CN110972560B - 无人机超低空飞行高增益抛物面天线低仰角稳定跟踪方法 - Google Patents

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毛飞
田新锋
王静
安宁
田晓威
薛艳峰
刘靖
贾靖
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Abstract

本发明提供一种无人机超低空飞行高增益抛物面天线低仰角稳定跟踪方法，包括：通过低速遥测链路实时接收低速遥测数据帧，并从所述低速遥测数据帧中获取无人机位置信息；获取控制站自身位置信息；根据所述无人机位置信息和控制站自身位置信息计算无人机的方位角和俯仰角；根据所述方位角和俯仰角，引导天线指向无人机；该方法可以获取实时、稳定、全方位的数字引导信息，从而可以达到高增益稳定跟踪的目的。

Description

无人机超低空飞行高增益抛物面天线低仰角稳定跟踪方法
技术领域
本发明涉及无人机测控技术领域，尤其涉及一种无人机超低空飞行高增益抛物面天线低仰角稳定跟踪方法。
背景技术
无人机测控与信息传输系统是无人机系统的主要组成部分，相当于把有人机中的驾驶舱放到了测控地面站中，由相当于飞行员的地面操作手，通过无线链路实时操纵无人机的飞行和机载任务载荷的工作，接收与处理从任务载荷获取的各种侦察信息，由此可见，无线链路的可靠、稳定通信时无人机测控与信息传输的关键支撑。具备超低空掠海(距离海面高度在3～5米)飞行能力的无人机，抗截获突防能力强，用途广泛，已经在海军一区基地执行了多次任务。而如何解决测控地面站高增益抛物面天线在低仰角多径条件下对超低空掠海飞行无人机的稳定跟踪，确保可靠的高速信息传输则成为测控与信息传输系统设计的一项重要难点
现有的高增益抛物面跟踪方法主要包括手动跟踪、程序引导、自动跟踪和数字引导。手动跟踪是指由操作员手动操纵天线转动实现对无人机目标的跟踪，存在操作员能力要求高、跟踪不稳定等缺陷，通常作为其他自动跟踪手段的补充；程序引导是指利用无人机预先规划好的航迹，按照时间历程引导天线对无人机跟踪的方法，存在若无人机偏离航线或不能按照预定时间精确飞至目标点即丢失目标的缺陷；自动跟踪则是利用天线接收机完成对无人机辐射无线信号的捕获，并引导天线跟踪目标的方法，但在海面多径环境下低仰角时，存在俯仰面抖动，不能稳定跟踪的缺陷；常用的数字引导是利用自身接收到的无线信号，解析出无人机的位置和高度信息，结合测控地面站布站点的位置和高度信息，实时解算出天线指向无人机目标的方位角和俯仰角引导天线指向目标的方法，但若在飞行过程中一旦出现目标丢失则不能再次实现对目标的捕获和跟踪。
发明内容
在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
为解决上述问题，本发明提出一种无人机超低空飞行高增益抛物面天线低仰角稳定跟踪方法，包括：
通过低速遥测链路实时接收低速遥测数据帧，并从所述低速遥测数据帧中获取无人机位置信息；
获取控制站自身位置信息；
根据所述无人机位置信息和控制站自身位置信息计算无人机的方位角和俯仰角；
根据所述方位角和俯仰角，引导天线指向无人机。
本发明提供的无人机超低空飞行高增益抛物面天线低仰角稳定跟踪方法，可以获取实时、稳定、全方位的数字引导信息，从而可以达到高增益稳定跟踪的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的无人机超低空飞行高增益抛物面天线低仰角稳定跟踪方法一种实施例的流程图。
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或者更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
参考图1，本实施例提供一种无人机超低空飞行高增益抛物面天线低仰角稳定跟踪方法，包括：
步骤S101，通过低速遥测链路实时接收低速遥测数据帧，并从所述低速遥测数据帧中获取无人机位置信息；
步骤S102，获取控制站自身位置信息；
步骤S103，根据所述无人机位置信息和控制站自身位置信息计算无人机的方位角和俯仰角；
步骤S104，根据所述方位角和俯仰角，引导天线指向无人机。
进一步地，低速遥测链路的发射端采用511码长或1023码长的GOLD码序列进行扩频，接收端采用同样的511码长或1023码长的GOLD码序列进行扩频，并采用Viterbi最大似然译码算法进行卷积码解码。
低速引导链路通过采用扩频、信道编码等技术措施获得处理增益30dB以上，可以有效对抗多径干扰，确保低速链路的可靠通信；低速引导链路采用全向天线可以在方位面0～360°范围内实时接收无人机下传的低速遥测信息，并提取用于高增益抛物面天线跟踪引导信息。
进一步地，无人机位置信息包括无人机经纬度和无人机高度，所述控制站自身位置信息包括控制站的经纬度和控制站高度；
所述俯仰角通过以下公式进行计算：
IS＝[cosB0cosλ0 cosB0sinλ0 sinB0]；
IE＝[cosB1cosλ1 cosB1sinλ1 sinB1]；
D＝Re|IS-IE]；
Figure BBM2020011900480000031
其中，控制站经纬度为(λ0，B0)，无人机经纬度为(λ1，B1)，Re为地球半径，Is为控制站位置向量，IE为无人机位置向量，El为俯仰角；
所述方位角通过以下公式进行计算：
Figure BBM2020011900480000041
In＝[-sinB0cosλ0 -sinB0sinλ0 cosB0]T；
ψc0＝57.3arccos(I0·In)；
若B1≥B0，则
当λ1≥λ0时，ψc＝ψc0-90；
当λ1＜λ0时，ψc＝270+ψc0；
若B1＜B0，则ψc＝270-ψc0；
其中，ψc为方位角，I0为为垂直于Is和IE的向量，In为控制站指向北的向量，ψc0为为控制站指向无人机的方位与北向的夹角。
进一步地，将计算得到的俯仰角、方位角转发给天伺馈系统，采用RS422通信接口，波特率为38.4Kbps，1位起始位+8位数据位+1位停止位，无奇偶校验，天伺馈系统根据接收到的方位角和俯仰角，引导天线指向无人机。
本发明提供的无人机超低空飞行高增益抛物面天线低仰角稳定跟踪方法，可以获取实时、稳定、全方位的数字引导信息，从而可以达到高增益稳定跟踪的目的。
虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (2)

1.一种无人机超低空飞行高增益抛物面天线低仰角稳定跟踪方法，其特征在于，包括：
通过低速遥测链路实时接收低速遥测数据帧，并从所述低速遥测数据帧中获取无人机位置信息；
获取控制站自身位置信息；
根据所述无人机位置信息和控制站自身位置信息计算无人机的方位角和俯仰角；
根据所述方位角和俯仰角，引导天线指向无人机；
所述无人机位置信息包括无人机经纬度和无人机高度，所述控制站自身位置信息包括控制站的经纬度和控制站高度；
所述俯仰角通过以下公式进行计算：
IS＝[cosB0 cosλ0 cosB0 sinλ0 sinB0]；
IE＝[cosB1 cosλ1 cosB1 sinλ1 sinB1]；
D＝Re|IS-IE|；
Figure FBM2020011900470000011
其中，控制站经纬度为(λ0，B0)，无人机经纬度为(λ1，B1)，Re为地球半径，Is为控制站位置向量，IE为无人机位置向量，El为俯仰角；
所述方位角通过以下公式进行计算：
Figure FBM2020011900470000012
In＝[-sinB0 cosλ0-sinB0 sinλ0 cosB0]T；
ψc0＝57.3 arccos(I0·In)；
若B1≥B0，则
当λ1≥λ0时，ψc＝ψc0-90；
当λ1＜λ0时，ψc＝270+ψc0；
若B1＜B0，则ψc＝270-ψc0；
其中，ψc为方位角，I0为垂直于Is和IF的向量，In为控制站指向北的向量，ψc0为控制站指向无人机的方位与北向的夹角。
2.根据权利要求1所述的无人机超低空飞行高增益抛物面天线低仰角稳定跟踪方法，其特征在于，所述低速遥测链路的发射端采用511码长或1023码长的GOLD码序列进行扩频，接收端采用同样的511码长或1023码长的GOLD码序列进行扩频，并采用Viterbi最大似然译码算法进行卷积码解码。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113031660A (zh) * 2021-04-02 2021-06-25 中北大学 一种飞行器定向天线跟踪定位装置
CN114650089A (zh) * 2022-03-15 2022-06-21 广东汇天航空航天科技有限公司 飞行器定位跟踪处理方法、装置及定位跟踪系统
CN114944862A (zh) * 2022-04-15 2022-08-26 北京遥测技术研究所 一种临近空间空地阵列天线宽带通信系统

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