第二调整模块(4)用于在接收到至少一个执行相关的特定事件的指令时确定所述飞机位置传感器用于执行该特定事件的所需预估消耗量，所述第二调整模块(4)被配置为：

在所述第一调整模块(3)基于由所述第一获取模块(1)获取的飞行爬降初始位置和飞行爬降目标位置确定至少一个飞行爬降轨迹时，通过结合所述飞行爬降初始位置、所述飞行爬降目标位置和所述飞行爬降轨迹完成自该所述飞行爬降轨迹由飞行爬降初始位置爬升或下降至飞行爬降目标位置上的爬降预估规划过程并生成相应的完成该爬降预估规划过程中所述机载天线的收放所需要消耗的所需预估消耗量。

6.如前述权利要求之一所述的机载应急通讯系统天线的收放控制装置，其特征在于，所述飞机飞行位置传感模块还包括第二飞行环境数据监测单元，所述第二飞行环境数据监测单元被配置为：

S1：基于空间位置传感器获取飞机位于所述飞行爬降轨迹中的实时飞行位置经纬度坐标信息，基于空间高度传感器获取飞机位于所述飞行爬降轨迹中的实时飞行位置飞行高度信息；

S2：基于获取的所述实时飞行位置飞行高度信息确定当前基准水平面及相应基准水平面信息，所述基准水平面信息至少包括向上高度冗余、向下高度冗余、向左水平冗余、向右水平冗余以及前方水平观察距离，并由此构成一个封闭空间；

S3：在高度冗余范围内即在飞行高度与向上高度冗余之和至飞行高度与向下高度冗余之差内进行合理分层且选取一定数量的确定高度，其中在每个选取的确定高度下，结合地形数据库生成所述确定高度所在的当前基准水平面内的地形点阵；

S4：将所述各个选取高度所在水平面内的地形点阵进行叠加，所形成的距离最接近飞机的点的连线为当前地形轮廓线，确定为所述飞机飞行的安全飞行最低边界。

7.如前述权利要求之一所述的机载应急通讯系统天线的收放控制装置，其特征在于，所述第二飞行环境数据监测单元还被配置为：

基于飞机水平位置确定至少一个距离冗余，沿着所述当前地形轮廓线朝向飞机飞行方向延伸出更新地形轮廓线，所述更新地形轮廓线上的每一点与所述当前地形轮廓线之间的最短距离均为所述距离冗余，并以所述更新地形轮廓线更新所述飞机飞行的安全飞行最低边界。

8.如前述权利要求之一所述的机载应急通讯系统天线的收放控制装置，其特征在于，所述第二飞行环境数据监测单元还被配置为：

基于所述安全飞行最低边界预测计算所述飞机位于下一时刻时的飞行位置飞行高度信息，并在所述飞行位置高度信息低于预设飞行高度信息时判断所述机载天线可能出现损坏，结合所述飞行位置飞行高度信息与所述机载天线的运行速度计算确定用于限制所述机载天线调整程度以避免可能损坏的所述预设时长阈值。

9.一种机载应急通讯系统天线的收放控制方法，其特征在于，所述展开体积控制方法至少包括以下步骤：

基于由飞机飞行位置传感模块获取的飞行环境数据检测信息确定至少包括用于机载天线指向调整的第一指向调整时长和用于机载天线反射面调整的第一展开调整时长的第一机载天线调整控制信息，并且基于所述第一指向调整时长和所述第一展开调整时长之中数值较大的之一确定第一移动时长，其中，

响应于所述第一移动时长超出预设时长阈值时确定至少一个用于将所述第一指向调整时长与所述第一展开调整时长之间建立动态关联关系的预设分配比重，所述预设分配比重以逐渐降低所述第一展开调整时长且相应地逐渐增大所述第一指向调整时长的方式进行更新，直到所述第一移动时长不超出预设时长阈值时停止并输出与该第一移动时长对应的第一指向调整时长、第一展开调整时长以及天线安全平衡制动位置，以实现所述预估损耗量最小化与机载天线覆盖区域面积效率最大化之间的优化解。

10.如前述权利要求之一所述的机载应急通讯系统天线的收放控制方法，其特征在于，所述收放控制方法还包括以下步骤：

S1：响应于所述第一移动时长超出所述预设时长阈值时确定至少一个用于将所述第一指向调整时长与所述第一展开调整时长之间建立动态关联关系的预设分配比重；

S2：所述预设分配比重以逐渐降低所述第一展开调整时长且相应地逐渐增大所述第一指向调整时长的方式进行更新，以确定与该预设分配比重相对应且用于更新所述第一指向调整时长的第二指向调整时长，以及与该预设分配比重相对应且用于更新所述第一展开调整时长的第二展开调整时长；

S3：由此，基于更新后的第一指向调整时长和更新后的第一展开调整时长之中数值较大的之一确定用于更新所述第一移动时长的第二移动时长，并将更新后的第一移动时长与所述预设时长阈值进行再次比对；

S4：依次重复上述步骤S1～步骤S3，直到所述第一移动时长不超出预设时长阈值时停止并输出与该第一移动时长对应的第一指向调整时长、第一展开调整时长以及天线安全平衡制动位置。