CN111968446A - 一种地面测控设备训练方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地面测控设备训练方法，包括预先根据火箭在空中飞行的第一飞行轨迹设定无人机的第二飞行轨迹；并设定无人机上搭载的第二通讯设备向地面测控设备发送的第二交互信息随飞行过程变化的对应关系；控制无人机按照第二飞行轨迹模拟火箭飞行；根据无人机的飞行状态和对应关系，获得当前时刻的第二交互信息；使得在各个飞行时刻，地面测控设备接收到的第二交互信息和对应的第一交互信息相同。本申请中采用无人机模拟火箭的飞行轨迹飞行，并使得地面测控设备测得的无人机和火箭上的通讯设备输出的交互信息相同，降低了地面测控设备的训练成本。本申请还提供了一种地面测控设备训练装置和系统，具有上述有益效果。

Description

一种地面测控设备训练方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及火箭跟踪测控训练技术领域，特别是涉及一种地面测控设备训练方法、装置及系统。

背景技术

火箭飞行发射是一个高成本的飞行活动，样本较为稀少。地面测控设备是地面上对火箭的飞行进行跟踪测控的设备，地面测控设备要能够精准的实现对火箭测控，需要进行通过多种训练方式开展针对性跟踪训练，以提高测控人员的能力素质以及验证设备的技术状态，确保在火箭飞行跟踪测控中能够准确稳定的捕捉跟踪火箭。而火箭飞行发射的高成本，也导致地面测控设备的训练成本增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种地面测控设备训练方法、装置以及系统，在很大程度上降低了用于跟踪捕捉火箭飞行的地面测控设备的训练成本，有利于火箭飞行跟踪技术的研究和发展。

为解决上述技术问题，本发明提供一种地面测控设备训练方法，包括：

预先根据火箭在空中飞行的第一飞行轨迹设定无人机的第二飞行轨迹；并根据所述第一飞行轨迹和所述第二飞行轨迹之间的区别，结合所述火箭搭载的第一通讯设备在所述火箭飞行过程中向地面测控设备发送的第一交互信息，设定所述无人机上搭载的第二通讯设备向所述地面测控设备发送的第二交互信息随所述无人机飞行过程变化的对应关系；

控制所述无人机按照所述第二飞行轨迹模拟所述火箭飞行；

根据所述无人机当前的飞行状态和所述对应关系，获得当前时刻的第二交互信息；

控制所述第二通讯设备向所述地面测控设备输出当前时刻的第二交互信息，使得在各个飞行时刻，所述地面测控设备接收到的所述第二交互信息和对应的所述第一交互信息相同。

可选地，预先根据火箭在空中飞行的第一飞行轨迹设定无人机的第二飞行轨迹，包括：

获得所述第一飞行轨迹上所述火箭相对于所述地面测控设备随飞行时间变化的第一飞行距离、第一飞行俯仰角以及第一飞行方位角；

根据所述第一飞行距离，结合飞行距离关系式：

确定所述无人机随时间变化相对于所述地面测控设备的第二飞行距离；其中，r为所述第二飞行距离，r₀为初始第二飞行距离，R₀为初始第一飞行距离，R为所述第一飞行距离；

设定所述无人机相对于所述地面测控设备随时间变化的第二俯仰角和第二方位角分别等于所述第一俯仰角和所述第一方位角；

根据所述第二飞行距离、所述第二俯仰角和所述第二方位角确定所述无人机相对于所述地面测控设备随时间变化的第二飞行轨迹。

可选地，控制所述无人机按照所述第二飞行轨迹模拟所述火箭飞行，包括：

在所述第二飞行轨迹上选取多个飞行轨迹点；

根据各个相邻飞行轨迹点之间的飞行时间差以及飞行路程差获得所述无人机在相邻飞行轨迹点之间的飞行速度和飞行加速度；

根据所述飞行速度和所述飞行加速度控制所述无人机依次飞过各个所述飞行轨迹点。

可选地，所述第一通讯设备包括第一雷达应答机，所述第二通讯设备包括第二雷达应答机；

预先确定第二交互信息随所述无人机飞行过程变化的所述对应关系，包括：

预先根据所述第一雷达应答机的第一应答时长和所述第一飞行轨迹之间的关系，以及所述第一飞行轨迹和所述第二飞行轨迹同一飞行时间点对应的第一飞行距离和第二飞行距离之间的区别，确定所述第二雷达应答机的第二应答时长和所述第二飞行距离之间的第一对应关系；

相应地，根据所述无人机当前的飞行状态和所述对应关系，获得当前时刻的第二交互信息，包括：

当所述第二雷达应答机接收到所述地面测控设备发送的雷达信号时，根据所述无人机当前的第二飞行距离和所述第一对应关系确定所述无人机当前的第二应答时长。

可选地，确定所述第二应答时长和所述第二飞行距离之间的所述第一对应关系，包括：

根据所述地面测控设备发射雷达信号到接收所述第一雷达应答机输出的第一应答信号的时差，等于所述地面测控设备发射雷达信号到接收所述第二雷达应答机输出的第二应答信号的时差，确定所述第二应答时长和所述第二飞行距离之间满足的所述第一对应关系

其中，所述无人机当前的所述第二飞行距离r、对应的所述第一飞行距离R和所述第一应答时长t₁，确定所述第二雷达应答机当前的第二应答时长t₂，其中c为光速。

可选地，根据所述无人机当前的飞行状态和所述对应关系，获得当前时刻的第二交互信息，包括：

根据所述无人机当前飞行时刻对应的火箭飞行速度，确定所述第二雷达应答机向所述地面测控设备发送频率为

的第二应答信号，其中，f为所述第一雷达应答机发出的第一应答信号的发射频率，c为光速，v_s为所述火箭的飞行速度。

可选地，所述第一通讯设备还包括第一遥控接收机和第一遥测发射机，所述第二通讯设备还包括第二遥控接收机和第二遥测发射机；

预先确定第二交互信息随所述无人机飞行过程变化的所述对应关系包括：

预先采集并存储所述火箭在飞行过程中所述第一遥测发射机向所述地面测控设备发送的参数数据；其中，所述参数数据包括所述第一遥控接收机接收到所述地面测控设备的动作指令后，所述火箭上各个动作设备执行所述动作指令后产生的数据和所述火箭上各个设备正常运行的状态数据；

根据所述第一飞行轨迹和所述第二飞行轨迹的区别，确定所述参数数据和随所述第二飞行轨迹变化的第二对应关系；

相应地，根据所述无人机当前的飞行状态和所述第二对应关系，获得当前时刻的第二交互信息，包括：

根基所述无人机当前的飞行状态和所述第二对应关系，确定当前时刻对应的参数数据。

本申请还提供了一种地面测控设备训练装置，包括：

预先设定模块，预先根据火箭在空中飞行的第一飞行轨迹设定无人机的第二飞行轨迹；并根据所述第一飞行轨迹和所述第二飞行轨迹之间的区别，结合所述火箭搭载的第一通讯设备在所述火箭飞行过程中向所述地面测控设备发送的第一交互信息，设定所述无人机上搭载的第二通讯设备向地面测控设备发送的第二交互信息随飞行过程变化的对应关系；

第一控制模块，用于控制所述无人机的按照所述第二飞行轨迹模拟所述火箭飞行；

交互信息模块，用于根据所述无人机当前的飞行状态和所述对应关系，获得当前时刻的第二交互信息；

第二控制模块，用于控制所述第二通讯设备向所述地面测控设备输出当前时刻的第二交互信息，使得在各个飞行时刻，所述地面测控设备接收到的所述第二交互信息和对应的所述第一交互信息相同。

本申请还提供了一种地面测控设备训练系统，包括无人机、搭载在所述无人机上的通讯设备和控制器；

所述控制器用于执行实现如上任一项所述地面测控设备训练方法，以控制所述无人机模拟火箭飞行，并控制所述通讯设备和地面测控设备进行信息交互。

可选地，所述通讯设备包括雷达应答机、遥控接收机和遥测发射机。

本发明所提供的地面测控设备训练方法，包括预先根据火箭在空中飞行的第一飞行轨迹设定无人机的第二飞行轨迹；并根据第一飞行轨迹和第二飞行轨迹之间的区别，结合火箭搭载的第一通讯设备在火箭飞行过程中向地面测控设备发送的第一交互信息，设定无人机上搭载的第二通讯设备向地面测控设备发送的第二交互信息随飞行过程变化的对应关系；控制无人机按照第二飞行轨迹模拟火箭飞行；根据无人机当前的飞行状态和对应关系，获得当前时刻的第二交互信息；控制第二通讯设备向地面测控设备输出当前时刻的第二交互信息，使得在各个飞行时刻，地面测控设备接收到的第二交互信息和对应的第一交互信息相同。

本申请中对用于捕捉跟踪火箭的地面测控设备训练时，采用无人机模拟火箭的飞行轨迹飞行，通过无人机上搭载的通讯设备和地面测控设备进行信息交互；因为无人机和火箭的飞行能力存在区别，因此无人机和火箭的飞行轨迹并不完全相同，因此进一步基于无人机和火箭的飞行轨迹区别对无人机和地面测控设备之间的交互信息进行调控，使得地面测控设备测得的无人机上的通讯设备输出的交互信息和火箭上的通讯设备输出的交互信息相同，进而实现无人机代替火箭对地面测控设备进行训练，在很大程度上降低了地面测控设备的训练成本，有利于火箭飞行发射的捕捉跟踪的应用和发展。

本申请还提供了一种地面测控设备训练装置和系统，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，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为本申请实施例提供的地面测控设备训练方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的火箭和无人机的飞行轨迹示意图；

图3为本发明实施例提供的地面测控设备训练装置的结构框图。

具体实施方式

地面测控设备在对火箭飞行进行跟踪捕捉时，火箭需要进行各种不同的飞行姿势的飞行，地面测控设备则通过雷达以及其他通讯设备和火箭进行频繁的信息交互，并基于接收到的交互信息实现对火箭的飞行位置以及飞行状态进行判断识别，从而实现对火箭飞行的跟踪。

但是，地面测控设备要能够对火箭飞行实现准确高效的跟踪，需要针对地面测控设备和地面工作人员进行多次反复的演练，才能够在火箭实际发射过程中更好的完成跟踪捕捉火箭的任务。

火箭是高成本的一次性使用产品，如果采用实体火箭的飞行进行训练，不仅不现实而且本末倒置，不利于火箭的发射演练和发展研究。

为此本申请中提供了一种无人机代替火箭飞行，对地面测控设备进行训练的技术方案，在很大程度上降低了地面测控设备对火箭捕捉跟踪演练的成本。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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。

如图1所示，图1为本申请实施例提供的地面测控设备训练方法的流程示意图，该地面测控设备训练方法可以包括：

S11：预先根据火箭在空中飞行的第一飞行轨迹，设定无人机的第二飞行轨迹。

在对地面测控设备训练过程中，显然火箭的飞行轨迹是预先设定好的，由此可以基于预先设定好的火箭的飞行轨迹确定无人机的飞行轨迹。

另外，因为火箭在空中飞行的高度往往在几千米至几十千米的高空，而无人机显然并不能达到这一飞行高度，且火箭的飞行速度往往也是无人机所不能够达到的；并且无人机的飞行路程也难以达到火箭的飞行路程。因此，并不能控制无人机直接完全按照火箭的飞行轨迹进行飞行，而是基于火箭的飞行轨迹、火箭飞行的高度范围以及无人机能够飞行的高度范围对无人机的飞行轨迹进行设定，使得无人机在相对于火箭在更低空中类似模拟火箭飞行。

S12：设定无人机上搭载的第二通讯设备在无人机模拟火箭飞行过程中，向地面测控设备发送的第二交互信息随无人机飞行过程变化的对应关系。

需要说明的是，火箭上搭载有第一通讯设备，该第一通讯设备在火箭飞行过程中可向地面测控设备发送第一交互信息。因为无人机要模拟代替火箭对地面测控设备进行演练，因此无人机上也相应地需要搭载第二通讯设备，该第二通讯设备在无人机模拟火箭飞行过程中，可向地面测控设备发送第二交互信息。

并且该第二交互信息是随着无人机的飞行过程变化的。可以预先根据第一飞行轨迹和第二飞行轨迹之间的区别，结合火箭搭载的第一通讯设备在火箭飞行过程中向地面测控设备发送的第一交互信息，设定无人机上搭载的第二通讯设备向地面测控设备发送的第二交互信息随飞行过程变化的对应关系。

如前所述，地面测控设备对火箭跟踪捕捉是基于地面测控设备和火箭上搭载的通讯设备进行通讯交互，基于接收到的信息识别判断出火箭的飞行位置以及飞行状态等信息。为此，可以在无人机上搭载类似的通讯设备，基于无人机的承重能力，可以在无人机上搭载相对于火箭上的通讯设备的缩小版设备。

因为地面测控设备是基于火箭上的第一通讯设备输出的第一交互信息判断火箭的飞行位置以及状态，显然第一交互信息在向地面测控设备传输过程和火箭的飞行位置和状态是相关的，因此地面测控设备即可根据接收到的第一交互信息获得其中携带的火箭飞行位置和飞行状态的捕捉跟踪数据。无人机要代替模拟火箭飞行演练，就要使得地面测控设备在检测接收和无人机进行信息交互的各种数据，与地面测控设备在检测接收和火箭进行信息交互的各种数据相同，也即可使得地面测控设备“认为”跟踪捕捉的无人机是火箭。

而无人机和火箭的飞行轨迹并不完全相同，要使得地面测控设备接收无人机输出的第二交互信息获得的捕捉跟踪数据和接收火箭输出的第一交互信息获得的捕捉跟踪数据完全相同，无人机上的第二通讯设备输出的第二交互信息就不能完全按照火箭的第一交互信息进行输出，而是基于火箭和无人机之间飞行轨迹的区别，对第一交互信息进行调控，得到和第一交互信息不同的第二交互信息，并使得第二交互信息从无人机所在的飞行位置输出后，被地面测控设备接收后获得的捕捉跟踪数据，和接收第一交互信息获得的捕捉跟踪数据相同，进而实现无人机对火箭的模拟，完成对地面测控设备的训练。

S13：控制无人机的按照第二飞行轨迹模拟火箭飞行。

S14：根据无人机的飞行状态和对应关系，获得当前时刻的第二交互信息。

S15：控制第二通讯设备向地面测控设备输出当前时刻的第二交互信息，使得在各个飞行时刻，地面测控设备接收到的第二交互信息和对应的第一交互信息相同。

需要说明的是，本实施例中所指的第一交互信息和第二交互信息相同，主要是指第一交互信息和第二交互信息中携带的表征火箭飞行高度、位置等飞行状态的信息相同。

本申请中所提供的对用于捕捉和跟踪火箭飞行的地面测控设备进行跟踪训练时，采用无人机代替火箭飞行，并充分考虑到无人机和火箭可实现的飞行高度、速度等方面的区别，根据火箭的飞行轨迹，设定无人机对应的飞行轨迹，并且基于火箭和无人机的飞行轨迹的区别，对无人机向地面测控设备输出的交互信息进行调控，最终使得地面测控设备根据飞机和火箭分别输出的交互信息获得相同的捕捉跟踪数据，实现无人机对火箭飞行过程的模拟，使得地面测控设备根据无人机的飞行的捕捉跟踪即可实现火箭捕捉跟踪训练，在很大程度上降低了地面测控设备的训练成本，有利于火箭的发展和应用。

基于上述实施例，如图2所示，图2为本申请实施例提供的火箭和无人机的飞行轨迹示意图。在本申请的一种可选地实施例中，确定无人机的飞行轨迹的过程可以包括：

获得第一飞行轨迹上火箭相对于地面测控设备随飞行时间变化的第一飞行距离、第一飞行俯仰角以及第一飞行方位角；

根据第一飞行距离，结合距离关系式：

确定无人机随时间变化相对于地面测控设备的第二飞行距离；其中，r为第二飞行距离，r₀为初始第二飞行距离，R₀为初始第一飞行距离，R为第一飞行距离；

设定无人机相对于地面测控设备随时间变化的第二俯仰角和第二方位角分别等于第一俯仰角和第一方位角；

根据第二飞行距离、第二俯仰角和第二方位角确定无人机相对于地面测控设备随时间变化的第二飞行轨迹。

对于火箭的飞行状态进行跟踪捕捉的过程中，最基本的是确定火箭的飞行位置，以火箭实时飞行位置为基础可确定火箭的飞行速度，加速度，轨迹、高度、路程等等飞行信息。

本实施例中对于第一飞行轨迹而言，以地面测控设备为基准点，确定火箭相对于地面测控设备的飞行距离、俯仰角、以及方位角，也即确定了火箭的相对飞行位置。因此，本申请中以火箭飞行过程中，火箭相对于地面测控设备的第一飞行距离、第一飞行俯仰角以及第一飞行方位角表征第一飞行轨迹，显然，第一飞行距离、第一飞行俯仰角以及第一飞行方位角均随着飞行时间的变化而变化。

同理，可以采用类似的方式表征无人机的第二飞行轨迹，因为无人机仅仅无法模拟火箭的飞行高度，而火箭飞行的俯仰角和方位角无人机是可以实现完全同步模拟的。由此，如图2所示，对于火箭的第一飞行轨迹和无人机的第二飞行轨迹而言，二者飞行轨迹的路线形状可以是相互近似的，但是因为无人机的飞行高度是低于火箭的飞行高度，因此无人机的飞行轨迹相对于火箭的飞行轨迹进行了一定程度的缩小，使得无人机和火箭在同一飞行时间点上，满足无人机、火箭以及地面测控设备之间在同一直线上，无人机飞行过程中相对于地面测控设备的俯仰角和方位角，即可保持一致，也即是第二俯仰角和第二方位角分别等于第一俯仰角和第一方位角。

因为第一俯仰角等于第二俯仰角，第一方位角等于第二方位角，因此，参考图2，根据几何原理，ΔOA'B'和ΔOAB相似，也即有

因此，对于火箭的第一飞行距离和无人机的第二飞行距离而言，二者之间的比例大小应当是恒定的。又因为|OA'|＝r₀，|OA|＝R₀，|OB'|＝r，|OB|＝R，所以，可以根据开始跟踪捕获火箭时对应的火箭的初始第一飞行距离R₀，和无人机可飞行的高度设定的初始第二飞行距离r₀，确定第二飞行距离r和第一飞行距离R满足：

由此，即可根据第一飞行距离R确定第二飞行距离r。由此结合上述论述，即可确定表征无人机的第二飞行轨迹的第二飞行距离、第二俯仰角和第二方位角。

基于上述任意实施例，在确定无人机的第二飞行轨迹后，控制无人机按照第二飞行轨迹飞行的过程可以包括：

在第二飞行轨迹上选取多个飞行轨迹点；

根据各个相邻飞行轨迹点之间的飞行时间差以及飞行路程差获得无人机在相邻飞行轨迹点之间的飞行速度和飞行加速度；

根据飞行速度控制无人机依次飞过各个飞行轨迹点。

因为无人机飞行控制过程中，可以在第二飞行轨迹上选取多个飞行轨迹点，对无人机的飞行控制时，以无人机当前所在的飞行轨迹点为起点，另一飞行轨迹点为终点，根据起点和终点之间的飞行时间差和飞行路程差，设定无人机由起点飞向终点的速度、加速度等数据，在无人机到达终点后，再以该终点所在的飞行轨迹点为起点，下一飞行轨迹点为终点重复上述确定无人机的速度、加速度等数据，并控制无人机由起点飞向终点的过程，如此循环往复，即可实现无人机的飞行控制。

当然，可以理解的是，因为无人机和火箭的俯仰角和方位角相同，因此俯仰角和方位角随时间的变化率也即转速相同，又无人机的飞行速度相当于俯仰角和方位角随时间变化的线速度，基于火箭和无人机的转速相同，可以通过火箭的飞行速度确定各个飞行轨迹点无人机的飞行速度，对此本实施例中不再详细说明。

另外，在选取飞行轨迹点时，应当遵循方位角和俯仰角的变化率越大的飞行轨迹区段，相邻飞行轨迹点之间间距更小，也即是说飞行轨迹点更为密集，反之方位角和俯仰角的变化率越大的飞行轨迹区段，选取的飞行轨迹点越稀疏。

如前所述，对于无人机模拟火箭飞行，并实现地面测控设备的训练过程中，除了需要对无人机的飞行轨迹进行设定，还需要对无人机和地面测控设备之间的交互信息进行调控。对于地面测控设备而言，其跟踪捕捉火箭可以是依赖于地面测控设备的雷达和火箭上搭载的雷达应答机之间相互通讯来判断地面测控设备和火箭之间的相对位置。由此，无人机上也需要搭载雷达应答机这一通讯设备。下面就以该通讯设备为例进行说明。

在本申请的一种可选地的实施例中，第一通讯设备包括第一雷达应答机，第二通讯设备包括第二雷达应答机；

预先确定第二交互信息随无人机飞行过程变化的第一对应关系，包括：

预先根据第一雷达应答机的第一应答时长和第一飞行轨迹之间的关系，以及第一飞行轨迹和第二飞行轨迹同一飞行时间点对应的第一飞行距离和第二飞行距离之间的区别，确定第二雷达应答机的第二应答时长和第二飞行距离之间的对应关系；

相应地，根据无人机的飞行状态和第一对应关系，获得当前时刻的第二交互信息，包括：

当第二雷达应答机接收到地面测控设备发送的雷达信号时，根据无人机当前的第二飞行距离和第一对应关系确定无人机当前的第二应答时长。

需要说明的是，对于雷达和雷达应答机之间相互传输的雷达信号在一定程度上相当于是测距信号，也即是说地面测控设备可以基于该雷达信号可以确定火箭相对于地面测控设备之间的飞行距离大小。

雷达和雷达应答机之间相互传递雷达信号时，是由地面测控设备先发送一个雷达信号，被火箭上的雷达应答机接收后，雷达应答机在经过一段应答时长之后，向地面测控设备输出一个应答信号，那么，地面测控设备从发射雷达信号到接收应答信号的过程中，第一间隔时长应当为Δt₁＝2t_R+t₁，其中，t₁为火箭上的第一雷达应答机接收到雷达信号到输出应答信号之间间隔的第一应答时长；而t_R为雷达信号在火箭和地面测控设备之间传输一次所需要的时长，而地面测控设备即是基于已知的第一应答时长t₁，和第一间隔时长Δt₁确定雷达信号在火箭和地面测控设备之间传输一次所需要的时长t_R，根据t_R和雷达信号在空中传输的速度，也即可以判断火箭相对于地面测控设备的相对距离，实现地面测控设备的跟踪。

相应地，当采用无人机模拟火箭飞行，而无人机上的第二雷达应答机代替第一雷达应答机和地面测控设备的雷达进行通讯时，同样也应当满足地面测控设备发送雷达信号和接收到第二雷达应答机的应答信号的第二间隔时长为Δt₂＝2t_r+t₂，其中，t₂为无人机上的第二雷达应答机接收到雷达信号到输出应答信号之间间隔的第二应答时长；而t_r为雷达信号在无人机和地面测控设备之间传输一次所需要的时长。

要使得地面测控设备基于该第二间隔时长，判断出当前飞行时刻，应当对应的火箭的飞行距离，就要求Δt₁＝Δt₂，因此根据关系式：

可以推导出

其中c为光速。

由此，在控制无人机上的第二雷达应答机应答雷达信号的第二应答时长时，可以基于无人机当前相对于地面测控设备的飞行距离，对第二应答时长进行调控，进而保证地面测控设备获得的第一间隔时长和第二间隔时长相同。

进一步地，考虑到对于在火箭上的第一雷达应答机和地面测控设备的雷达进行雷达通讯时，火箭是始终保持飞行状态的，且火箭相对于地面测控设备而言火箭的飞行速度相对较快。由此雷达设备和第一雷达应答机之间发送的雷达信号也就会产生多普勒效应。当火箭上的第一雷达应答机发送第一应答信号的发射频率为f，地面测控设备接收到的第一应答信号的频率则为

其中，c为光速，v_s为火箭的飞行速度。

因为无人机的飞行高度相对于火箭的飞行高度大大减小，且无人机的飞行轨迹也相对于火箭的飞行轨迹在很大程度上进行了缩减，那么在同一飞行时间点，无人机的飞行速度是远小于火箭的飞行速度，进而使得无人机相对于地面测控设备飞行而产生的多普勒效应可以忽略，也即是认为无人机的第二应答信号的发射频率和地面测控设备接收第二应答信号的频率基本相同。

由此，为了使得地面测控设备接收到的第一应答信号和第一应答信号的大小相等，可以直接将第二雷达应答机输出的第二应答信号的频率设定为

其中，当无人机向靠近地面测控设备飞行时

当无人机向远离地面测控设备飞行时，

进一步地，在火箭上搭载的第一通讯设备除了第一雷达应答机之外，还包括有第一遥控接收机和第一遥测发射机，该第一遥控接收机是用于接收地面测控设备发送的动作指令，火箭上搭载的相关动作设备基于该动作指令执行相关动作，例如控制某个显示灯的亮灭，在相关动作执行完成后，即可采集火箭上各个相关动作设备的状态参数数据，例如开关的开闭状态等参数数据，并将采集的参数数据通过第一遥测发射机发送至地面测控设备。

对于无人机而言，基于简化无人机上搭载设备结构以及减小无人机能够承载的设备的重力的角度考虑，并不能将所有相关动作设备均搭载在无人机上，为此，可以在无人机上相应地搭载第二遥控接收机和第二遥测发射机。

该第二遥控接收机和第一遥控接收机的作用相同，均是接收地面测控设备发送的动作指令。

而因为无人机上并没有搭载相关动作设备，无法执行相关动作指令对应的操作动作，因此，可以预先将火箭上第一遥控接收机接收到动作指令后，对应地第一遥测发射机向地面测控设备发送的参数数据进行存储，当第二遥控接收机接收到动作指令时，第二遥测发射机直接将存储的对应参数数据发送至地面测控设备即可。

当然，对于第一遥测发射机而言，也并不只有第一遥控接收机接收到动作指令之后，才向地面测控设备发送参数数据；在火箭正常飞行过程中，第一遥测发射机也需要周期性的自动将火箭的各种设备正常运行是产生的状态参数数据发送给地面测控设备。

为此，无人机中还可预先存储火箭飞行过程中火箭上搭载的各个设备正常运行对应的运行状态的参数数据，并确定各个参数数据随无人机飞行过程变化的第二对应关系。相应地，在无人机飞行过程中，由第二遥测发射机基于无人机的飞行状态，即可将对应的运行状态的参数数据依次发送至地面测控设备，使得地面测控设备和实际监测火箭过程中接收到的参数数据完全相同。

对于火箭和地面测控设备之间进行通讯的设备并不仅限于雷达设备、遥控接收机和遥测发射机还可以是其他通讯设备，均可以按照上述类似原理对交互信息进行调控，对此，本申请中不再一一列举说明。

下面对本发明实施例提供的地面测控设备训练装置进行介绍，下文描述的地面测控设备训练装置与上文描述的地面测控设备训练方法可相互对应参照。

图3为本发明实施例提供的地面测控设备训练装置的结构框图，参照图3的地面测控设备训练装置可以包括：

预先设定模块100，预先根据火箭在空中飞行的第一飞行轨迹设定无人机的第二飞行轨迹；并根据第一飞行轨迹和第二飞行轨迹之间的区别，结合火箭搭载的第一通讯设备在火箭飞行过程中向地面测控设备发送的第一交互信息，设定无人机上搭载的第二通讯设备向地面测控设备发送的第二交互信息随飞行过程变化的对应关系；

第一控制模块200，用于控制无人机的按照第二飞行轨迹模拟火箭飞行；

交互信息模块300，用于根据无人机当前的飞行状态和对应关系，获得当前时刻的第二交互信息；

第二控制模块400，用于控制第二通讯设备向地面测控设备输出当前时刻的第二交互信息，使得在各个飞行时刻，地面测控设备接收到的第二交互信息和对应的第一交互信息相同。

在本申请的一种可选地实施例中，预先设定模块100包括：

飞行距离单元，用于获得所述第一飞行轨迹上所述火箭相对于所述地面测控设备随飞行时间变化的第一飞行距离、第一飞行俯仰角以及第一飞行方位角；根据所述第一飞行距离，结合距离关系式：

确定所述无人机随时间变化相对于所述地面测控设备的第二飞行距离；其中，r为所述第二飞行距离，r₀为初始第二飞行距离，R₀为初始第一飞行距离，R为所述第一飞行距离；

飞行角度模块，用于设定所述无人机相对于所述地面测控设备随时间变化的第二俯仰角和第二方位角分别等于所述第一俯仰角和所述第一方位角；

飞行轨迹单元，用于根据所述第二飞行距离、所述第二俯仰角和所述第二方位角确定所述无人机相对于所述地面测控设备随时间变化的第二飞行轨迹。

在本申请的一种可选地实施例中，第一控制模块200用于在所述第二飞行轨迹上选取多个飞行轨迹点；根据各个相邻飞行轨迹点之间的飞行时间差以及飞行路程差获得所述无人机在相邻飞行轨迹点之间的飞行速度和飞行加速度；根据所述飞行速度控制所述无人机依次飞过各个所述飞行轨迹点。

在本申请的一种可选地实施例中，所述第一通讯设备包括第一雷达应答机，所述第二通讯设备包括第二雷达应答机；

预先设定模块100，用于预先根据所述第一雷达应答机的第一应答时长和所述第一飞行轨迹之间的关系，以及所述第一飞行轨迹和所述第二飞行轨迹同一飞行时间点对应的第一飞行距离和第二飞行距离之间的区别，确定所述第二雷达应答机的第二应答时长和所述第二飞行距离之间的第一对应关系；

相应地，交互信息模块300用于当所述第二雷达应答机接收到所述地面测控设备发送的雷达信号时，根据所述无人机当前的第二飞行距离和所述第一对应关系确定所述无人机当前的第二应答时长。

在本申请的一种可选地实施例中，预先设定模块100，用于根据所述地面测控设备发射雷达信号到接收所述第一雷达应答机输出的第一应答信号的时差，等于所述地面测控设备发射雷达信号到接收所述第二雷达应答机输出的第二应答信号的时差，确定所述第二应答时长和所述第二飞行高度之间满足的第一对应关系：

其中，所述无人机当前的所述第二飞行距离r、对应的所述第一飞行距离R和所述第一应答时长t₁，确定所述第二雷达应答机当前的第二应答时长，其中c为光速。

在本申请的一种可选地实施例中，第二控制模块400用于根据所述无人机当前飞行时刻对应的火箭飞行速度，确定所述第二雷达应答机向所述地面测控设备发送频率为

的第二应答信号，其中，f为所述第一雷达应答机发出的第一应答信号的发射频率，c为光速，v_s为所述火箭的飞行速度。

在本申请的一种可选地实施例中，所述第一通讯设备还包括第一遥控接收机和第一遥测发射机，所述第二通讯设备还包括第二遥控接收机和第二遥测发射机；

预先设定模块100，用于预先采集并存储所述火箭在飞行过程中所述第一遥测发射机向所述地面测控设备发送的参数数据；其中，所述参数数据包括所述第一遥控接收机接收到所述地面测控设备的动作指令后，所述火箭上各个动作设备执行所述动作指令后产生的数据和所述火箭上各个设备正常运行的状态数据；根据所述第一飞行轨迹和所述第二飞行轨迹的区别，确定所述参数数据和随所述第二飞行轨迹变化的第二对应关系；

交互信息模块300用于根基所述无人机当前的飞行状态和所述第二对应关系，确定当前时刻对应的参数数据。

本实施例的地面测控设备训练装置用于实现前述的地面测控设备训练方法，因此地面测控设备训练装置中的具体实施方式可见前文中的种地面测控设备训练方法的实施例部分，在此不再赘述。

本申请中还提供了一种地面测控设备训练系统的实施例，该系统可以包括：

无人机、搭载在无人机上的通讯设备和控制器；

控制器用于执行实现如上任一项所述地面测控设备训练方法，以控制无人机模拟火箭飞行，并控制通讯设备和地面测控设备进行信息交互。

可以理解的是，本实施例中所指的通讯设备和上述任意实施例中无人机上搭载的第二通讯设备相同。

可选地，通讯设备包括雷达应答机、遥控接收机和遥测发射机。

当然本实施例中也不排除通讯设备为其他类型的设备，主要根据火箭上搭载的能够和地面测控设备进行交互的设备而定，对此，本申请中不再详细赘述。

本申请中的地面测控设备训练系统，能够利用无人机以及无人机上搭载的设备代替火箭实现针对地面测控设备和工作人员的实战演练训练，在很大降低了地面测控设备的训练成本，有利于火箭飞行跟踪捕捉的探究和应用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

Claims (10)

1.一种地面测控设备训练方法，其特征在于，包括：

预先根据火箭在空中飞行的第一飞行轨迹设定无人机的第二飞行轨迹；并根据所述第一飞行轨迹和所述第二飞行轨迹之间的区别，结合所述火箭搭载的第一通讯设备在所述火箭飞行过程中向地面测控设备发送的第一交互信息，设定所述无人机上搭载的第二通讯设备向所述地面测控设备发送的第二交互信息随所述无人机飞行过程变化的对应关系；

控制所述无人机按照所述第二飞行轨迹模拟所述火箭飞行；

根据所述无人机当前的飞行状态和所述对应关系，获得当前时刻的第二交互信息；

控制所述第二通讯设备向所述地面测控设备输出当前时刻的第二交互信息，使得在各个飞行时刻，所述地面测控设备接收到的所述第二交互信息和对应的所述第一交互信息相同。

2.如权利要求1所述的地面测控设备训练方法，其特征在于，预先根据火箭在空中飞行的第一飞行轨迹设定无人机的第二飞行轨迹，包括：

获得所述第一飞行轨迹上所述火箭相对于所述地面测控设备随飞行时间变化的第一飞行距离、第一飞行俯仰角以及第一飞行方位角；

根据所述第一飞行距离，结合飞行距离关系式：

确定所述无人机随时间变化相对于所述地面测控设备的第二飞行距离；其中，r为所述第二飞行距离，r₀为初始第二飞行距离，R₀为初始第一飞行距离，R为所述第一飞行距离；

设定所述无人机相对于所述地面测控设备随时间变化的第二俯仰角和第二方位角分别等于所述第一俯仰角和所述第一方位角；

根据所述第二飞行距离、所述第二俯仰角和所述第二方位角确定所述无人机相对于所述地面测控设备随时间变化的所述第二飞行轨迹。

3.如权利要求2所述的地面测控设备训练方法，其特征在于，控制所述无人机按照所述第二飞行轨迹模拟所述火箭飞行，包括：

在所述第二飞行轨迹上选取多个飞行轨迹点；

根据各个相邻飞行轨迹点之间的飞行时间差以及飞行路程差获得所述无人机在相邻飞行轨迹点之间的飞行速度和飞行加速度；

根据所述飞行速度和所述飞行加速度控制所述无人机依次飞过各个所述飞行轨迹点。

4.如权利要求1至3任一项所述的地面测控设备训练方法，其特征在于，所述第一通讯设备包括第一雷达应答机，所述第二通讯设备包括第二雷达应答机；

预先确定第二交互信息随所述无人机飞行过程变化的所述对应关系，包括：

预先根据所述第一雷达应答机的第一应答时长和所述第一飞行轨迹之间的关系，以及所述第一飞行轨迹和所述第二飞行轨迹同一飞行时间点对应的第一飞行距离和第二飞行距离之间的区别，确定所述第二雷达应答机的第二应答时长和所述第二飞行距离之间的第一对应关系；

相应地，根据所述无人机当前的飞行状态和所述对应关系，获得当前时刻的第二交互信息，包括：

当所述第二雷达应答机接收到所述地面测控设备发送的雷达信号时，根据所述无人机当前的第二飞行距离和所述第一对应关系确定所述无人机当前的第二应答时长。

5.如权利要求4所述的地面测控设备训练方法，其特征在于，确定所述第二应答时长和所述第二飞行距离之间的所述第一对应关系，包括：

根据所述地面测控设备发射雷达信号到接收所述第一雷达应答机输出的第一应答信号的时差，等于所述地面测控设备发射雷达信号到接收所述第二雷达应答机输出的第二应答信号的时差，确定所述第二应答时长和所述第二飞行距离之间满足的所述第一对应关系

其中，所述无人机当前的所述第二飞行距离r、对应的所述第一飞行距离R和所述第一应答时长t₁，确定所述第二雷达应答机当前的第二应答时长t₂，其中c为光速。

6.如权利要求4所述的地面测控设备训练方法，其特征在于，根据所述无人机当前的飞行状态和所述对应关系，获得当前时刻的第二交互信息，包括：

根据所述无人机当前飞行时刻对应的火箭飞行速度，确定所述第二雷达应答机向所述地面测控设备发送频率为

的第二应答信号，其中，f为所述第一雷达应答机发出的第一应答信号的发射频率，c为光速，v_s为所述火箭的飞行速度。

7.如权利要求4所述的地面测控设备训练方法，其特征在于，所述第一通讯设备还包括第一遥控接收机和第一遥测发射机，所述第二通讯设备还包括第二遥控接收机和第二遥测发射机；

预先确定第二交互信息随所述无人机飞行过程变化的所述对应关系包括：

预先采集并存储所述火箭在飞行过程中所述第一遥测发射机向所述地面测控设备发送的参数数据；其中，所述参数数据包括所述第一遥控接收机接收到所述地面测控设备的动作指令后，所述火箭上各个动作设备执行所述动作指令后产生的数据和所述火箭上各个设备正常运行的状态数据；

根据所述第一飞行轨迹和所述第二飞行轨迹的区别，确定所述参数数据和随所述第二飞行轨迹变化的第二对应关系；

相应地，根据所述无人机当前的飞行状态和所述对应关系，获得当前时刻的第二交互信息，包括：

根基所述无人机当前的飞行状态和所述第二对应关系，确定当前时刻对应的参数数据。

8.一种地面测控设备训练装置，其特征在于，包括：

预先设定模块，预先根据火箭在空中飞行的第一飞行轨迹设定无人机的第二飞行轨迹；并根据所述第一飞行轨迹和所述第二飞行轨迹之间的区别，结合所述火箭搭载的第一通讯设备在所述火箭飞行过程中向所述地面测控设备发送的第一交互信息，设定所述无人机上搭载的第二通讯设备向地面测控设备发送的第二交互信息随无人机飞行过程变化的对应关系；

第一控制模块，用于控制所述无人机按照所述第二飞行轨迹模拟所述火箭飞行；

交互信息模块，用于根据所述无人机的飞行状态和所述对应关系，获得当前时刻的第二交互信息；

第二控制模块，用于控制所述第二通讯设备向所述地面测控设备输出当前时刻的第二交互信息，使得在各个飞行时刻，所述地面测控设备接收到的所述第二交互信息和对应的所述第一交互信息相同。

9.一种地面测控设备训练系统，其特征在于，包括无人机、搭载在所述无人机上的通讯设备和控制器；

所述控制器用于执行实现如权利要求1至8任一项所述地面测控设备训练方法，以控制所述无人机模拟火箭飞行，并控制所述通讯设备和地面测控设备进行信息交互。

10.如权利要求9所述的地面测控设备训练系统，其特征在于，所述通讯设备包括雷达应答机、遥控接收机和遥测发射机。

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