CN111929509B - 基于无人机的电磁信号场型校验方法 - Google Patents

基于无人机的电磁信号场型校验方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于无人机的电磁信号场型校验方法，包括：步骤S1，确定无人机的初始参考飞行航线；步骤S2，实时检测无人机飞行过程中各方向特定位置点的电磁信号，并将各电磁信号对应的场强值与目标场强值进行比对，以确定无人机下一步飞行航向；以及步骤S3，根据无人机的实际飞行航线，得到目标区域内空间电磁场的实际分布情况；本发明的基于无人机的电磁场场型校验方法，通过电磁环境的软件仿真结果和无人机电磁检测结果，辅以电磁场场型切片分析和外伸式电磁信号定向检测等技术手段，实现对复杂环境下空间电磁场分布情况的高精确度检测。

Description

基于无人机的电磁信号场型校验方法
技术领域
本发明属于无人机飞行技术领域，具体涉及一种基于无人机的电磁信号场型校验方法。
背景技术
电磁场的场型特征分析，在机场导航台站、通信基站等受电磁环境影响较大的设备设施的选址，以及检查校验方面具有十分重要的理论意义。
然而，受现有技术条件的限制，在复杂地形和电磁环境下的空间电磁场分布往往难以准确把握，当前比较常用电磁场场型分析方法主要包括两大类：
1）利用各类功能强大的电磁场仿真软件工具，模拟真实的信号发射系统、周边地形条件、周边相关信号源分布等多方面要素，尽可能的还原目标区域内所有电磁场分布相关的现实条件，进而通过高性能计算机推演计算，从理论上得到接近现实情况的电磁场场型结果；
2）利用载人/无人航空器，搭载电磁信号检测设备，按照固定航线飞行，检测路径点上的电磁信号特征。如此反复执行多次检测任务之后，通过计算机根据检测到的信号特征，拟合得到可能的电磁场场型分布结果；
上述两种比较常用的电磁场场型分析方法是当前技术条件下较为准确的技术手段，但在实际的应用过程中，都还存在比较明显的问题：
1）利用电磁仿真软件工具的方法：结果的准确度基本由所搭建的仿真条件与现实条件匹配度决定，而现实条件往往非常复杂，很难考虑到所有方面的影响因素。因此，在实际应用过程中，往往耗费了大量的人力物力之后，电磁场场型特征的准确度仍然没有得到期望的结果。
2）利用航空器在多条固定航线上循环检测的方法：首先载人航空器的检测成本过度高昂，此外，航空器的检测结果，过于依赖飞行航线的制定，三维空间中电磁场的分布情况十分复杂，难以直接寻找出具有足够场型特征的飞行航线，所以结果往往不够准确，容易缺漏重要的场型特征。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无人机的电磁信号场型校验方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于无人机的电磁信号场型校验方法，包括：步骤S1，确定无人机的初始参考飞行航线；步骤S2，实时检测无人机飞行过程中各方向特定位置点的电磁信号，并将各电磁信号对应的场强值与目标场强值进行比对，以确定无人机下一步飞行航向；以及步骤S3，根据无人机的实际飞行航线，得到目标区域内空间电磁场的实际分布情况。
进一步，步骤S1中确定无人机的初始参考飞行航线的方法包括：
步骤S11，对目标区域内的电磁环境进行建模仿真；
步骤S12，根据仿真结果，对电磁场场型特征进行分析；
步骤S13，根据场型特征的分析结果，选取多个场型切片；
步骤S14，在每个场型切片内选取对应的目标场强值；以及
步骤S15，根据选取的场型切片和目标场强值得到多个无人机的初始参考飞行航线。
进一步，针对各初始参考飞行航线分别进行步骤S2，且
步骤S2中实时检测无人机飞行过程中各方向特定位置点的电磁信号，并将各电磁信号对应的场强值与目标场强值进行比对，以确定无人机下一步飞行航向的方法包括：
步骤S21，通过搭载在无人机上的若干电磁信号定向接收天线对所在位置点的电磁信号进行检测；
步骤S22，将各电磁信号对应的场强值与目标场强值进行比较，以锁定与目标场强值最接近的电磁信号对应的电磁信号定向接收天线；以及
步骤S23，将锁定的电磁信号定向接收天线相对于无人机的位置方向作为无人机的下一步飞行航向。
进一步，步骤S3中根据无人机的实际飞行航线，得到目标区域内空间电磁场的实际分布情况的方法包括：
步骤S31，对每次的无人机的飞行航迹进行监控，以得到多个无人机的实际飞行航线；以及
步骤S32，对各无人机的实际飞行航线分别进行滤波和拟合操作，以得到接近真实情况的每个场型切片内的等场强线；以及
步骤S33，对各等场强线进行拟合操作，以得到目标区域内空间电磁场的实际分布情况。
进一步，所述基于无人机的电磁信号场型校验方法还包括：在确定无人机的初始参考飞行航线后，确定无人机飞行的起始点。
本发明的有益效果是，本发明的基于无人机的电磁场场型校验方法，通过电磁环境的软件仿真结果和无人机电磁检测结果，辅以电磁场场型切片分析和外伸式电磁信号定向检测等技术手段，实现对复杂环境下空间电磁场分布情况的高精确度检测。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分结构从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更浅显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是本发明的基于无人机的电磁信号场型校验方法的步骤图；
图2是本发明的基于无人机的电磁信号场型校验方法涉及的无人机的结构示意图；
图3是本发明的基于无人机的电磁信号场型校验方法的例举仿真图；
图4是本发明的利用基于无人机的电磁信号场型校验方法的得到的飞行航迹生成示意图。
图中：
无人机1、电磁信号定向接收天线2、长杆3；
单个偶极子天线10、遮挡物20、飞行起始点30、实际飞行航线40、实际的等场强线50、初始参考飞行航线60。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例1提供了一种基于无人机的电磁信号场型校验方法，包括：步骤S1，确定无人机的初始参考飞行航线；步骤S2，实时检测无人机飞行过程中各方向特定位置点的电磁信号，并将各电磁信号对应的场强值与目标场强值进行比对，以确定无人机下一步飞行航向；以及步骤S3，根据无人机的实际飞行航线，得到目标区域内空间电磁场的实际分布情况。
具体的，步骤S1中确定无人机的初始参考飞行航线的方法包括：步骤S11，对目标区域内的电磁环境进行建模仿真；步骤S12，根据仿真结果，对电磁场场型特征进行分析；步骤S13，根据场型特征的分析结果，选取多个场型切片；步骤S14，在每个场型切片内选取对应的目标场强值；以及步骤S15，根据选取的场型切片和目标场强值得到多个无人机的初始参考飞行航线。
具体的，对电磁场场型特征进行分析时，需要重点分析受关键地理环境等因素影响，可能产生重大畸变的区域的场型特征。
具体的，根据仿真结果对电磁场场型特征进行分析后，应选取电磁场场型特征较多的平面作为场型切片，为了获得精度更高的校验结果，可以选取多个场型切片分别进行校验。
具体的，根据目标区域的范围以及无人机的飞行航程，在每个场型切片中选择某一场强值作为目标场强值。
具体的，根据场型切片和目标场强值的选取结果，在对应场型切片的平面内，按照目标场强值选择对应的等场强线作为无人机的初始参考飞行航线。
进一步，针对各初始参考飞行航线分别进行步骤S2，且
步骤S2中实时检测无人机飞行过程中各方向特定位置点的电磁信号，并将各电磁信号对应的场强值与目标场强值进行比对，以确定无人机下一步飞行航向的方法包括：
步骤S21，通过搭载在无人机上的若干电磁信号定向接收天线对所在位置点的电磁信号进行检测；
步骤S22，将各电磁信号对应的场强值与目标场强值进行比较，以锁定与目标场强值最接近的电磁信号对应的电磁信号定向接收天线；以及
步骤S23，将锁定的电磁信号定向接收天线相对于无人机的位置方向作为无人机的下一步飞行航向。
具体的，通过实时检测无人机飞行过程中各方向特定位置点的电磁信号，并将各电磁信号对应的场强值与目标场强值进行比对，从而不断修正无人机的飞行航向，以保证无人机始终在选取的等场强线附近飞行。
具体的，如图2所示，各电磁信号定向接收天线2通过强韧性材料制造的长杆3以外伸搭载的方式搭载到无人机1上，且各电磁信号定向接收天线2分别设置在无人机1的不同方向上，以检测到无人机1周围一定范围内各电磁信号定向接收天线2所在位置点的电磁信号。
在本实施例中，步骤S3中根据无人机的实际飞行航线，得到目标区域内空间电磁场的实际分布情况的方法包括：
步骤S31，对每次的无人机的飞行航迹进行监控，以得到多个无人机的实际飞行航线；以及
步骤S32，对各无人机的实际飞行航线分别进行滤波和拟合操作，以得到接近真实情况的每个场型切片内的等场强线；以及
步骤S33，对各等场强线进行拟合操作，以得到目标区域内空间电磁场的实际分布情况。
具体的，在无人机的飞行过程中，利用GPS对无人机进行持续定位，可以根据实际需要，选择差分GPS进行更高精度的定位，根据定位信息实现对无人机的飞行航迹进行监控。
具体的，无人机的实际飞行航线即为对应的等场强线，经过一定的滤波和拟合操作后，即可得到接近真实情况的空间电磁场场型切片内的等场强线；再通过对对应各无人机的实际飞行航线的所有等场强线进行拟合分析，得到目标区域内空间电磁场的实际分布情况。
进一步，所述基于无人机的电磁信号场型校验方法还包括：在确定无人机的初始参考飞行航线后，确定无人机飞行的起始点。
具体的，根据目标区域内的电磁场场型检测要求以及各个地点的起飞条件，确定无人机飞行的起始点。
具体的，本实施例以单个偶极子天线10、无遮挡物的理想电磁环境作为仿真结果，以单个偶极子天线10且有遮挡物20的电磁环境作为实际的电磁环境为例说明，利用仿真软件对理想电磁环境进行仿真，其仿真结果如图3所示；如图4所示，根据仿真结果选取场型切片，并在场型切片中选取一目标场强值，该场型切片中等于该目标场强值的点的连线即为等场强线，该等场强线接近于一个圆，该等场强线即为无人机的初始参考飞行航线60，选取适当的飞行起始点30后，利用本实施例的校验方法校验后，得到无人机的实际飞行航线40，对实际飞行航线40进行滤波和拟合操作后得到实际的等场强线50。
综上所述，本发明的基于无人机的电磁场场型校验方法，通过电磁环境的软件仿真结果和无人机电磁检测结果，辅以电磁场场型切片分析和外伸式电磁信号定向检测等技术手段，实现对复杂环境下空间电磁场分布情况的高精确度检测。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种基于无人机的电磁信号场型校验方法，其特征在于，包括：
步骤S1，确定无人机的初始参考飞行航线；
步骤S2，实时检测无人机飞行过程中各方向特定位置点的电磁信号，并将各电磁信号对应的场强值与目标场强值进行比对，以确定无人机下一步飞行航向；以及
步骤S3，根据无人机的实际飞行航线，得到目标区域内空间电磁场的实际分布情况；
步骤S1中确定无人机的初始参考飞行航线的方法包括：
步骤S11，对目标区域内的电磁环境进行建模仿真；
步骤S12，根据仿真结果，对电磁场场型特征进行分析；
步骤S13，根据场型特征的分析结果，选取多个场型切片；
步骤S14，在每个场型切片内选取对应的目标场强值；以及
步骤S15，根据选取的场型切片和目标场强值得到多个无人机的初始参考飞行航线。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的电磁信号场型校验方法，其特征在于，
针对各初始参考飞行航线分别进行步骤S2，且
步骤S2中实时检测无人机飞行过程中各方向特定位置点的电磁信号，并将各电磁信号对应的场强值与目标场强值进行比对，以确定无人机下一步飞行航向的方法包括：
步骤S21，通过搭载在无人机上的若干电磁信号定向接收天线对所在位置点的电磁信号进行检测；
步骤S22，将各电磁信号对应的场强值与目标场强值进行比较，以锁定与目标场强值最接近的电磁信号对应的电磁信号定向接收天线；以及
步骤S23，将锁定的电磁信号定向接收天线相对于无人机的位置方向作为无人机的下一步飞行航向。
3.根据权利要求2所述的基于无人机的电磁信号场型校验方法，其特征在于，
步骤S3中根据无人机的实际飞行航线，得到目标区域内空间电磁场的实际分布情况的方法包括：
步骤S31，对每次的无人机的飞行航迹进行监控，以得到多个无人机的实际飞行航线；以及
步骤S32，对各无人机的实际飞行航线分别进行滤波和拟合操作，以得到接近真实情况的每个场型切片内的等场强线；以及
步骤S33，对各等场强线进行拟合操作，以得到目标区域内空间电磁场的实际分布情况。
4.根据权利要求3所述的基于无人机的电磁信号场型校验方法，其特征在于，
所述基于无人机的电磁信号场型校验方法还包括：在确定无人机的初始参考飞行航线后，确定无人机飞行的起始点。
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