CN114499634B - 基于电磁超表面人造多普勒效应无人集群协同系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同系统及方法，系统包括指挥平台和无人平台两类无人系统；所述指挥平台用于给集群节点下达按指定导航点运动的任务；所述无人平台用于执行指挥平台下达的任务；本发明基与雷达目标特性变化被动传递信息，不依赖双向无线电通信。具有可控的目标特性变化能力，提供额外的敌我识别功能。被动协同不需要无人平台额外辐射电磁信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同系统及方法，属于无人系统技术领域。
背景技术
在作战条件下，无人系统集群的协同需要进行电磁管控，过多的无线电协同通信会导致电磁波泄露，被地方侦测或干扰，同时会大幅增加无人系统的功耗。因此采用以默契协同为主的第通信需求协同是符合实战需求的。
基于时空编码超表面的电磁波调控具有频谱和空间谱同时调控的能力(L.Zhang,X.Q.Chen,S.Liu,Q.Zhang,J.Zhao,J.Y.Dai,and T.J.Cui,“Space-time-coding digitalmetasurfaces,”Nat.Commun.,vol.9,no.1,pp.1-11,Oct.2018.)，已经可以应用到无线通信领域。
利用电磁超表面人造多普勒效应，可以减少无人集群的主动无线电通信，实现电磁受限环境下的无人集群协同。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同系统及方法，解决了无人集群协同依赖双向无线通讯的问题。
本发明的技术方案是：一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同系统，包括指挥平台和无人平台两类无人系统；
所述指挥平台用于给集群节点下达按指定导航点运动的任务；
所述无人平台用于执行指挥平台下达的任务。
所述指挥平台安装有雷达和广播通信指挥系统；雷达对任务区域的各类目标进行探测编目；广播通信指挥系统对任务区域内的无人平台广播指挥平台下达的任务。
所述无人平台安装有被动无线电接收器和电磁超表面阵列；被动无线接收器接收广播通信指挥系统的任务内容；电磁超表面阵列通过相位调制产生特定的雷达反射特性，该反射特性被指挥平台的雷达探测到后，会显示出特定的多普勒频移。
所述的广播通信指挥系统，采用无线电广播的方式播放集群命令。
所述的被动无线电接收器，接收并解码指挥平台发出的无线电命令，并感知到指挥平台的雷达扫描信号。
所述的电磁超表面阵列，具有2bit变化相位可调超表面单元组成的5*5阵列，所述超表面单元由表面贴片，两个PIN二极管、F4B介质基板和金属地板组成，能形成四种相位状态；表面贴片电极形状为六边形，上下底边通过PIN二极管连接控制布线。
所述的电磁超表面阵列，采用可编程逻辑控制器按列对超表面单元的PIN二极管开关进行控制；两个PIN二极管分别开、关排列组合共具有四种相位变化。
所述的电磁超表面阵列，其每一列采用统一的相位状态，相邻的两列之间这相位阵列相差90°，全阵列按照依列递增或递减的方式，以T为周期变化相位，每个周期每一列相位变化90°，制造频率为1/T的多普勒蓝移或红移。
一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同方法，步骤如下：
我方指挥平台广播通信指挥系统下达集群命令，
我方无人平台被动接收集群命令，
我方指挥平台利用雷达监控任务区域，
我方无人平台被动无线电接收器发现被特定频段雷达照射，按照集群预设的频移表制造人造多普勒频移报告任务执行结果，
我方指挥平台雷达发现特定多普勒频移的目标，根据预定的频移表查询所对应的平台编号及状态。
所述的频移表用频移值作为识别和信号特征，以无人平台基础频移值的10n倍制造多普勒频移，以n值作为编码变量。
所述的频移表，当n为奇数时，代表第(n+1)/2号平台正常接收命令，并可以按计划完成；当n为偶数时，代表第n/2号平台出现异常。
本发明有益效果：
本发明与现有的无人集群协同系统相比，可以基于单向无线电通信实现具有执行反馈的集群控制。本方法具有以下显著优势：
(1)基与雷达目标特性变化被动传递信息，不依赖双向无线电通信。
(2)具有可控的目标特性变化能力，提供额外的敌我识别功能。
(3)被动协同不需要无人平台额外辐射电磁信号。
附图说明
图1为本发明系统组成图。
图2为无人协同机制示意图。
图3为由F4B介质板、金属地板、金属走线以及两个PIN管组成的电磁超表面单元。
图4为超表面阵列示意图。
图5为频移调制原理图。
具体实施方式
一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同系统，集群包括指挥平台和无人平台两类无人系统，其中指挥无人平台安装由雷达和广播通信指挥系统；无人平台安装有被动无线电接收器、电磁超表面阵列。广播通信指挥系统，采用无线电广播的方式播放集群命令。被动无线电接收器，可以接收并解码指挥平台发出的无线电命令，可以感知到指挥平台的雷达扫描信号。
电磁超表面阵列，其具有2bit变化相位可调超表面单元组成5*5阵列，该单元由表面贴片，两个PIN二极管、F4B介质基板和金属地板组成，能形成四种相位状态。电磁超表面阵列采用可编程逻辑控制器按列对超表面阵列中单元的PIN二极管开关进行控制。
电磁超表面阵列的每一列采用统一的相位状态，相邻的两列之间这相位阵列相差90°，全阵列按照依列递增或递减的方式，以T为周期变化相位，每个周期每一列相位变化90°，制造频率为1/T的多普勒蓝移或红移。
集群协同流程具体分为：我方指挥平台广播通信指挥系统下达集群命令，我方无人平台被动接收集群命令，我方指挥平台利用雷达监控任务区域，我方无人平台被动无线电接收器发现被特定频段雷达照射，按照集群预设的频移表制造人造多普勒频移报告任务执行结果，我方指挥平台雷达发现特定多普勒频移的目标，根据预定的频移表查询所对应的平台编号及状态。指挥控制平台把存在特定多普勒频移的目标识别为我方集群。
频移表用频移值作为识别和信号特征。以无人平台基础频移值的10n倍制造多普勒频移，以n值作为编码变量。当n为奇数时，代表第(n+1)/2号平台正常接收命令，并可以按计划完成；当n为偶数时，代表第n/2号平台出现异常。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的描述：
如图1所示，一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同系统，集群包括指挥平台和无人平台两类无人系统，其中指挥无人平台安装由雷达和广播通信指挥系统；无人平台安装有被动无线电接收器、电磁超表面阵列。广播通信指挥系统，采用无线电广播的方式播放集群命令。被动无线电接收器，可以接收并解码指挥平台发出的无线电命令，可以感知到指挥平台的雷达扫描信号。
如图3所示，电磁超表面阵列，其具有2bit变化相位可调超表面单元组成5*5阵列，该单元由表面贴片，两个PIN二极管、F4B介质基板和金属地板组成，能形成四种相位状态。电磁超表面阵列采用可编程逻辑控制器按列对超表面阵列中单元的PIN二极管开关进行控制。
如图4、5所示，电磁超表面阵列的每一列采用统一的相位状态，相邻的两列之间这相位阵列相差90°，全阵列按照依列递增或递减的方式，以T为周期变化相位，每个周期每一列相位变化90°，制造频率为1/T的多普勒蓝移或红移。
如图2所示，集群协同流程分为我方指挥平台广播通信指挥系统下达集群命令，我方无人平台被动接收集群命令，我方指挥平台利用雷达监控任务区域，我方无人平台被动无线电接收器发现被特定频段雷达照射，按照集群预设的频移表制造人造多普勒频移报告任务执行结果，我方指挥平台雷达发现特定多普勒频移的目标，根据预定的频移表查询所对应的平台编号及状态。指挥控制平台把存在特定多普勒频移的目标识别为我方集群。
频移表用频移值作为识别和信号特征。以无人平台基础频移值的10n倍制造多普勒频移，以n值作为编码变量。当n为奇数时，代表第(n+1)/2号平台正常接收命令，并可以按计划完成；当n为偶数时，代表第n/2号平台出现异常。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (9)
1.一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同系统，其特征在于：包括指挥平台和无人平台两类无人系统；
所述指挥平台用于给集群节点下达按指定导航点运动的任务；
所述无人平台用于执行指挥平台下达的任务；
所述指挥平台安装有雷达和广播通信指挥系统；雷达对任务区域的各类目标进行探测编目；广播通信指挥系统对任务区域内的无人平台广播指挥平台下达的任务；
所述无人平台安装有被动无线电接收器和电磁超表面阵列；被动无线接收器接收广播通信指挥系统的任务内容；电磁超表面阵列通过相位调制产生特定的雷达反射特性，该反射特性被指挥平台的雷达探测到后，会显示出特定的多普勒频移。
2.根据权利要求1所述的一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同系统，其特征在于：所述的广播通信指挥系统，采用无线电广播的方式播放集群命令。
3.根据权利要求2所述的一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同系统，其特征在于：所述的被动无线电接收器，接收并解码指挥平台发出的无线电命令，并感知到指挥平台的雷达扫描信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同系统，其特征在于：所述的电磁超表面阵列，具有2bit变化相位可调超表面单元组成的5*5阵列，所述超表面单元由表面贴片，两个PIN二极管、F4B介质基板和金属地板组成，能形成四种相位状态；表面贴片电极形状为六边形，上下底边通过PIN二极管连接控制布线。
5.根据权利要求4所述的一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同系统，其特征在于：所述的电磁超表面阵列，采用可编程逻辑控制器按列对超表面单元的PIN二极管开关进行控制；两个PIN二极管分别开、关排列组合共具有四种相位变化。
6.根据权利要求5所述的一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同系统，其特征在于：所述的电磁超表面阵列，其每一列采用统一的相位状态，相邻的两列之间这相位阵列相差90°，全阵列按照依列递增或递减的方式，以T为周期变化相位，每个周期每一列相位变化90°，制造频率为1/T的多普勒蓝移或红移。
7.一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同方法，其特征在于步骤如下：
我方指挥平台广播通信指挥系统下达集群命令，
我方无人平台被动接收集群命令，
我方指挥平台利用雷达监控任务区域，
我方无人平台被动无线电接收器发现被特定频段雷达照射，按照集群预设的频移表制造人造多普勒频移报告任务执行结果，
我方指挥平台雷达发现特定多普勒频移的目标，根据预定的频移表查询所对应的平台编号及状态。
8.根据权利要求7所述的一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同方法，其特征在于：所述的频移表用频移值作为识别和信号特征，以无人平台基础频移值的10n倍制造多普勒频移，以n值作为编码变量。
9.根据权利要求8所述的一种基于电磁超表面人造多普勒效应的无人集群协同方法，其特征在于：所述的频移表，当n为奇数时，代表第(n+1)/2号平台正常接收命令，并可以按计划完成；当n为偶数时，代表第n/2号平台出现异常。
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