CN114285459A - 一种卫星信号收发系统及其数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种卫星信号收发系统及其数据处理方法，其中，卫星信号收发系统包括：无人机和地面控制中心；地面控制中心，根据卫星的过境位置发送起飞信号至无人机；无人机，接收起飞信号起飞至预置高度并在预置高度悬停，将无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度发送至地面控制中心；地面控制中心，根据卫星的两行轨道数据、无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度，生成无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，将无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度发送至无人机本体。本申请通过在无人机本体上安装天线，解决现有技术中天线的灵活性较低的技术问题，达到提高天线的灵活度的技术效果。

Description

一种卫星信号收发系统及其数据处理方法

技术领域

本申请涉及低轨卫星通信技术领域，尤其涉及一种卫星信号收发系统及其数据处理方法。

背景技术

低轨通讯卫星成本低廉、技术更新速度快、通信延迟低，因此多家公司纷纷提出低轨通信卫星星座计划，国内的也有“鸿雁”等卫星互联网星座计划等。这些卫星互联网计划会带来上万颗卫星发射任务。当卫星的数量增多时，需要接收的卫星遥测信号也会逐渐增多。

现有技术中的卫星天线是固定在地面上的，灵活度不够且需要安装在开阔地带，否则会影响接收卫星信号。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于至少提供一种卫星信号收发系统及其数据处理方法，通过在无人机本体上安装天线，解决现有技术中天线的灵活性较低的技术问题，达到提高天线的灵活度的技术效果。

本申请主要包括以下几个方面：

第一方面，本申请实施例提供一种卫星信号收发系统，其中，卫星信号收发系统包括：无人机和地面控制中心；地面控制中心，用于根据卫星的过境位置，发送起飞信号至无人机；无人机，用于接收起飞信号，起飞至预置高度并在预置高度悬停，将无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度发送至地面控制中心；地面控制中心，用于根据卫星的两行轨道数据、无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度，生成无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，将无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度发送至无人机；无人机，用于获取无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，控制无人机本体旋转至方位角度，控制电机带动天线旋转至俯仰角度；无人机，用于通过天线接收卫星发送的遥测信号，将遥测信号通过调制解调器解调后发送至地面控制中心。

可选地，天线安装在连杆上，连杆安装在无人机本体的顶层，使得天线的最大辐射方向与无人机本体的惯性导航Y轴的方向相同。

可选地，起飞信号包括地面控制中心接收遥测信号的距离阈值；无人机用于接收起飞信号，控制无人机本体起飞至预置高度并在预置高度悬停，将无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度发送至地面控制中心，包括：无人机，用于根据地面控制中心接收遥测信号的距离阈值，确定无人机本体悬停的经纬度信息和无人机本体悬停的高度信息；无人机，用于起飞至无人机本体悬停的高度信息并在高度信息处悬停，将无人机本体悬停的经纬度信息和高度信息以及无人机本体的航向角度发送至地面控制中心。

可选地，地面控制中心，用于根据卫星的两行轨道数据、无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度，生成无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，包括：地面控制中心，用于获取卫星的两行轨道数据、无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度；地面控制中心，用于根据卫星的两行轨道数据、无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度，生成无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度。

可选地，无人机，用于获取无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，控制无人机本体旋转至方位角度，控制电机带动天线旋转至俯仰角度，包括：无人机，用于获取无人机本体的方位角度，将方位角度与航向角度作差，控制无人机本体旋转差值至方位角度；无人机，用于获取天线的俯仰角度，控制电机带动天线旋转至俯仰角度。

可选地，地面控制中心，用于将遥控信号发送至无人机；无人机，用于通过调制解调器和功率放大器将遥控信号发送至天线，天线将遥控信号发送至卫星。

可选地，天线为八木天线。

第二方面，本申请实施例还提供一种卫星信号收发系统的数据处理方法，其中，卫星信号收发系统包括：无人机和地面控制中心；数据处理方法包括：地面控制中心，用于根据卫星的过境位置，发送起飞信号至无人机本体；无人机，用于接收起飞信号，控制无人机本体起飞至预置高度并在预置高度悬停，将无人机本体悬停的位置信息发送至地面控制中心；地面控制中心，用于根据卫星的两行轨道数据和无人机本体悬停的位置信息，生成无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，将无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度发送至无人机；无人机，用于获取无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，控制无人机本体旋转至方位角度，控制电机带动天线旋转至俯仰角度；无人机，用于接收卫星发送的遥测信号，将遥测信号通过调制解调器解调后发送至地面控制中心。

第三方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，存储器存储有处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，处理器与存储器之间通过总线进行通信，机器可读指令被处理器运行时执行上述任一方面中任一种可能的实施方式中的卫星信号收发系统的数据处理方法的步骤。

第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述任一方面中任一种可能的实施方式中的卫星信号收发系统的数据处理方法的步骤。

本申请实施例提供的一种卫星信号收发系统及其数据处理方法，其中，卫星信号收发系统包括：无人机和地面控制中心；地面控制中心，用于根据卫星的过境位置，发送起飞信号至无人机；无人机，用于接收起飞信号，起飞至预置高度并在预置高度悬停，将无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度发送至地面控制中心；地面控制中心，用于根据卫星的两行轨道数据、无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度，生成无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，将无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度发送至无人机；无人机，用于获取无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，控制无人机本体旋转至方位角度，控制电机带动天线旋转至俯仰角度；无人机，用于通过天线接收卫星发送的遥测信号，将遥测信号通过调制解调器解调后发送至地面控制中心。本申请通过将天线固定在无人机本体上，解决了现有技术中卫星天线的灵活度较低的技术问题，达到提高卫星的灵活度的技术效果。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，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申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本申请实施例所提供的一种卫星信号收发系统的结构示意图。

图2示出了本申请实施例所提供的无人机的结构示意图。

图3示出了本申请实施例所提供的一种卫星信号收发系统的数据处理方法的流程图。

图4示出了本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中的附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。

另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。

现有技术的天线只能固定在地面上，并且需要将天线设置在开阔地带否则会影响信号的收发，对于周围的环境有一定的要求。

基于此，本申请实施例提供了一种卫星信号收发系统及其数据处理方法，通过将天线设置在无人机本体上，解决了现有技术中天线的灵活度较低的技术问题，达到提高天线的灵活性的技术效果，具体如下：

请参阅图1和图2，图1为本申请实施例所提供的一种卫星信号收发系统的结构示意图，图2为本申请实施例所提供的无人机的机构示意图。如图1所示，本申请实施例提供的卫星信号收发系统10包括：无人机100和地面控制中心200。如图2所示，本申请实施例提供的无人机100包括：天线101、无人机本体102、连杆103。天线101安装在连杆103上，连杆103安装在无人机本体102的顶层，使得天线101的最大辐射方向与无人机本体102的惯性导航Y轴的方向相同。

其中，天线101的数量为两个，分别设置在连杆103的两端，并且在初始时刻，天线101的俯仰角度与无人机本体102的水平方向相同，均与地面平行，即，初始时刻天线101的俯仰角度为0度。无人机本体102上还安装电机(图中未示出)，电机与天线101连接并带动天线101旋转，进而改变天线101的俯仰角度。

其中，地面控制中心，用于根据卫星的过境位置，发送起飞信号至无人机。

其中，无人机包括两个处理模块，第一处理模块是无人机本体自带的，用于接收地面控制中心通过TCP协议(传输控制协议，Transmission Control Protocol)发送的控制信号，控制无人机本体飞行以及控制电机运动进而控制天线的俯仰角度；第二处理模块是与天线连接，用于将遥测信号发送至地面控制中心和将遥控信号发送至卫星的。

无人机，用于接收起飞信号，起飞至预置高度并在预置高度悬停，将无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度发送至地面控制中心。

具体的，起飞信号包括地面控制中心接收遥测信号的距离阈值。无人机用于接收起飞信号，控制无人机本体起飞至预置高度并在预置高度悬停，将无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度发送至地面控制中心，包括：

无人机，用于根据地面控制中心接收遥测信号的距离阈值，确定无人机本体悬停的经纬度信息和无人机本体悬停的高度信息。

其中，地面控制中心接收遥测信号的距离阈值指的是地面控制中心与无人机进行信号传输的距离最大值。

根据地面控制中心接收遥测信号的距离阈值，确定无人机起飞后，无人机与地面控制中心的直线距离小于等于距离阈值。即，无人机起飞后，通过无人机本体悬停的经纬度信息和无人机本体的高度信息，地面控制中心的经纬度信息和地面控制中心的高度信息，确定为无人机与地面控制中心的直线距离。

其中，无人机本体悬停的高度信息还需要满足，使得无人机本体与卫星的距离值小于等于天线的最大辐射距离。

具体的，无人机本体悬停的高度信息除了满足与地面控制中心和卫星的通信之外，无人机本体悬停的高度信息还需满足其周围无高楼等物体遮挡。

无人机，用于起飞至无人机本体悬停的高度信息并在高度信息处悬停，将无人机本体悬停的经纬度信息和高度信息以及无人机本体的航向角度发送至地面控制中心。

其中，无人机本体的航向角度指的是无人机本体的惯性导航Y轴与正北方向的夹角，无人机本体悬停的经纬度信息和高度信息以及无人机本体的航向角度通过无人机本体的GPS(全球定位系统，Global Positioning System)获得。

地面控制中心，用于根据卫星的两行轨道数据、无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度，生成无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，将无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度发送至无人机。

也就是说，地面控制中心，用于获取卫星的两行轨道数据、无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度；地面控制中心，用于根据卫星的两行轨道数据、无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度，生成无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度。

其中，天线的俯仰角度指的是天线的最大辐射角与地平线的夹角。

卫星的两行轨道数据指的是卫星星历(TLE，Two-Line Orbital Element)，用于描述太空飞行体位置和速度的表达式。

其中，由于卫星是持续运动的，所以无人机本体的航向角度需要时刻指向卫星，进而保证天线的最大辐射方向时刻指向卫星。

也就是说，地面控制中心，通过站控软件对卫星的两行轨道数据、无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度进行计算，得到无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度。

地面控制中心，还可以用于获取无人机的UTC时间(协调世界时)等信息。

无人机，用于获取无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，控制无人机本体旋转至方位角度，控制电机带动天线旋转至俯仰角度。

也就是说，无人机，用于获取无人机本体的方位角度，将方位角度与航向角度作差，控制无人机本体旋转差值至方位角度；无人机，用于获取天线的俯仰角度，控制电机带动天线旋转至俯仰角度。

无人机，用于通过天线接收卫星发送的遥测信号，将遥测信号通过调制解调器解调后发送至地面控制中心。

其中，遥测信号为射频信号，调制解调器可以将射频信号转换为数字信号。

具体的，对于地面控制中心向卫星发送的上行的遥控信号：地面控制中心，用于将遥控信号发送至无人机；无人机，用于通过调制解调器和功率放大器将遥控信号发送至天线，天线将遥控信号发送至卫星。

也就是说，无人机接收地面控制中心发送的遥控信号，此时，遥控信号为数字信号，无人机接收遥控信号后通过调制解调器将遥控信号转换为射频信号，再将射频信号通过功率放大器将射频信号放大增强，并通过天线发射给卫星。

本申请实施例中的天线为八木天线，由于八木天线的结构简单，重量轻、风阻小，性能可靠，可以实现安装在无人机上，并且不影响无人机的正常飞行。

本申请实施例中八木天线的通信频段为UHF(特高频)/VHF(甚高频)。

本申请实施例的卫星指的是低轨卫星，低轨卫星不同于高轨通信卫星，其围绕地球旋转周期时间短，且由于地球自转的影响，卫星在地球某一点的入境轨迹为一条弧线，当卫星入境后，需驱动八木天线的方位和俯仰转动，使八木天线时刻对准卫星，从而保证通信链路的稳定性。

请参阅图3，图3示出了本申请实施例所提供的一种卫星信号收发系统的数据处理方法的流程图，其中，卫星信号收发系统包括：无人机和地面控制中心；如图3所示，本申请实施例所提供的一种卫星信号收发系统的数据处理方法的具体实施步骤如下：

S101、地面控制中心，用于根据卫星的过境位置，发送起飞信号至无人机。

S102、无人机，用于接收起飞信号，控制无人机本体起飞至预置高度并在预置高度悬停，将无人机本体悬停的位置信息发送至地面控制中心。

S103、地面控制中心，用于根据卫星的两行轨道数据和无人机本体悬停的位置信息，生成无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，将无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度发送至无人机。

S104、无人机，用于获取无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，控制无人机本体旋转至方位角度，控制电机带动天线旋转至俯仰角度。

S105、无人机，用于接收卫星发送的遥测信号，将遥测信号通过调制解调器解调后发送至地面控制中心。

基于同一申请构思，参见图4所示，为本申请实施例提供的一种电子设备20的结构示意图，包括：处理器201、存储器202和总线203，存储器202存储有处理器201可执行的机器可读指令，当电子设备20运行时，处理器201与存储器202之间通过总线203进行通信，机器可读指令被处理器201运行时执行如上述实施例中的卫星信号收发系统的数据处理方法的步骤。

基于同一申请构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例提供的卫星信号收发系统的数据处理方法的步骤。具体地，存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述卫星信号收发系统的数据处理方法，通过将天线设置在无人机本体上，解决了现有技术中天线的灵活度较低的技术问题，达到提高天线的灵活性的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种卫星信号收发系统，其特征在于，所述卫星信号收发系统包括：无人机和地面控制中心；

所述地面控制中心，用于根据卫星的过境位置，发送起飞信号至所述无人机；

所述无人机，用于接收所述起飞信号，起飞至预置高度并在所述预置高度悬停，将无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度发送至地面控制中心；

所述地面控制中心，用于根据所述卫星的两行轨道数据、所述无人机本体悬停的位置信息和所述无人机本体的航向角度，生成无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，将所述无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度发送至所述无人机；

所述无人机，用于获取所述无人机本体的方位角度和所述天线的俯仰角度，控制所述无人机本体旋转至所述方位角度，控制电机带动所述天线旋转至所述俯仰角度；

所述无人机，用于通过所述天线接收卫星发送的遥测信号，将所述遥测信号通过调制解调器解调后发送至所述地面控制中心。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述天线安装在连杆上，所述连杆安装在无人机本体的顶层，使得所述天线的最大辐射方向与所述无人机本体的惯性导航Y轴的方向相同。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述起飞信号包括所述地面控制中心接收所述遥测信号的距离阈值；所述无人机用于接收所述起飞信号，控制无人机本体起飞至预置高度并在所述预置高度悬停，将无人机本体悬停的位置信息和无人机本体的航向角度发送至地面控制中心，包括：

所述无人机，用于根据所述地面控制中心接收所述遥测信号的距离阈值，确定所述无人机本体悬停的经纬度信息和所述无人机本体悬停的高度信息；

所述无人机，用于起飞至所述无人机本体悬停的高度信息并在所述高度信息处悬停，将无人机本体悬停的经纬度信息和高度信息以及无人机本体的航向角度发送至地面控制中心。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面控制中心，用于根据所述卫星的两行轨道数据、所述无人机本体悬停的位置信息和所述无人机本体的航向角度，生成无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，包括：

所述地面控制中心，用于获取所述卫星的两行轨道数据、所述无人机本体悬停的位置信息和所述无人机本体的航向角度；

所述地面控制中心，用于根据所述卫星的两行轨道数据、所述无人机本体悬停的位置信息和所述无人机本体的航向角度，生成无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无人机，用于获取所述无人机本体的方位角度和所述天线的俯仰角度，控制所述无人机本体旋转至所述方位角度，控制电机带动所述天线旋转至所述俯仰角度，包括：

所述无人机，用于获取所述无人机本体的方位角度，将所述方位角度与所述航向角度作差，控制所述无人机本体旋转差值至所述方位角度；

所述无人机，用于获取所述天线的俯仰角度，控制电机带动所述天线旋转至所述俯仰角度。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面控制中心，用于将遥控信号发送至所述无人机；

所述无人机，用于通过调制解调器和功率放大器将所述遥控信号发送至所述天线，所述天线将所述遥控信号发送至所述卫星。

7.根据权利要求1至6任一所述的系统，其特征在于，所述天线为八木天线。

8.一种卫星信号收发系统的数据处理方法，其特征在于，所述卫星信号收发系统包括：无人机和地面控制中心；所述数据处理方法包括：

所述地面控制中心，用于根据卫星的过境位置，发送起飞信号至所述无人机；

所述无人机，用于接收所述起飞信号，控制无人机本体起飞至预置高度并在所述预置高度悬停，将无人机本体悬停的位置信息发送至地面控制中心；

所述地面控制中心，用于根据所述卫星的两行轨道数据和所述无人机本体悬停的位置信息，生成无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度，将所述无人机本体的方位角度和天线的俯仰角度发送至所述无人机；

所述无人机，用于获取所述无人机本体的方位角度和所述天线的俯仰角度，控制所述无人机本体旋转至所述方位角度，控制电机带动所述天线旋转至所述俯仰角度；

所述无人机，用于接收卫星发送的遥测信号，将所述遥测信号通过调制解调器解调后发送至所述地面控制中心。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线进行通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行如权利要求8所述的卫星信号收发系统的数据处理方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求8所述的卫星信号收发系统的数据处理方法的步骤。

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