CN111427337B - 基于无人机平台的测控数传设备的标校装置及标校方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于无人机平台的测控数传设备的标校装置及标校方法，标校装置，包括：无人机系统和标校辅助系统；所述无人机系统包括旋翼无人机、任务载荷、数据链单元和系泊单元；所述旋翼无人机用于搭载所述任务载荷，所述系泊单元与所述旋翼无人机可拆卸地连接；所述数据链单元用于对所述无人机进行控制和差分定位。通过采用无人机系统实现了对测控数传设备的无塔标校应用需求，进而实现了低成本、高适用性的标校，以保证测控数传设备的测量准确度和高精度的指向、捕获及跟踪。

Description

基于无人机平台的测控数传设备的标校装置及标校方法
技术领域
本发明涉及无线电测控技术领域，尤其涉及一种基于无人机平台的测控数传设备的标校装置及标校方法。
背景技术
地面测控数传设备的标校是系统正常工作重要的一项内容，目的是减小或消除系统误差并使系统设备状态最佳。标校包括标定和校准两个过程，通过标定获得对各组系统误差的定量描述；而校准是通过设备状态调整或数据处理等措施减小或消除系统误差。在实际工程中，这两个过程往往是结合进行的，统称为标校。地面测控数传设备的标校主要包含角度标校、距离零值标校、相位标校等。
传统的标校是在试验场区或地面站建设标校塔，提供大地测量坐标，配合测控设备进行标校。该方法的缺点是受地面设施的限制，有的场区不具备标校塔，而频段较高的系统比如X/Ka频段设备通过标校塔或标校杆的方法不容易实现远场条件从而难以完成设备标校。
近年来，无塔标校技术得到了长足的发展，很多已经在工程中逐渐应用。其中，距离零值无塔标校目前工程上主要采用偏馈距离零值标校法，该方法技术成熟，使用方便，已广泛应用于航天测控系统；角度无塔标校目前工程上主要采用射电星法，但该方法局限性较大，受限于射电星相关频段流量限制，只适用于大口径天线测控设备的部分频段进行角度标校，而且由于要求射电星在整个天球相对均匀分布，因此标校时间较长。相位无塔标校目前看问题最为突出。为确保系统的自跟踪功能有效，需要保持和、差通道幅相一致性稳定。因环境温度、电源电压、更换部件、更换电缆等因素的变化，有可能会引起和、差通道幅相一致的变化。相位标校的目的在于，检查调整跟踪和、差通道的幅相状态正常，确保设备角跟踪性能。对于传统测控类型任务，目前工程上主要采用卫星法，任务中卫星进站后利用卫星下传信号进行快速校相即可，该方法简单可靠，已经广泛用于航天测控系统。但对于数传类型任务，卫星进站后一般数传不立即开机，待开机后即传输有用数据，原有快速校相方法对天线进行拉偏将造成有用数据丢失，这对数传类任务是不可接受的。目前来说没有太好的解决方法，只能考虑要求卫星定期提供专门圈次用于标校，但这种方法需要卫星高度配合成本大效率低，不是长期的解决办法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无人机平台的测控数传设备的标校装置及标校方法，实现测控数传设备的无塔校标。
为实现上述发明目的，本发明提供一种基于无人机平台的测控数传设备的标校装置，包括：无人机系统和标校辅助系统；
所述无人机系统包括旋翼无人机、任务载荷、数据链单元和系泊单元；
所述旋翼无人机用于搭载所述任务载荷，所述系泊单元与所述旋翼无人机可拆卸地连接；
所述数据链单元用于对所述无人机进行控制和差分定位。
根据本发明的一个方面，所述数据链单元包括地面控制站和差分系统；
所述地面控制站包括手持终端和天线；
所述差分系统包括差分地面站和安装在所述旋翼无人机上的机载差分终端；
所述地面控制站用于规划任务航线，以及实时向所述旋翼无人机发送操控指令，接收并显示所述旋翼无人机下发的参数，所述参数包含位置速度等运动参数，同时有GNSS卫星导航系统授时时戳，用于和标校系统对齐；
所述差分地面站通过无线通信链路将差分修正信息发送至所述机载差分终端，机载差分终端完成厘米级三维位置速度测量。
根据本发明的一个方面，所述系泊单元包括发电机、地面电源、系留电缆、系统绞盘；
所述地面电源与所述发电机相连接，所述系留电缆分别与所述地面电源和所述旋翼无人机相连接，系统绞盘用于收放所述系留电缆；
所述地面电源将所述发电机输出的交流电变换为直流电。
根据本发明的一个方面，所述任务载荷包括用于距离零值标校的校零变频器、用于相位标校和测控数传设备的指标测试的信号源、用于角度标校和相位标校的信标机和机载天线；
所述校零变频器和所述机载天线安装在所述旋翼无人机上；
所述信号源位于地面上，且所述信号源采用光纤与所述旋翼无人机可拆卸地连接；
所述信标机可选择地设置在所述旋翼无人机或地面上；
所述光纤可缠绕在所述系统绞盘上与所述系留电缆同步收放。
为实现上述发明目的，本发明提供一种距离零值标校方法，包括：
S01.测控数传设备加电开机自检，建立标校状态；
S02.所述标校装置建立标校状态，其中，包括：
按照预设距离，将所述标校装置相对所述测控数传设备部署至相应的位置；
所述系泊单元对所述旋翼无人机供电，且所述旋翼无人机垂直起飞至预设高度进行悬停；
所述数据链单元中的差分系统工作，获得所述旋翼无人机的定位信息后通过所述旋翼无人机的无线通信链路传回地面控制站；
S03.根据所述定位信息引导所述测控数传设备指向所述旋翼无人机，所述测控数传设备发送上行信号，并接收下行信号，并基于所述上行信号和所述下行信号完成距离零值标校。
根据本发明的一个方面，步骤S03中，基于所述上行信号和所述下行信号完成距离零值标校的步骤中，由测控数传设备的多功能数字基带测得所述旋翼无人机与所述测控数传设备之间的距离值，基于所述距离值完成距离零值标定。
为实现上述发明目的，本发明提供一种角度标校方法，包括：
S11.测控数传设备加电开机自检，建立标校状态。
S12.所述标校装置建立标校状态，其中，所述旋翼无人机与所述系泊单元断开连接，包括：
所述任务载荷中的信标机安装在所述旋翼无人机上；
按照预设距离，将所述标校装置相对所述测控数传设备部署至相应的位置；
所述旋翼无人机垂直起飞至预定高度进行悬停，所述信标机开机；
所述数据链单元中的差分系统工作，获得所述旋翼无人机的定位信息后通过所述旋翼无人机的无线通信链路传回地面控制站；
S13.根据所述定位信息引导所述测控数传设备指向所述旋翼无人机，所述测控数传设备接收所述信标机的下行信标信号，完成自跟踪；
S14.所述旋翼无人机断开系泊单元后可依靠自身电池按照规划的轨迹进行飞行，其中，所述轨迹中的飞行航迹点满足所述旋翼无人机相对所述测控数传设备在天线工作范围内均匀覆盖；
S15.在所述旋翼无人机飞行中，以预设时间间隔记录所述测控数传设备天线轴角编码输出的方位俯仰角度，以及记录由所述旋翼无人机定位数据和所述测控数传设备大地测量坐标推算出的理论方位俯仰角度，并基于所述方位俯仰角度和所述理论方位俯仰角度完成角度标校。
根据本发明的一个方面，步骤S15中，基于所述方位俯仰角度和所述理论方位俯仰角度完成角度标校的步骤中，包括：
S151.基于所述方位俯仰角度和所述理论方位俯仰角度获取所有所述飞行航迹点的方位误差值和俯仰误差值；
S152.将所述方位误差值和所述俯仰误差值输入角误差修正模型，完成角度标校。
为实现上述发明目的，本发明提供一种相位标校方法，包括：
S21.测控数传设备加电开机自检，建立标校状态；
S22.所述标校装置建立标校状态，其中，包括：
所述任务载荷中的信标机安装在所述旋翼无人机上；
按照预设距离，将所述标校装置相对所述测控数传设备部署至相应的位置；
所述旋翼无人机垂直起飞至预定高度进行悬停，所述信标机开机；
所述数据链单元中的差分系统工作，获得所述旋翼无人机的定位信息后通过所述旋翼无人机数据链传回地面；
S23.根据所述定位信息引导所述测控数传设备指向所述旋翼无人机，使得所述旋翼无人机进入所述测控数传设备的天线主波束，记录测控数传设备的多功能数字基带输出的第一方位、第一俯仰误差电压以及所述天线的第一位置角度；
S24.所述天线俯仰向上拉偏一个位置偏置量，获取所述多功能数字基带输出的第二方位、第二俯仰误差电压以及所述天线的第二位置角度；
S25.基于所述第一方位、第一俯仰误差电压以及所述天线的第一位置角度，所述第二方位、第二俯仰误差电压以及所述天线的第二位置角度完成相位标校。
根据本发明的一个方面，步骤S25中，包括：
S251.基于所述第一方位、第一俯仰误差电压以及所述天线的第一位置角度，所述第二方位、第二俯仰误差电压以及所述天线的第二位置角度获取左旋圆极化的移相器值；
S252.基于所述第一方位、第一俯仰误差电压以及所述天线的第一位置角度，所述第二方位、第二俯仰误差电压以及所述天线的第二位置角度获取右旋圆极化的移相器值；
S253.基于所述第一方位、第一俯仰误差电压以及所述天线的第一位置角度，所述第二方位、第二俯仰误差电压以及所述天线的第二位置角度获取定向灵敏度；
S254.基于左旋圆极化的移相器值、右旋圆极化的移相器值和定向灵敏度完成相位标校。
根据本发明的一种方案，通过采用无人机系统实现了对测控数传设备的无塔标校应用需求，进而实现了低成本、高适用性的标校，以保证测控数传设备的测量准确度和高精度的指向、捕获及跟踪。
根据本发明的一种方案，本方案中的标校装置可很好的实现测控数传设备距离标校、角度标校和相位标校，有效且全面的实现了执行数传类任务时的无塔标校。
根据本发明的一种方案，本方案标校成本低，该系统一旦建设部署后，可以为整个测控站设备提供标校服务，相比建标校塔、协调卫星等标校方式具有很大的成本优势。
根据本发明的一种方案，本方案具有高适用性，该系统和方法可广泛应用于测控数传设备标校领域，对于设备天线口径、频段等无特殊使用限制。
根据本发明的一种方案，本方案部署快速易于安装，该系统可独立安装也可车载安装，并能自动同步跟随车辆移动。供电方式可采用市电也可配发电机自行供电。
根据本发明的一种方案，通过在标校装置中设置系泊单元，可以实现对旋翼无人机进行地面供电而不受电池电能的限制，实现了旋翼无人机长时间滞空停留。此外，本发明的标校装置还可实现在地面的独立安装或者车载安装，实现了本发明的使用灵活性更高。当本发明的标校装置设置在车辆上时，其能够自动同步跟随车辆移动，运动灵活，工作稳定可靠。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的的标校装置的结构图；
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，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。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种基于无人机平台的测控数传设备的标校装置，包括：无人机系统和标校辅助系统。在本实施方式中，无人机系统包括旋翼无人机、任务载荷、数据链单元和系泊单元。在本实施方式中，旋翼无人机用于搭载任务载荷，系泊单元与旋翼无人机可拆卸地连接。在本实施方式中，数据链单元用于对无人机进行控制和差分定位。在本实施方式中，旋翼无人机可选用商用成熟产品进行适应性改装。
根据本发明，通过在标校装置中设置系泊单元，可以实现对旋翼无人机进行地面供电而不受电池电能的限制，实现了旋翼无人机长时间滞空停留。此外，本发明的标校装置还可实现在地面的独立安装或者车载安装，实现了本发明的使用灵活性更高。当本发明的标校装置设置在车辆上时，其能够自动同步跟随车辆移动，运动灵活，工作稳定可靠。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，数据链单元包括地面控制站和差分系统。在本实施方式中，地面控制站包括手持终端和天线；差分系统包括差分地面站和安装在旋翼无人机上的机载差分终端。在本实施方式中，所述地面控制站用于规划任务航线，以及实时向所述旋翼无人机发送操控指令，接收并显示所述旋翼无人机下发的参数，所述参数包含位置速度等运动参数，同时有GNSS卫星导航系统授时时戳，用于和标校系统对齐在本实施中，所述差分地面站通过无线通信链路将差分修正信息发送至所述机载差分终端，机载差分终端完成厘米级三维位置速度测量。
根据本发明，通过差分系统实现动态载波相位差分功能，从而大大提高本发明的标校装置的定位精度。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，系泊单元包括发电机、地面电源、系留电缆、系统绞盘。在本实施方式中，地面电源与发电机相连接，系留电缆分别与地面电源和旋翼无人机相连接，系统绞盘用于收放系留电缆。在本实施方式中，地面电源将发电机输出的交流电变换为高压直流电。在本实施方式中，发电机一般采用汽油发动机驱动的发电机，用来产生交流电。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，任务载荷包括用于距离零值标校的校零变频器、用于相位标校和测控数传设备的指标测试的信号源、用于角度标校和相位标校的信标机和机载天线。在本实施方式中，校零变频器和机载天线安装在旋翼无人机上。信号源位于地面上，且信号源采用光纤与旋翼无人机可拆卸地连接，信号源产生的信号由光纤传输至旋翼无人机上的机载天线发色出去用于相位标校和指标测试。信标机可选择地设置在旋翼无人机或地面上，其在完成标校时作为旋翼无人机的任务载荷，而在进行相位标校时，可安装在旋翼无人机上作为任务载荷，也可直接置于地面工作。在本实施方式中，光纤可缠绕在系统绞盘上与系留电缆同步收放。需要指出的是，光纤也可以与系留电缆集成在一起。在本实施方式中，机载天线主要完成信号的向空间的发射，根据测控数传设备的标校需求可选用不同频段等类型的规格。
根据本发明的一种实施方式，本发明的距离零值标校方法，包括：
S01.测控数传设备加电开机自检，建立标校状态；
S02.标校装置建立标校状态，其中，包括：
按照预设距离，将标校装置相对测控数传设备部署至相应的位置；
系泊单元对旋翼无人机供电，且旋翼无人机垂直起飞至预设高度进行悬停；
数据链单元中的差分系统工作，获得旋翼无人机的定位信息后通过旋翼无人机的无线通信链路传回地面控制站；
S03.根据定位信息引导测控数传设备指向旋翼无人机，测控数传设备发送上行信号，并接收下行信号，并基于上行信号和下行信号完成距离零值标校。
根据本发明的一种实施方式，步骤S03中，基于上行信号和下行信号完成距离零值标校的步骤中，由测控数传设备的多功能数字基带测得旋翼无人机与测控数传设备之间的距离值，基于距离值完成距离零值标定。在本实施方式中，由多功能数字基带设备测得旋翼无人机与测控数传设备之间的距离值可表示为：
R测试零值＝(R设备零值+2*R与无人机距离+R校零变频器零值)
式中，R设备零值为由多功能数字基带、上行通道、天线固有传输、下行通道的固有零值，为待测值；R与无人机距离可由系留无人机在空间精确位置和测控数传设备位置大地测量推算得知，为已知值；R校零变频器零值为旋翼无人机搭载校零变频器的距离零值，可通过矢量网络分析仪精确标定。需要指出的是，多功能数字基带是测控数传设备的一个重要分机。矢量网络分析仪是额外装置，是通用的仪器。
进而由上式可得：
R设备零值＝(R零值测试-2*R与无人机距离-R校零变频器零值)。
通过上式计算得出的R设备零值即可完成距离零值标校。
根据本发明的一种实施方式，本发明的一种角度标校方法，包括：
S11.测控数传设备加电开机自检，建立标校状态。
S12.标校装置建立标校状态，其中，旋翼无人机与系泊单元断开连接，包括：
任务载荷中的信标机安装在旋翼无人机上；
按照预设距离，将标校装置相对测控数传设备部署至相应的位置；
旋翼无人机垂直起飞至预定高度进行悬停，信标机开机；
数据链单元中的差分系统工作，获得旋翼无人机的定位信息后通过旋翼无人机的无线通信链路传回地面控制站；
S13.根据定位信息引导测控数传设备指向旋翼无人机，测控数传设备接收信标机的下行信标信号，完成自跟踪；
S14.旋翼无人机断开系泊单元后可依靠自身电池按照规划的轨迹进行飞行，其中，轨迹中的飞行航迹点满足旋翼无人机相对测控数传设备在天线工作范围内均匀覆盖；
S15.在旋翼无人机飞行中，以预设时间间隔记录测控数传设备天线轴角编码输出的方位俯仰角度，以及记录由所述旋翼无人机定位数据和测控数传设备大地测量坐标推算出的理论方位俯仰角度，并基于方位俯仰角度和理论方位俯仰角度完成角度标校。
在本实施方式中，在无人机飞行中，以一定间隔记录测控数传设备天线轴角编码输出的方位俯仰角度AR1、AR2…ARn和ER1、ER2…ERn，同时记录由无人机定位数据和测控数传设备大地测量坐标推算出理论位置的A1、A2,…An和E1、E2…En。
根据本发明的一种实施方式，步骤S15中，基于方位俯仰角度和理论方位俯仰角度完成角度标校的步骤中，包括：
S151.基于方位俯仰角度和理论方位俯仰角度获取所有飞行航迹点的方位误差值和俯仰误差值。在本实施方式中，如前所述，当完成所有飞行轨迹点记录后，计算方位和俯仰误差值分别为：ΔA1＝A1-AR1、…ΔAn＝An-ARn；ΔE1＝E1-ER1、……、ΔEn＝En-ERn。
S152.将方位误差值和俯仰误差值输入角误差修正模型，完成角度标校。在本实施方式中，将上述步骤获取的误差值带入角误差修正模型，而角误差修正模型类似常规射电星标校模型如下所示：
ΔA＝C1-C3tan(E)cos(A)cos(C4)-C3tan(E)sin(A)sin(C4)+C5tan(E)-C6sec(E)
ΔE＝C2+C3sin(A)cs(C4)-C3cos(A)sin(C4)+C7cos(E)+C8tan(E).
式中：C1为方位角编码器零值误差，C2为俯仰角编码器零值误差，C3为方位轴倾斜误差，C4为方位轴倾斜方向，C5为俯仰轴与方位轴的不正交误差，C6为电轴与俯仰轴的不正交误差，C7为天线重力下垂误差，C8为大气折射修正后的残差。
在本实施方式中，将上述步骤中不同误差值相应的带入上述模型后，由于n个观测量ΔA1～ΔAn、ΔE1～ΔEn均为已知量，进而能够相对应的构建n个方程式，其中，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8为未知量，各方程式为关于未知量的线性函数。通过采用最小二乘法来处理这些观测结果，求得以上各未知量的值。进而利用这些误差项系数(即C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8)即可完成对天线进行实时角误差修正。
此外，根据本发明的另一种实施方式，角度标校方法中还可采用系泊单元与旋翼无人机相连接的方式进行角度标校。在本实施方式中，通过旋翼无人机的机载天线，以及信号源信号由地面配置通过管线传输至无人机机载天线，待校标装置正常工作后，具体校标过程类似传统对塔校标，相关理论和工程上已经很成熟，在此不在赘述。
根据本发明的一种实施方式，本发明的相位标校方法，包括：
S21.测控数传设备加电开机自检，建立标校状态；
S22.标校装置建立标校状态，其中，包括：
任务载荷中的信标机安装在旋翼无人机上；
按照预设距离，将标校装置相对测控数传设备部署至相应的位置；
旋翼无人机垂直起飞至预定高度进行悬停，信标机开机；
数据链单元中的差分系统工作，获得所述旋翼无人机的定位信息后通过旋翼无人机数据链传回地面；
S23.根据定位信息引导测控数传设备指向旋翼无人机，使得旋翼无人机进入测控数传设备的天线主波束，记录测控数传设备的多功能数字基带输出的第一方位、第一俯仰误差电压以及所述天线的第一位置角度；在本实施方式中，当目标进入天线主波束的3dB波瓣范围后，读取第一方位、第一俯仰误差电压UA0、UE0。
S24.天线俯仰向上拉偏一个位置偏置量，获取多功能数字基带输出的第二方位、第二俯仰误差电压以及天线的第二位置角度；在本实施方式中，第二方位、第二俯仰误差电压UA1、UE1。
S25.基于第一方位、第一俯仰误差电压以及天线的第一位置角度，第二方位、第二俯仰误差电压以及天线的第二位置角度完成相位标校；
根据本发明的一种实施方式，步骤S25中，包括：
S251.基于第一方位、第一俯仰误差电压以及天线的第一位置角度，第二方位、第二俯仰误差电压以及天线的第二位置角度获取左旋圆极化的移相器值；在本实施方式中，对于左旋圆极化，校相后的移相器值为：
当UA1-UA0＞0时。
Figure BDA0002483181170000111
当UA1-UA0＜0时，
Figure BDA0002483181170000112
S252.基于第一方位、第一俯仰误差电压以及天线的第一位置角度，第二方位、第二俯仰误差电压以及天线的第二位置角度获取右旋圆极化的移相器值；在本实施方式中，对于右旋圆极化，校相后的移相器值为：
当UA1-UA0＞0时，
Figure BDA0002483181170000121
当UA1-UA0＜0时，
Figure BDA0002483181170000122
式中，Δφ0是移相器的初始相移量。
S253.基于第一方位、第一俯仰误差电压以及天线的第一位置角度，第二方位、第二俯仰误差电压以及天线的第二位置角度获取定向灵敏度；在本实施方式中，定向灵敏度计算公式为：
Figure BDA0002483181170000123
式中，C0是信号通道初始增益因子，C1是天线额定定向灵敏度，θ是天线偏置角。
S254.基于左旋圆极化的移相器值、右旋圆极化的移相器值和定向灵敏度完成相位标校。
根据本发明的，通过采用无人机系统实现了对测控数传设备的无塔标校应用需求，进而实现了低成本、高适用性的标校，以保证测控数传设备的测量准确度和高精度的指向、捕获及跟踪。
根据本发明，本方案中的标校装置可很好的实现测控数传设备距离标校、角度标校和相位标校，有效且全面的实现了执行数传类任务时的无塔标校。
根据本发明，标校成本低，该系统一旦建设部署后，可以为整个测控站设备提供标校服务，相比建标校塔、协调卫星等标校方式具有很大的成本优势。
根据本发明，高适用性，该系统和方法可广泛应用于测控数传设备标校领域，对于设备天线口径、频段等无特殊使用限制。
根据本发明，部署快速易于安装，该系统可独立安装也可车载安装，并能自动同步跟随车辆移动。供电方式可采用市电也可配发电机自行供电。
为进一步说明本发明，对本发明进行举例阐述。
由于测控数传设备种类繁多，此处仅以某S/X/Ka频段三频段测控数传设备为例，详细叙述其无塔标校实施方式。
1、某S/X/Ka频段三频段测控数传设备参数
测控数传设备的指标体系比较复杂，在此仅提出与无塔标校相关的参数设计，具体如下：
a)天线口径：12m。
b)功能：S频段测控、X/Ka频段数传接收。
c)测控体制：标准TTC体制。
d)工作频段：S频段上行：Ft＝2.025GHz～2.12GHz。
S频段下行：Fr＝2.2GHz～2.3GHz。
X频段下行：Fr＝8GHz～9GHz。
Ka频段下行：Fr＝25GHz～27GHz。
2、某旋翼无人机主要参数设计
旋翼无人机的指标体系比较复杂，在此仅提出与测控数传设备无塔标校相关的参数设计，具体如下：
a)最大起飞重量：25kg。
b)最大载重：10kg。
c)悬停控制精度：垂直方向优于0.4m，水平方向优于0.2m。
定位导航精度，5cm
d)可用续航时间：无系留供电优于60min(挂载500g)；
系留供电优于8h。
e)最大飞行速度：优于20m/s。
f)系留线缆长度：大于200m。
g)系留线缆重量：小于3kg。
3、任务载荷主要参数设计
S信标机
输出频率范围：2.2GHz～2.3GHz；
频率步进：100kHz；
单载波输出幅度≥-10dBm(60dB动态可控)；
杂波抑制≥45dB。
X信标机
输出频率范围：8GHz～9GHz；
频率步进：100KHz；
单载波输出幅度≥-10dBm(60dB动态可控)；
杂波抑制≥45dB。
S-S校零变频器
上行频率：2.025GHz～2.12GHz；
下行频率：2.2GHz～2.3GHz；
变频损耗：≤25dB。
信号源可根据频段选取合适的成熟产品。
基于上述设备，分别对距离零值标校方法、角度校标方法和相位校标方法进行详细说明：
距离零值标校方法流程
a)测控数传设备展开加电开机自检，建立标校状态。
b)标校装置建立标校状态。主要包括以下几点：
机载校零变频器和天线安装在旋翼无人机任务载荷安装位置；
将标校装置安装部署至满足标校条件的地点(对于S频段标校距离测控数传设备2km即可)；
发电机启动，地面电源通过系留线缆给旋翼无人机正常供电，旋翼无人机正常垂直起飞至200m高度进行悬停；
差分系统(含地面差分站和机载差分终端)正常工作，获得旋翼无人机的精确定位信息后通过无人机数据链传回地面。
c)根据旋翼无人机的精确定位信息引导测控数传设备指向无人机，发送上行信号，并接收下行信号，最终完成距离零值标校，具体完成距离零值标校的方法见前述步骤，在此不再赘述。
角度标校流程
a)测控数传设备展开加电开机自检，建立标校状态。
b)标校装置建立标校状态，旋翼无人机采用配电池不系泊方式进行。
主要包括以下几点：
机载便携信标和天线安装在无人机任务载荷安装位置；
标校装置部署至满足标校条件的地点(对于S/X/Ka测控数传设备角度标校距离测设备约5km即可)；
旋翼无人机依靠电池供电，正常垂直起飞至200m高度进行悬停，信标开机；
差分系统(含地面差分站和机载差分终端)正常工作，获得旋翼无人机的精确定位信息后传通过无人机数据链传回地面。
c)根据旋翼无人机的精确定位信息引导测控数传设备指向旋翼无人机，并接收下行信标信号，完成自跟踪。
d)规划轨迹，飞行航迹点要求相对测控数传设备在天球上均匀覆盖，旋翼无人机按照规划的轨迹进行飞行。
e)在旋翼无人机飞行中，以一定间隔记录测控数传设备天线轴角编码输出的方位俯仰角度，同时记录由无人机定位数据和测控数传设备大地测量坐标推算出理论位置的方位俯仰角度。最终完成角度标校，具体完成角度标校的方法见前述步骤，在此不再赘述。
相位标校流程设计
a)测控数传设备展开加电开机自检，建立标校状态。
b)标校装置建立标校状态。主要包括以下几点：
机载便携信标和天线安装在旋翼无人机任务载荷安装位置；
将标校装置安装部署至满足标校条件的地点(对于S/X/Ka测控数传设备角度标校距离测设备约5km即可)；
发电机启动，地面电源通过系留线缆给旋翼无人机正常供电，旋翼无人机正常垂直起飞至200m高度进行悬停，信标开机；
差分系统(含地面差分站和机载差分终端)正常工作，获得旋翼无人机的精确定位信息后传通过旋翼无人机数据链传回地面。
c)根据旋翼无人机的精确定位信息引导测控数传设备指向旋翼无人机，使得目标进入天线主波束，记录多功能数字基带输出的方位、俯仰误差电压以及天线的位置角度；
d)之后俯仰向上拉偏一个位置偏置量，再读取一组方位、俯仰误差电压以及天线的位置角度。
e)之后通过相关模型计算和装订即可完成设备的相位标校工作，具体完成相位标校的方法见前述步骤，在此不再赘述。
上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于无人机平台的测控数传设备的标校装置，其特征在于，包括：无人机系统和标校辅助系统；
所述无人机系统包括旋翼无人机、任务载荷、数据链单元和系泊单元；
所述旋翼无人机用于搭载所述任务载荷，所述系泊单元与所述旋翼无人机可拆卸地连接；
所述数据链单元用于对所述无人机进行控制和差分定位；
所述任务载荷包括用于距离零值标校的校零变频器、用于相位标校和测控数传设备的指标测试的信号源、用于角度标校和相位标校的信标机和机载天线。
2.根据权利要求1所述的标校装置，其特征在于，所述数据链单元包括地面控制站和差分系统；
所述地面控制站包括手持终端和天线；
所述差分系统包括差分地面站和安装在所述旋翼无人机上的机载差分终端；
所述地面控制站用于规划任务航线，以及实时向所述旋翼无人机发送操控指令，接收并显示所述旋翼无人机下发的参数；
所述差分地面站通过无线通信链路将差分修正信息发送至所述机载差分终端，机载差分终端完成厘米级三维位置速度测量。
3.根据权利要求2所述的标校装置，其特征在于，所述系泊单元包括发电机、地面电源、系留电缆、系统绞盘；
所述地面电源与所述发电机相连接，所述系留电缆分别与所述地面电源和所述旋翼无人机相连接，系统绞盘用于收放所述系留电缆；
所述地面电源将所述发电机输出的交流电变换为直流电。
4.根据权利要求3所述的标校装置，其特征在于，
所述校零变频器和所述机载天线安装在所述旋翼无人机上；
所述信号源位于地面上，且所述信号源采用光纤与所述旋翼无人机可拆卸地连接；
所述信标机可选择地设置在所述旋翼无人机或地面上；
所述光纤可缠绕在所述系统绞盘上与所述系留电缆同步收放。
5.一种采用权利要求1至4任一项所述的标校装置的距离零值标校方法，包括：
S01.测控数传设备加电开机自检，建立标校状态；
S02.所述标校装置建立标校状态，其中，包括：
按照预设距离，将所述标校装置相对所述测控数传设备部署至相应的位置；
所述系泊单元对所述旋翼无人机供电，且所述旋翼无人机垂直起飞至预设高度进行悬停；
所述数据链单元中的差分系统工作，获得所述旋翼无人机的定位信息后通过所述旋翼无人机的无线通信链路传回地面控制站；
S03.根据所述定位信息引导所述测控数传设备指向所述旋翼无人机，所述测控数传设备发送上行信号，并接收下行信号，并基于所述上行信号和所述下行信号由测控数传设备的多功能数字基带测得所述旋翼无人机与所述测控数传设备之间的距离值，基于所述距离值完成距离零值标定，其中，由多功能数字基带设备测得旋翼无人机与测控数传设备之间的距离值可表示为：
R测试零值＝(R设备零值+2*R与无人机距离+R校零变频器零值)；
进一步由上式获得距离零值标校公式为：
R设备零值＝(R零值测试-2*R与无人机距离-R校零变频器零值)；
其中，R设备零值为由多功能数字基带、上行通道、天线固有传输、下行通道的固有零值，为待测值；R与无人机距离可由系留无人机在空间精确位置和测控数传设备位置大地测量推算得知，为已知值；R校零变频器零值为旋翼无人机搭载校零变频器的距离零值。
6.一种采用权利要求1至4任一项所述的标校装置的角度标校方法，包括：
S11.测控数传设备加电开机自检，建立标校状态；
S12.所述标校装置建立标校状态，其中，所述旋翼无人机与所述系泊单元断开连接，包括：
所述任务载荷中的信标机安装在所述旋翼无人机上；
按照预设距离，将所述标校装置相对所述测控数传设备部署至相应的位置；
所述旋翼无人机垂直起飞至预定高度进行悬停，所述信标机开机；
所述数据链单元中的差分系统工作，获得所述旋翼无人机的定位信息后通过所述旋翼无人机的无线通信链路传回地面控制站；
S13.根据所述定位信息引导所述测控数传设备指向所述旋翼无人机，所述测控数传设备接收所述信标机的下行信标信号，完成自跟踪；
S14.所述旋翼无人机断开系泊单元后可依靠自身电池按照规划的轨迹进行飞行，其中，所述轨迹中的飞行航迹点满足所述旋翼无人机相对所述测控数传设备在天线工作范围内均匀覆盖；
S15.在所述旋翼无人机飞行中，以预设时间间隔记录所述测控数传设备天线轴角编码输出的方位俯仰角度，以及记录由所述旋翼无人机定位数据和所述测控数传设备大地测量坐标推算出的理论方位俯仰角度，并基于所述方位俯仰角度和所述理论方位俯仰角度完成角度标校。
7.根据权利要求6所述的角度标校方法，其特征在于，步骤S15中，基于所述方位俯仰角度和所述理论方位俯仰角度完成角度标校的步骤中，包括：
S151.基于所述方位俯仰角度和所述理论方位俯仰角度获取所有所述飞行航迹点的方位误差值和俯仰误差值；
S152.将所述方位误差值和所述俯仰误差值输入角误差修正模型，完成角度标校。
8.一种采用权利要求1至4任一项所述的标校装置的相位标校方法，包括：
S21.测控数传设备加电开机自检，建立标校状态；
S22.所述标校装置建立标校状态，其中，包括：
所述任务载荷中的信标机安装在所述旋翼无人机上；
按照预设距离，将所述标校装置相对所述测控数传设备部署至相应的位置；
所述旋翼无人机垂直起飞至预定高度进行悬停，所述信标机开机；
所述数据链单元中的差分系统工作，获得所述旋翼无人机的定位信息后通过所述旋翼无人机数据链传回地面；
S23.根据所述定位信息引导所述测控数传设备指向所述旋翼无人机，使得所述旋翼无人机进入所述测控数传设备的天线主波束，记录测控数传设备的多功能数字基带输出的第一方位、第一俯仰误差电压以及所述天线的第一位置角度；
S24.所述天线俯仰向上拉偏一个位置偏置量，获取所述多功能数字基带输出的第二方位、第二俯仰误差电压以及所述天线的第二位置角度；
S25.基于所述第一方位、第一俯仰误差电压以及所述天线的第一位置角度，所述第二方位、第二俯仰误差电压以及所述天线的第二位置角度完成相位标校。
9.根据权利要求8所述的相位标校方法，其特征在于，步骤S25中，包括：
S251.基于所述第一方位、第一俯仰误差电压以及所述天线的第一位置角度，所述第二方位、第二俯仰误差电压以及所述天线的第二位置角度获取左旋圆极化的移相器值；
S252.基于所述第一方位、第一俯仰误差电压以及所述天线的第一位置角度，所述第二方位、第二俯仰误差电压以及所述天线的第二位置角度获取右旋圆极化的移相器值；
S253.基于所述第一方位、第一俯仰误差电压以及所述天线的第一位置角度，所述第二方位、第二俯仰误差电压以及所述天线的第二位置角度获取定向灵敏度；
S254.基于左旋圆极化的移相器值、右旋圆极化的移相器值和定向灵敏度完成相位标校。
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