CN115021800A - 使用无人机查找Ka频段卫星终端的方法、装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种使用无人机查找Ka频段卫星终端的方法、装置和电子设备，其中，使用无人机查找Ka频段卫星终端的方法，包括：控制多台无人机从目标地理范围的初始位置开始飞行，其中，初始位置位于目标地理范围的边界上多个方位；在飞行过程中，搜索目标信号，并对多台无人机的飞行路径进行调整，采用优化的组合定位算法确定Ka频段卫星终端的位置。采用本申请，可提高查找卫星终端的效率和精度。

Description

使用无人机查找Ka频段卫星终端的方法、装置和电子设备
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种使用无人机查找Ka频段卫星终端的方法、装置和电子设备。
背景技术
当前，互联网卫星星座发展迅速，其覆盖全球的通信网络已初具规模。与传统通信依赖地面基站相比，依靠星间链通信技术的卫星网络传输节点不受地面约束，脱离监管，再加上卫星用户终端体积小、上行波束窄，给信息安全带来严重威胁。
另一方面随着无人机技术的日渐成熟，无人机等升空平台搭载监测载荷已成为当前无线电监测发展的重要方向和有力补充。然而非静止轨道互联网卫星终端与传统卫星终端的空间辐射特性存在较大差异，目前缺乏相关终端查找经验，且升空平台查找互联网卫星终端的优势尚无量化的实验论证，尤其是Ka及以上频段的轻型无人机监测系统也无成熟的产品和解决方案。
卫星终端监测定位的主要问题是：卫星终端的定向波束指向通信卫星，与地面形成偏轴角，采用地面监测方式大多时候只能监测到其旁瓣信号，相对于波束中心信号强度，旁瓣信号十分微弱，依靠地面车载移动式监测接收到卫星终端的上行发射信号的概率极低，且卫星终端新产品设计功耗越来越小，天线旁瓣抑制越来越好，通过传统地面监测设备来查找卫星终端的技术难度也就越高。
目前较为可行的办法是借助无人机等升空平台搭载无线电监测设备，扩大有效监测覆盖范围以实现对终端的快速搜测。尽管升空平台具备高程优势，但是现有的定位方法相对较为单一，具有一定的局限性，目前关于无源定位的技术主要有到达角、基于接收信号强度以及时差定位，常用的到达角测向主要有比幅法和相关干涉仪，比幅法要求飞机旋转一周才能给出示向度，然而对于短时猝发信号，通常很难给出示向线，相关干涉仪对硬件要求较高，对于升空平台的安全性和操控性是比较大的挑战，基于接收信号强度的定位结果需要至少3台无人机才可得到定位坐标，且这两种测向定位算法对于多径传播的链路存在较大误差，而时差定位受限于无人机编队的几何构型，当目标辐射源位于无人机编队的内部时，定位精度较高，然而在未知目标位置的忙搜索过程中，初始化的位置很难碰巧能够对目标形成包围之势。
目前关于无人机编队任务等已有的研究多是针对既定目标开展的航迹路线规划和限定区域内的目标定位，对于在较大区域范围内未知目标的盲搜测应用场景，如何设计无人机编队飞行模式以及在何种情境下选择何种定位方法，如何提高查找卫星终端的效率，目前尚未出有效的解决方案。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提供了一种使用无人机查找Ka频段卫星终端的方法、装置和电子设备。
根据本申请的一方面，提供了一种使用无人机查找Ka频段卫星终端的方法，包括：
控制多台无人机从目标地理范围的初始位置开始飞行，其中，初始位置位于目标地理范围的边界上多个方位；
在飞行过程中，搜索目标信号，按照以下方式确定多台无人机的飞行路径和Ka频段卫星终端的位置：
当多台无人机均未接收到目标信号时，控制多台无人机向目标地理范围的几何重心飞行；
当多台无人机中一台无人机接收到目标信号时，以接收到目标信号的无人机的位置为原点，控制多台无人机中除接收到目标信号的无人机外的其他无人机向所述原点飞行；
当多台无人机中两台无人机接收到目标信号且具备测向条件时，基于到达角交会定位法确定Ka频段卫星终端的第一位置，控制多台无人机中除接收到目标信号的两台无人机外的其他无人机向所述第一位置飞行；
当多台无人机中两台无人机接收到目标信号且不具备测向条件，控制多台无人机中除接收到所述目标信号的两台无人机外的其他无人机，向接收到目标信号的两台无人机的中点飞行；
当多台无人机中至少三台无人机接收到所述目标信号，确定Ka频段卫星终端的第二位置；
当第二位置在接收到目标信号的至少三台无人机的几何构型的外部时，控制接收到目标信号的至少三台无人机中的至少一台无人机飞行，以使第二位置在几何构型的内部；
当第二位置在接收到目标信号的至少三台无人机的几何构型的内部时，确定Ka频段卫星终端的第三位置。
可选地，确定Ka频段卫星终端的第二位置，包括：
当目标信号为猝发信号时，基于接收信号强度和时差联合定位确定Ka频段卫星终端的第二位置；
当目标信号为常发信号时，基于到达角交会和接收信号强度联合定位确定Ka频段卫星终端的第二位置。
可选地，确定Ka频段卫星终端的第三位置，包括：
当目标地理范围的类型为城市时，基于接收信号强度和时差联合定位确定Ka频段卫星终端的第三位置；
当目标地理范围的类型为乡镇时，基于到达角交会和接收信号强度联合定位确定Ka频段卫星终端的第三位置。
可选地，接收信号强度和时差联合定位，包括：基于接收信号强度定位法确定Ka频段卫星终端的第一坐标；将第一坐标作为时差定位法的初始坐标进行迭代，以确定Ka频段卫星终端的位置。
可选地，到达角交会和接收信号强度联合定位，包括：基于到达角交会定位法确定第二坐标；基于接收信号强度定位法确定第三坐标；确定到达角交会定位法的示向度方差；基于示向度方差区间与权重系数之间的对应关系确定该示向度方差对应的权重系数；其中，示向度方差越大，第二坐标对应的权重系数越小；基于权重系数确定Ka频段卫星终端的位置为第二坐标与第三坐标的加权和。
可选地，基于接收信号强度定位法确定Ka频段卫星终端的坐标，包括：
确定路径损耗指数，其中，路径损耗指数包括传播因子，当目标地理范围为乡镇时，传播因子为视距传播因子，在目标地理范围为城市时，传播因子为多径传播因子；
基于路径损耗指数和接收功率确定Ka频段卫星终端的坐标。
可选地，基于示向度确定是否具备测向条件，其中，确定每次测量的示向度的方法包括：
确定本次测量中所有功率值与本次测量最大功率值之比大于预设值的功率值；
基于确定得到的功率值确定本次测量的示向度。
根据本申请的另一方面，提供了一种使用无人机查找Ka频段卫星终端的装置，包括：
控制模块，用于控制多台无人机从目标地理范围的初始位置开始飞行，其中，初始位置位于目标地理范围的边界上多个方位；
搜索模块，用于在飞行过程中，搜索目标信号；
确定模块，用于在飞行过程中，按照以下方式确定多台无人机的飞行路径和Ka频段卫星终端的位置：
当多台无人机均未接收到目标信号时，控制多台无人机向目标地理范围的几何重心飞行；
当多台无人机中一台无人机接收到目标信号时，以接收到目标信号的无人机的位置为原点，控制多台无人机中除接收到目标信号的无人机外的其他无人机向原点飞行；
当多台无人机中两台无人机接收到目标信号且具备测向条件时，基于到达角交会定位法确定Ka频段卫星终端的第一位置，控制多台无人机中除接收到目标信号的两台无人机外的其他无人机向第一位置飞行；
当多台无人机中两台无人机接收到目标信号且不具备测向条件时，控制多台无人机中除接收到目标信号的两台无人机外的其他无人机，向接收到目标信号的两台无人机的中点飞行；
当多台无人机中至少三台无人机接收到目标信号时，确定Ka频段卫星终端的第二位置；
当第二位置在接收到目标信号的至少三台无人机的几何构型的外部时，控制接收到目标信号的至少三台无人机中的至少一台无人机飞行，以使第二位置在几何构型的内部；
当第二位置在接收到目标信号的至少三台无人机的几何构型的内部时，确定Ka频段卫星终端的第三位置。
根据本申请的另一方面，提供了一种电子设备，包括：
处理器；以及
存储程序的存储器，
其中，所述程序包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器执行本申请实施例的方法。
根据本申请的另一方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行本申请实施例的方法。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，多台无人机从目标地理范围的初始位置开始飞行，在飞行过程中，根据多台无人机是否接收到目标信号、是否具备测向条件和是否具备定位条件确定多台无人机的飞行路径和Ka频段卫星终端的位置，可自适应实现对多台无人机的飞行路径进行调整，可提高查找卫星终端的效率。
附图说明
在下面结合附图对于示例性实施例的描述中，本申请的更多细节、特征和优点被公开，在附图中：
图1示出了根据本公开示例性实施例的使用无人机查找Ka频段卫星终端的方法的流程图；
图2示出了根据本申请示例性实施例的使用无人机查找Ka频段卫星终端的装置的示意性框图；
图3示出了能够用于实现本申请的实施例的示例性电子设备的结构框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的实施例。虽然附图中显示了本申请的某些实施例，然而应当理解的是，本申请可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本申请。应当理解的是，本申请的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本申请的保护范围。
应当理解，本申请的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本申请的范围在此方面不受限制。
本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本申请中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本申请中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
本申请实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
以下参照附图描述本申请的方案。
本申请实施例提供了一种使用无人机查找Ka频段卫星终端的方法。
图1示出了根据本公开示例性实施例的使用无人机查找Ka频段卫星终端的方法的流程图，如图1所示，包括步骤S101至步骤S102。
步骤S101，控制多台无人机从目标地理范围的初始位置开始飞行。
上述初始位置可位于目标地理范围的边界上多个方位。例如东、南、西、北等方位。
在使用无人机查找Ka频段卫星终端之前确定得到Ka频段卫星终端的初步定位。基于初步定位确定上述目标地理范围。初步定位可为Ka频段卫星终端可能的坐标、区域。目标地理范围可为一个城市、区县等行政区域，但本实施例并不限于此。
步骤S102，在飞行过程中，搜索目标信号，并确定多台无人机的飞行路径和Ka频段卫星终端的位置。
在本实施例中，多台无人机从目标地理范围的初始位置开始飞行，在飞行过程中，根据多台无人机是否接收到目标信号、是否具备测向条件和是否具备定位条件确定多台无人机的飞行路径和Ka频段卫星终端的位置，可自适应实现对多台无人机的飞行路径进行调整，可提高查找卫星终端的效率。
在初始位置，存在多台无人机均未接收到目标信号的情况。上述步骤S102中，当多台无人机均未接收到目标信号，控制多台无人机向目标地理范围的几何重心飞行。
在初始位置或控制多台无人机飞行的过程中，存在多台无人机中一台无人机接收到目标信号的情况。为此，上述步骤S102中：当多台无人机中一台无人机接收到目标信号时，以接收到目标信号的无人机的位置为原点，控制多台无人机中除接收到目标信号的无人机外的其他无人机向原点飞行。由此，有利于使多台无人机快速向接近卫星终端的位置飞行。
在初始位置或控制多台无人机飞行的过程中，存在多台无人机中两台无人机接收到目标信号且具备测向条件的情况。为此，上述步骤S102中：当多台无人机中两台无人机接收到目标信号且具备测向条件时，基于到达角交会定位法确定Ka频段卫星终端的第一位置，控制多台无人机中除接收到目标信号的两台无人机外的其他无人机向第一位置飞行。由此，对卫星终端的位置做出初步估计，使得无人机向卫星终端的位置飞行，以使无人机更接近卫星终端。
在初始位置或控制多台无人机飞行的过程中，存在多台无人机中两台无人机接收到目标信号且不具备测向条件的情况。为此，上述步骤S102中：当多台无人机中两台无人机接收到目标信号且不具备测向条件时，控制多台无人机中除接收到目标信号的两台无人机外的其他无人机，向接收到目标信号的两台无人机的中点飞行。由于不具备测向条件，使无人机向接收到目标信号的两台无人机的中点飞行，有利于使无人机更接近卫星终端。
在初始位置或控制多台无人机飞行的过程中，存在多台无人机中至少三台无人机接收到目标信号的情况。为此，上述步骤S102中：当多台无人机中至少三台无人机接收到目标信号时，确定Ka频段卫星终端的第二位置，由此实现对卫星终端的定位；由于无人机之间的几何构型影响定位精度，当第二位置在接收到目标信号的至少三台无人机的几何构型的外部时，控制接收到目标信号的至少三台无人机中的至少一台无人机飞行，以使第二位置在几何构型的内部；当第二位置在接收到目标信号的至少三台无人机的几何构型的内部时，确定Ka频段卫星终端的第三位置。由此，进行多次定位，提高定位精度。
下表示出了接收到目标信号的无人机的数量对应的控制与定位处理。
Figure BDA0003753891960000061
Figure BDA0003753891960000071
上述确定Ka频段卫星终端的第一位置，为对Ka频段卫星终端的初步定位。上述确定Ka频段卫星终端的第二位置，为对Ka频段卫星终端的进一步定位。上述确定Ka频段卫星终端的第三位置，为对Ka频段卫星终端的再次定位。确定第一位置、第二位置、第三位置使用不同的定位方法。下面对本实施例中在何种情境下选择何种定位方法的实施方式进行描述。
卫星终端工作模式对定位方法有所要求，比如对于短时猝发信号，比幅法测向难以获得足够的定位样本数据，相关干涉仪虽能快速给出示向线，但对无人机平台的操控和安全性提出了更多的要求。作为一种实施方式，上述确定Ka频段卫星终端的第二位置，包括：在目标信号为猝发信号的情况下，基于接收信号强度和时差联合定位确定Ka频段卫星终端的第二位置，从而避免进行达到角定位方法确定到达角的难度；在目标信号为常发信号的情况下，基于到达角交会和接收信号强度联合定位确定Ka频段卫星终端的第二位置。
无线信号的传播环境影响定位精度。作为一种实施方式，确定Ka频段卫星终端的第三位置，包括：当目标地理范围的类型为城市，基于接收信号强度和时差联合定位确定Ka频段卫星终端的第三位置，由于接收信号强度和时差联合定位受多路径传播影响较低，由此提高在城市环境下多路径传播时定位的精度；当目标地理范围的类型为乡镇，基于到达角交会和接收信号强度联合定位确定Ka频段卫星终端的第三位置，由于到达角交会和接收信号强度联合定位在视距传播情况下精度更高，而在乡镇环境下信号传播可视为视距传播，由此提高在乡镇环境下传播时定位的精度。
作为一种实施方式，接收信号强度和时差联合定位，包括：基于接收信号强度定位法确定Ka频段卫星终端的第一坐标；将第一坐标作为时差定位法的初始坐标进行迭代，以确定Ka频段卫星终端的位置。由此，由接收信号强度定位法确定时差定位法的初始坐标，初始坐标更准确，可减少迭代次数，提高接收信号强度和时差联合定位的效率和准确度。
作为一种实施方式，到达角交会和接收信号强度联合定位，包括：基于到达角交会定位法确定第二坐标；基于接收信号强度定位法确定第三坐标；确定到达角交会定位法的示向度方差；基于示向度方差区间与权重系数之间的对应关系确定示向度方差对应的权重系数；基于该权重系数确定Ka频段卫星终端的位置为第二坐标与第三坐标的加权和；其中，示向度方差越大，第二坐标对应的权重系数越小。其中，设置至少两个示向度方差区间，每个示向度方差区间对应于一个权重系数。由此，实现自适应调整权重系数，使得到达角交会和接收信号强度联合定位得到的定位结果更为准确。
作为一种实施方式，基于接收信号强度定位法确定Ka频段卫星终端的第一坐标或第三坐标，包括：确定路径损耗指数，其中，路径损耗指数包括传播因子，当目标地理范围为乡镇时，传播因子为视距传播因子，在目标地理范围为城市时，传播因子为多径传播因子；基于路径损耗指数和接收功率确定Ka频段卫星终端的第一坐标或第三坐标。可选地，路径损耗指数为传播因子与其他路径损耗参数之和。
作为一种实施方式，基于示向度确定是否具备测向条件，其中，确定每次测量的示向度的方法包括：确定本次测量中所有功率值与本次测量最大功率值之比大于预设值的功率值；基于确定得到的功率值确定本次测量的示向度。
下面以三台无人机组成无人机编队为例对本申请实施例进行描述。
在该示例中，首先给出无人机的初始飞行位置，并根据当前时刻无人机对目标信号的接收情况驱动下一时刻无人机编队飞行策略，根据接收到目标信号的无人机的数量，目标信号工作特点(猝发或常发)以及编队几何构型和卫星终端的相对位置来选择到达角交会定位、接收信号强度定位以及时差定位的联合定位算法，最终通过多次定位，逐步逼近真实的卫星终端。
具体的，以目标区域的自然边界在东西南北任选三个初始飞行位置，根据每个时刻三台无人机是否接收到目标信号、是否具备测向或定位条件来给出无人机编队的飞行路径。
如果当前时刻均收不到目标信号，则三台无人机向几何重心飞行，直到有一台无人机收到目标信号为止。
如果当前时刻一台无人机能收到目标信号，令该收到目标信号的无人机为坐标原点，另外两台无人机(坐标分别为(x11,y11),(x21,y21))向原点方向飞行，在两台无人机移动的过程中，对目标信号保持搜测的状态，如任意一台无人机搜测到目标信号则停止移动，记录当前无人机坐标。
如果当前时刻两台无人机能收到目标信号，且两台无人机均可给出示向线，采用到达角交会定位，得到定位坐标，此时未收到目标信号的无人机向定位坐标飞行，同时保持搜测状态，如搜测到目标信号则停止飞行；若两台无人机无法给出示向线，则未收到目标信号的无人机向两台无人机的中点飞行，同时保持搜测状态，如搜测到目标信号则停止飞行。
如果三台无人机均可接收到目标信号，在目标信号为猝发信号时，采用接收信号强度和时差联合定位；在目标信号为常发信号，则采用到达角交会和接收信号强度联合定位。
进一步的，如果定位结果位于三台无人机几何构型外部，则驱动其中一台无人机飞行以确保定位结果位于几何构型内部，即通过对比定位结果和三台无人机坐标的相对位置，确定无人机飞行路线，每一次定位给出下一步飞行路线，当定位结果位于无人机几何构型内部时，若当前处于城镇和乡村环境，则采用到达角交会和接收信号强度联合定位结果为最终结果，若处于城市环境，则采用接收信号强度和时差联合定位为最终目标定位结果。
下面对上述实施例中定位算法可能的实施方式进行描述。
基于比幅法测向确定示向度
飞机旋转一周为一次测量，一次测量采集的样本数量为N，每个样本接收到的功率值为Pi(θ)，i＝1,...,N，θ为示向度(也是方位角)，其中功率值的最大值为Pmax＝max(Pi(θ))，将一次测量中所有功率值与本次测量最大功率值之比大于预设值(例如下述的96％)的样本值取出，剔除奇异值(非连续示向度的取值)后求平均，得到一次测量的示向度。
其中，一次测量的示向度估计值为：
Figure BDA0003753891960000091
此时的示向度方差为：
Figure BDA0003753891960000092
其中，E表示求平均，D表示求方差。
到达角交会定位法
a)当只有两台无人机可以接收到目标信号并给出示向线，令第一台接收到信号的无人机坐标为原点O(0，0)，示向度为θ1，第二台接收到信号的无人机坐标为(x11,y11)，示向度为θ2，则达角交会定位得到估计的定位坐标
Figure BDA0003753891960000093
为：
Figure BDA0003753891960000094
b)当三台无人机可以接收到目标信号并给出示向线，令第一台接收到信号的无人机坐标为原点O(0，0)，示向度为θ1，第二台接收到信号的无人机坐标为(x11,y11)，示向度为θ2，第三台接收到信号的无人机坐标为(x21,y21)，示向度为θ3，则达角交会定位将得到一个定位三角形，三个顶点的坐标为A(xa,ya),B(xb,yb),C(xc,yc)，则估计的定位坐标
Figure BDA0003753891960000095
位于定位三角形的重心，其中三个顶点坐标为：
Figure BDA0003753891960000101
Figure BDA0003753891960000102
Figure BDA0003753891960000103
接收信号强度定位法
该方法使用条件为三台无人机均可以收到目标信号，令无人机距离目标源的距离分别为d1，d2，d3，在三个位置O(0，0)，(x11,y11)，(x21,y21)上接收到的信号功率为P1(d1)，P2(d2)，P3(d3)，信号功率值分别进行了N次测量，即Pi,j(dj)，i＝1,...N；j＝1,2,3。
首先对接收功率进行高斯滤波处理。
某无人机N次测量的信号功率均值为
Figure BDA0003753891960000104
方差为
Figure BDA0003753891960000105
信号功率服从如下高斯分布：
Figure BDA0003753891960000106
计算路径损耗指数。本实施例中引入传播因子。
路径传播损耗如下式所示，除与传播环境外，与信号频率和传输距离有关：
Figure BDA0003753891960000107
其中，Lb为对流层散射引入的基本传输损耗，Lm为修正的传输损耗，Ltr和Lre为发射机和接收机的附加损耗，Lcor为传播因子，当传播环境为城镇或者乡村，该因子取值为14，即视距传播因子；当传播环境为城市，该因子取值为26，即多径传播因子。
取η＝d/Lloss(d,f)为路径损耗指数。
令目标信号源的位置坐标为(xRSSI,yRSSI)，则：
Figure BDA0003753891960000111
代入求解以下方程组：
Figure BDA0003753891960000112
得到接收信号强度定位估计值
Figure BDA0003753891960000113
接收信号强度和时差联合定位
将接收信号强度定位估计坐标
Figure BDA0003753891960000114
作为Taylor时差定位算法的初始估计坐标，然后进行相关计算并迭代。具体过程如下：
令ri0＝|ri-r0|＝cτi0,i＝1,2，其中r0为目标信号源到第一台收到信号的无人机的距离，ri表示目标信号源距离另外两台无人机的距离，ri0为目标信号源到达另外两台无人机和原点无人机的距离差，τi0为时延差，在初始估计坐标
Figure BDA0003753891960000115
处进行泰勒加展开，取前两项
Figure BDA0003753891960000116
其中
Figure BDA0003753891960000117
为通过初始坐标计算得到时差值，
Figure BDA0003753891960000118
为时差估计值，ei0为时差估计误差。利用多个时差估计值与接收机的位置，可以得到如下方程组：
Gα＝b+e；
其中，G为时差估计的梯度矩阵，
Figure BDA0003753891960000119
α为目标的差值向量，
Figure BDA00037538919600001110
b为时差的差值向量，
Figure BDA00037538919600001111
e为时差估计误差向量，e＝[e10,e20]T，求解方程组可以得到：
α＝(GTG)-1GTQ-1b；
其中，Q＝E(eeT)为时差估计误差协方差矩阵，α与前次定位目标信号坐标相加用于下次迭代，直到||α||<ε时停止迭代，ε为一个比较小的正实数。
到达角交会和接收信号强度联合定位
该方法是通过加权的方式将接收信号强度定位和到达角交会定位相结合，给出定位结果。具体权值取决于比幅法测向给出的示向度方差值，即：
Figure BDA0003753891960000121
其中，w为权重系数，
Figure BDA0003753891960000122
为到达角交会定位法确定的位置，
Figure BDA0003753891960000123
为接收信号强度定位法确定的位置。
作为一种示例，当
Figure BDA0003753891960000124
时，w取0.9；当
Figure BDA0003753891960000125
w取0.5；当
Figure BDA0003753891960000126
w取0.1；
Figure BDA0003753891960000127
时，w取0，此时采用接收信号强度定位方法。示向度方差区间对应的权重系数可根据实际测量得到。
本申请实施例还提供了一种使用无人机查找Ka频段卫星终端的装置。
图2示出了根据本申请示例性实施例的使用无人机查找Ka频段卫星终端的装置的示意性框图，如图2所示，该装置包括：控制模块210、搜索模块220和确定模块230。
控制模块210，用于控制多台无人机从目标地理范围的初始位置开始飞行，其中，初始位置位于目标地理范围的边界上多个方位；搜索模块220，用于在飞行过程中，搜索目标信号；确定模块230，用于在飞行过程中，确定多台无人机的飞行路径和Ka频段卫星终端的位置。
具体的，确定模块230，用于当多台无人机均未接收到目标信号时，向目标地理范围的几何重心飞行。
具体的，确定模块230，用于当多台无人机中一台无人机接收到目标信号时，以接收到目标信号的无人机的位置为原点，控制多台无人机中除接收到目标信号的无人机外的其他无人机向原点飞行。由此，有利于使多台无人机快速向接近卫星终端的位置飞行。
具体的，确定模块230，用于当多台无人机中两台无人机接收到目标信号且具备测向条件时，基于到达角交会定位法确定Ka频段卫星终端的第一位置，控制多台无人机中除接收到目标信号的两台无人机外的其他无人机向第一位置飞行。由此，对卫星终端的位置做出初步估计，使得无人机向卫星终端的位置飞行，以使无人机更接近卫星终端。
具体的，确定模块230，用于当多台无人机中两台无人机接收到目标信号且不具备测向条件时，控制多台无人机中除接收到目标信号的两台无人机外的其他无人机，向接收到目标信号的两台无人机的中点飞行。由于不具备测向条件，使无人机向接收到目标信号的两台无人机的中点飞行，有利于使无人机更接近卫星终端。
具体的，确定模块230，用于当多台无人机中至少三台无人机接收到目标信号时，确定Ka频段卫星终端的第二位置，由此实现对卫星终端的定位；由于无人机之间的几何构型影响定位精度，当接收到目标信号的至少三台无人机的几何构型的外部时，控制接收到目标信号的至少三台无人机中的至少一台无人机飞行，以使第二位置在几何构型的内部；在接收到目标信号的至少三台无人机的几何构型的内部时，确定Ka频段卫星终端的第三位置。由此，卫星终端进行多次定位，提高定位精度。
卫星终端工作模式对定位方法有所要求，比如对于短时猝发信号，比幅法测向难以获得足够的定位样本数据，相关干涉仪虽能快速给出示向线，但对无人机平台的操控和安全性提出了更多的要求。作为一种实施方式，确定模块230，用于确定Ka频段卫星终端的第二位置，具体包括：当目标信号为猝发信号时，基于接收信号强度和时差联合定位确定Ka频段卫星终端的第二位置，从而避免进行达到角定位方法确定到达角的难度；当目标信号为常发信号时，基于到达角交会和接收信号强度联合定位确定Ka频段卫星终端的第二位置。
作为一种实施方式，确定模块230，用于确定Ka频段卫星终端的第三位置，包括：当目标地理范围的类型为城市时，基于接收信号强度和时差联合定位确定Ka频段卫星终端的第三位置，由此提高在城市环境下多路径传播时定位的精度；当目标地理范围的类型为乡镇时，基于到达角交会和接收信号强度联合定位确定Ka频段卫星终端的第三位置，由此提高在乡镇环境下传播时定位的精度。
作为一种实施方式，接收信号强度和时差联合定位，包括：基于接收信号强度定位法确定Ka频段卫星终端的第一坐标；将第一坐标作为时差定位法的初始坐标进行迭代，以确定Ka频段卫星终端的位置。由此，由接收信号强度定位法确定时差定位法的初始坐标，提高接收信号强度和时差联合定位的效率和准确度。
作为一种实施方式，到达角交会和接收信号强度联合定位，包括：基于到达角交会定位法确定第二坐标；基于接收信号强度定位法确定第三坐标；确定到达角交会定位法的示向度方差；基于示向度方差区间与权重系数之间的对应关系确定示向度方差对应的权重系数；基于该权重系数确定Ka频段卫星终端的位置为第二坐标与第三坐标的加权和；其中，示向度方差越大，第二坐标对应的权重系数越小。
作为一种实施方式，基于接收信号强度定位法确定Ka频段卫星终端的第一坐标或第三坐标，包括：确定路径损耗指数，其中，路径损耗指数包括传播因子，当目标地理范围为乡镇时，传播因子为视距传播因子，在目标地理范围为城市时，传播因子为多径传播因子；基于路径损耗指数和接收功率确定Ka频段卫星终端的第一坐标或第三坐标。可选地，路径损耗指数为传播因子与其他路径损耗参数之和。
作为一种实施方式，基于示向度确定是否具备测向条件，其中，确定每次测量的示向度的方法包括：确定本次测量中所有功率值与本次测量最大功率值之比大于预设值的功率值；基于确定得到的功率值确定本次测量的示向度。
本申请示例性实施例还提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器。所述存储器存储有能够被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序在被所述至少一个处理器执行时用于使所述电子设备执行根据本申请实施例的方法。
本申请示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机程序在被计算机的处理器执行时用于使所述计算机执行根据本申请实施例的方法。
本申请示例性实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，其中，所述计算机程序在被计算机的处理器执行时用于使所述计算机执行根据本申请实施例的方法。
参考图3，现将描述可以作为本申请的服务器或客户端的电子设备300的结构框图，其是可以应用于本申请的各方面的硬件设备的示例。电子设备旨在表示各种形式的数字电子的计算机设备，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本申请的实现。
如图3所示，电子设备300包括计算单元301，其可以根据存储在只读存储器(ROM)302中的计算机程序或者从存储单元308加载到随机访问存储器(RAM)303中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 303中，还可存储设备300操作所需的各种程序和数据。计算单元301、ROM 302以及RAM 303通过总线304彼此相连。输入/输出(I/O)接口305也连接至总线304。
电子设备300中的多个部件连接至I/O接口305，包括：输入单元306、输出单元307、存储单元308以及通信单元309。输入单元306可以是能向电子设备300输入信息的任何类型的设备，输入单元306可以接收输入的数字或字符信息，以及产生与电子设备的用户设置和/或功能控制有关的键信号输入。输出单元307可以是能呈现信息的任何类型的设备，并且可以包括但不限于显示器、扬声器、视频/音频输出终端、振动器和/或打印机。存储单元308可以包括但不限于磁盘、光盘。通信单元309允许电子设备300通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据，并且可以包括但不限于调制解调器、网卡、红外通信设备、无线通信收发机和/或芯片组，例如蓝牙设备、WiFi设备、WiMax设备、蜂窝通信设备和/或类似物。
计算单元301可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元301的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元301执行上文所描述的各个方法和处理。例如，在一些实施例中，使用无人机查找Ka频段卫星终端的方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元308。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 302和/或通信单元309而被载入和/或安装到电子设备300上。在一些实施例中，计算单元301可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行使用无人机查找Ka频段卫星终端的方法。
用于实施本申请的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本申请的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
如本申请使用的，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何计算机程序产品、设备、和/或装置(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑装置(PLD))，包括，接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何信号。
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。

Claims (10)

1.一种使用无人机查找Ka频段卫星终端的方法，其特征在于，包括：
控制多台无人机从目标地理范围的初始位置开始飞行，其中，所述初始位置位于所述目标地理范围的边界上多个方位；
在飞行过程中，搜索目标信号，并按照以下方式确定所述多台无人机的飞行路径和Ka频段卫星终端的位置：
当所述多台无人机均未接收到所述目标信号时，控制所述多台无人机向所述目标地理范围的几何重心飞行；
当所述多台无人机中一台无人机接收到所述目标信号时，以接收到所述目标信号的无人机的位置为原点，控制所述多台无人机中除接收到所述目标信号的无人机外的其他无人机向所述原点飞行；
当所述多台无人机中两台无人机接收到所述目标信号且具备测向条件时，基于到达角交会定位法确定Ka频段卫星终端的第一位置，控制所述多台无人机中除接收到所述目标信号的两台无人机外的其他无人机向所述第一位置飞行；
当所述多台无人机中两台无人机接收到所述目标信号且不具备测向条件时，控制所述多台无人机中除接收到所述目标信号的两台无人机外的其他无人机，向接收到所述目标信号的两台无人机的中点飞行；
当所述多台无人机中至少三台无人机接收到所述目标信号时，确定所述Ka频段卫星终端的第二位置；
当所述第二位置在接收到所述目标信号的所述至少三台无人机的几何构型的外部时，控制接收到所述目标信号的所述至少三台无人机中的至少一台无人机飞行，以使所述第二位置在所述几何构型的内部；
当所述第二位置在接收到所述目标信号的所述至少三台无人机的几何构型的内部时，确定所述Ka频段卫星终端的第三位置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述Ka频段卫星终端的第二位置，包括：
当所述目标信号为猝发信号时，基于接收信号强度和时差联合定位确定所述Ka频段卫星终端的第二位置；
当所述目标信号为常发信号时，基于到达角交会和接收信号强度联合定位确定所述Ka频段卫星终端的第二位置。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述Ka频段卫星终端的第三位置，包括：
当所述目标地理范围的类型为城市时，基于接收信号强度和时差联合定位确定所述Ka频段卫星终端的第三位置；
当所述目标地理范围的类型为乡镇时，基于到达角交会和接收信号强度联合定位确定所述Ka频段卫星终端的第三位置。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，接收信号强度和时差联合定位，包括：
基于接收信号强度定位法确定所述Ka频段卫星终端的第一坐标；
将所述第一坐标作为时差定位法的初始坐标进行迭代，以确定Ka频段卫星终端的位置。
5.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，到达角交会和接收信号强度联合定位，包括：
基于到达角交会定位法确定第二坐标，并确定到达角交会定位法的示向度方差；
基于接收信号强度定位法确定第三坐标；
基于示向度方差区间与权重系数之间的对应关系确定所述示向度方差对应的权重系数；其中，示向度方差越大，第二坐标对应的权重系数越小；
基于所述权重系数确定所述Ka频段卫星终端的位置为所述第二坐标与所述第三坐标的加权和。
6.如权利要求4所述的方法，其中，基于接收信号强度定位法确定所述Ka频段卫星终端的坐标，包括：
确定路径损耗指数，其中，路径损耗指数包括传播因子，当所述目标地理范围为乡镇时，所述传播因子为视距传播因子，当所述目标地理范围为城市时，所述传播因子为多径传播因子；
基于路径损耗指数和接收功率确定所述Ka频段卫星终端的坐标。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于示向度确定是否具备测向条件，其中，确定每次测量的示向度的方法，包括：
确定本次测量中所有功率值与本次测量最大功率值之比大于预设值的功率值；
基于确定得到的功率值确定本次测量的示向度。
8.一种使用无人机查找Ka频段卫星终端的装置，其特征在于，包括：
控制模块，用于控制多台无人机从目标地理范围的初始位置开始飞行，其中，所述初始位置位于所述目标地理范围的边界上多个方位；
搜索模块，用于在飞行过程中，搜索目标信号；
确定模块，用于在飞行过程中，按照以下方式确定所述多台无人机的飞行路径和Ka频段卫星终端的位置：
当所述多台无人机均未接收到所述目标信号时，控制所述多台无人机向所述目标地理范围的几何重心飞行；
当所述多台无人机中一台无人机接收到所述目标信号时，以接收到所述目标信号的无人机的位置为原点，控制所述多台无人机中除接收到所述目标信号的无人机外的其他无人机向所述原点飞行；
当所述多台无人机中两台无人机接收到所述目标信号且具备测向条件时，基于到达角交会定位法确定Ka频段卫星终端的第一位置，控制所述多台无人机中除接收到所述目标信号的两台无人机外的其他无人机向所述第一位置飞行；
当所述多台无人机中两台无人机接收到所述目标信号且不具备测向条件时，控制所述多台无人机中除接收到所述目标信号的两台无人机外的其他无人机，向接收到所述目标信号的两台无人机的中点飞行；
当所述多台无人机中至少三台无人机接收到所述目标信号时，确定所述Ka频段卫星终端的第二位置；
当所述第二位置在接收到所述目标信号的所述至少三台无人机的几何构型的外部时，控制接收到所述目标信号的所述至少三台无人机中的至少一台无人机飞行，以使所述第二位置在所述几何构型的内部；
当所述第二位置在接收到所述目标信号的所述至少三台无人机的几何构型的内部时，确定所述Ka频段卫星终端的第三位置。
9.一种电子设备，包括：
处理器；以及
存储程序的存储器，
其中，所述程序包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器执行根据权利要求1-7中任一项所述的方法。
10.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-7中任一项所述的方法。
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