CN114267935B - 应用于无人飞行器的双向通信阵列天线以及通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于无人飞行器的双向通信阵列天线，包括m×n的阵列天线；所述m×n的阵列天线布置在无人飞行器的机翼蒙皮内部；所述m×n的阵列天线包括m行且每行为n个天线单元。所述双向通信阵列天线中每行的n个天线单元沿着机翼长度方向依次布置于无人飞行器的机翼蒙皮内部。所述通信方法，通过确定无人飞行器机翼的弯曲度；并根据所述机翼的弯曲度，实时调整每个天线单元的发射频率，使得阵列天线的发射波速方向指向目标通信方向。本发明能够实现可靠有效的双向通信，同时保证了双向通信的连续性与稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及无人飞行器通信领域，具体涉及一种应用于无人飞行器的双向通信阵列天线以及通信方法。
背景技术
无人飞行器因其体积相对较小，操作灵活、可集成程度高，由此被广泛应用于各个领域。为了对无人飞行器进行准确定位以及有效控制，常常需要无人飞行器与卫星进行双向通信。
目前为了保证信号的可靠传输与分配，主要是依据大型天线与卫星进行双向通信，而由于无人飞行器负载限重等因素无法装载能与卫星双向通信的大型天线，也就无法实现无人飞信器与卫星之间可靠的双向通信；即使在无人飞行器上安装了大型天线，也会对无人飞行器的整体结构和内部布置有干扰，同样无法保证信号传输的可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供应用于无人飞行器的双向通信阵列天线以及通信方法，能够实现可靠有效的双向通信，同时保证了双向通信的连续性与稳定性。
本发明的应用于无人飞行器的双向通信阵列天线，所述双向通信阵列天线为m×n的阵列天线；所述m×n的阵列天线布置在无人飞行器的机翼蒙皮内部；所述m×n的阵列天线包括m行且每行为n个天线单元。
进一步，所述双向通信阵列天线中每行的n个天线单元沿着机翼长度方向依次布置于无人飞行器的机翼蒙皮内部。
进一步，所述每行的n个天线单元中相邻天线单元之间的间隔相同。
进一步，所述m取值为1。
进一步，所述天线单元采用柔性天线材料。
一种利用双向通信阵列天线进行双向通信的通信方法，包括如下步骤：
S1.确定无人飞行器机翼的弯曲度；
S2.根据所述机翼的弯曲度，实时调整每个天线单元的发射频率，使得阵列天线的发射波速方向指向目标通信方向。
进一步，所述步骤S1，具体包括：
S11.采集无人飞行器机翼中上蒙皮内多个位置处的应变量，得到应变量集合A，同时采集无人飞行器中下蒙皮内多个位置处的应变量，得到应变量集合B；其中，每个位置均对应一个因变量；
S12.根据应变量集合A以及应变量集合B，计算得到机翼的弯曲幅度，并将所述弯曲幅度作为机翼的弯曲度。
进一步，所述上蒙皮内多个位置沿着机翼长度方向依次布置；所述下蒙皮内多个位置沿着机翼长度方向依次布置。
进一步，所述上蒙皮内多个位置与下蒙皮内多个位置一一上下对称。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种应用于无人飞行器的双向通信阵列天线以及通信方法，通过在无人飞行器机翼蒙皮结构内安装平面阵列天线，以特定阵列天线的多天线单元的特殊辐射特性，扩大稳定信道，进而实现与卫星的双向通信，通过采用分单元放置应变传感器的方式，实时测定机翼的弯曲度，并以弯曲度为参数来动态调整每个天线单元的辐射能量，达到信号稳定，保证了双向通信的连续性与稳定性。
具体实施方式
以下对本发明做出进一步的说明：
本发明的应用于无人飞行器的双向通信阵列天线，所述双向通信阵列天线为m×n的阵列天线；所述m×n的阵列天线布置在无人飞行器的机翼蒙皮内部；所述m×n的阵列天线包括m行且每行为n个天线单元。其中，根据实际工况需求，可以在无人飞行器的2个机翼的蒙皮内部分别布置一个m×n的阵列天线，也可以在其中一个机翼的蒙皮内部布置一个m×n的阵列天线。
通过上述结构，在无人飞行器机翼内形成了平面阵列天线，通过控制阵列天线中天线单元的馈电相位来改变整个阵列天线的辐射方向图形状，使得辐射方向图最大值的指向对准卫星或其他目标通信设备即可实现双向通信。与传统的大型天线相比，所述阵列天线体积小，便于安装以及利于无人飞行器携带，同时，通过采用若干分布式的天线单元也增强了无人飞行器的通信信号，保证了双向通信的稳定性。
本实施例中，所述双向通信阵列天线中每行的n个天线单元沿着机翼长度方向依次布置于无人飞行器的机翼蒙皮内部。通过上述结构，一方面，充分利用了无人飞行器较长的机翼空间，使得天线单元拥有更多的信号辐射面积；另一方面，便于若干天线单元的安装与部署。
本实施例中，所述每行的n个天线单元中相邻天线单元之间的间隔相同。也即是，通过上述相等间隔地布置相邻的2个天线单元，使得在实际布置时，更容易依据机翼的长度来计算每行需要的天线单元个数n，也利于实际的布置操作。其中，所述间隔的大小可根据实际工况进行设置。
本实施例中，所述m取值为1。也即是，沿着机翼长度方向只布置一行n个天线单元，进而在保证通信稳定性的情况下，减少了天线单元的个数，进而减轻了阵列天线的重量，方便无人飞行器携带与安装。
本实施例中，所述天线单元采用柔性天线材料。通过设置柔性天线材料使得天线单元能够随着无人飞行器的机翼弯曲而弯曲，在弯曲时，天线单元的内部结构不受影响，保证了天线单元的稳定与通信安全。
无人飞行器在飞行过程中，随着受力的变化，机身和机翼会发生形状的变化，特别是机翼，从而导致分布在蒙皮上的天线单元的发射角度会实时变化，进而影响了阵列天线在无人飞行器通信应用中的通信效果。
一种利用双向通信阵列天线进行双向通信的通信方法，包括如下步骤：
S1.确定无人飞行器机翼的弯曲度；其中，飞机在未飞行时，机翼略微向下倾斜，而飞机在飞行时，机翼会有部分上翘。
S2.根据所述机翼的弯曲度，实时调整每个天线单元的发射频率，使得阵列天线的发射波速方向指向目标通信方向。其中，通过实时检测无人飞行器机翼的弯曲度，来动态实时地调整每个天线单元的发射频率，使得阵列天线的发射波速方向始终指向目标通信方向，从而保证了阵列天线与卫星或其他目标通信设备之间双向通信的连续性与稳定性。
本实施例中，所述步骤S1，具体包括：
S11.采集无人飞行器机翼中上蒙皮内多个位置处的应变量，得到应变量集合A，同时采集无人飞行器中下蒙皮内多个位置处的应变量，得到应变量集合B；其中，每个位置均对应一个因变量；通过在上下蒙皮内多个位置处分别固定设置一个应变片传感器来检测位置处的应变量；
S12.根据应变量集合A以及应变量集合B，计算得到机翼的弯曲幅度，并将所述弯曲幅度作为机翼的弯曲度。当机翼弯曲形变时，例如向上弯曲，则上蒙皮中应变片传感器的应变片压缩产生形变，下蒙皮中应变片传感器的应变片也产生一定幅度拉伸延长产生形变，形变使应变片电阻特性发生改变，进而应变片传感器发射的信号也发生改变，根据多个应变片传感器信号的依次变化可以测出弯曲度。
本实施例中，所述上蒙皮内多个位置沿着机翼长度方向依次布置；所述下蒙皮内多个位置沿着机翼长度方向依次布置。上蒙皮内多个位置以及下蒙皮内多个位置均为用于检测出应变量的位置，通过依次布置上述多个位置，能够更加充分全面地检测机翼的弯曲度，保证了弯曲度测量的准确性。
本实施例中，所述上蒙皮内多个位置与下蒙皮内多个位置一一上下对称。通过上述结构，一方面，简化了上蒙皮内多个位置与下蒙皮内多个位置的布置，另一方面，由于机翼主要是上下方向的弯曲，通过在机翼的上方向和下方向分别布置检测出应变量的位置，进一步保证了机翼弯曲度测量的可靠性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种应用于无人飞行器的双向通信阵列天线，其特征在于：所述双向通信阵列天线为m×n的阵列天线；所述m×n的阵列天线布置在无人飞行器的机翼蒙皮内部；所述m×n的阵列天线包括m行且每行为n个天线单元；
所述双向通信阵列天线根据如下方法进行双向通信：
S1.确定无人飞行器机翼的弯曲度；
所述步骤S1，具体包括：
S11.采集无人飞行器机翼中上蒙皮内多个位置处的应变量，得到应变量集合A，同时采集无人飞行器中下蒙皮内多个位置处的应变量，得到应变量集合B；其中，每个位置均对应一个因变量；
S12.根据应变量集合A以及应变量集合B，计算得到机翼的弯曲幅度，并将所述弯曲幅度作为机翼的弯曲度；
S2.根据所述机翼的弯曲度，实时调整每个天线单元的发射频率，使得阵列天线的发射波束方向指向目标通信方向。
2.根据权利要求1所述的应用于无人飞行器的双向通信阵列天线，其特征在于：所述双向通信阵列天线中每行的n个天线单元沿着机翼长度方向依次布置于无人飞行器的机翼蒙皮内部。
3.根据权利要求2所述的应用于无人飞行器的双向通信阵列天线，其特征在于：所述每行的n个天线单元中相邻天线单元之间的间隔相同。
4.根据权利要求1所述的应用于无人飞行器的双向通信阵列天线，其特征在于：所述m取值为1。
5.根据权利要求1所述的应用于无人飞行器的双向通信阵列天线，其特征在于：所述天线单元采用柔性天线材料。
6.根据权利要求1所述的应用于无人飞行器的双向通信阵列天线，其特征在于：所述上蒙皮内多个位置沿着机翼长度方向依次布置；所述下蒙皮内多个位置沿着机翼长度方向依次布置。
7.根据权利要求6所述的应用于无人飞行器的双向通信阵列天线，其特征在于：所述上蒙皮内多个位置与下蒙皮内多个位置一一上下对称。
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