CN115473564B - 一种航空器的通信方法及系统、机载无线收发器、航空器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种航空器的通信方法及系统、机载无线收发器、航空器，通过在航空器上设置多个天线，所述多个天线构成相位阵列天线，所述多个天线分别具有不同的信号覆盖范围，且所述多个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围；在通信过程中，获取所述航空器与目标地面站之间的相对位置信息；根据所述相对位置信息从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1；使用所述当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信。通过本发明，能够解决目前无人驾驶航空器的无线通信系统传输距离短、数据带宽小的技术问题。

Description

一种航空器的通信方法及系统、机载无线收发器、航空器
技术领域
本发明涉及无人驾驶航空器通信技术领域，具体涉及一种航空器的通信方法及系统、机载无线收发器、航空器、计算机可读存储介质。
背景技术
无人驾驶航空器的无线通信系统通常由全向天线与无线收发器实现航空器与地面控制站的点对点无线连接，或与4G/5G CPE组合，通过移动电话网络连接；少量无人驾驶航空器配备卫星通信设备，通常由单个相位阵列天线与卫星收发机组成，无人驾驶航空器与地面控制站的数据传输由通信卫星完成转发。
在实现本发明的过程中，发明人发现目前无人驾驶航空器的通信技术至少存在以下技术问题：
目前无人驾驶航空器的无线通信系统主要用于无人驾驶航空器视距内飞行时的地面控制，通信距离较短，数据带宽较小；由于无人驾驶航空器对机载设备的体积、重量要求，以及无线电法规对频谱与发射功率的管制，目前无人驾驶航空器的无线通信系统难以持续提升通信距离和数据带宽，满足未来无人驾驶航空器的超视距高速通信需求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种航空器的通信方法及系统、机载无线收发器、航空器、计算机可读存储介质，以解决目前无人驾驶航空器的无线通信系统传输距离短、数据带宽小的技术问题。
为实现上述目的，本发明的第一方面提出一种航空器的通信方法，所述航空器上设置有多个天线，所述多个天线构成相位阵列天线，所述多个天线分别具有不同的信号覆盖范围，且所述多个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围；
所述方法包括：
获取所述航空器与目标地面站之间的相对位置信息；
根据所述相对位置信息从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1；
使用所述当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信。
优选地，所述根据所述相对位置信息从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1，包括：
获取所述航空器的当前位置P2、航向角λ；
计算所述目标地面站的位置P1和所述当前位置P2之间连线与正北方向之间的夹角α；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
根据所述夹角α与所述航向角λ获得所述航空器与所述目标地面站之间的航向夹角β；
将所述航向夹角β从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1。
优选地，所述使用所述当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信，包括：
获取所述航空器的当前位置P2，并计算所述目标地面站的位置P1和所述航空器的当前位置P2之间的连线与所述当前最佳天线Tbest1的法线之间的夹角η作为信号波束偏转角度；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
基于所述信号波束偏转角度控制所述当前最佳天线的信号波束扫描所述地面控制站方向预设范围的区域，接收所述目标地面站的广播信号，根据所述广播信号获得所述区域的广播信号强度分布图；
从所述广播信号强度分布图中选择信号最佳的部分区域作为信号最佳区域；
在通信过程中，控制所述当前最佳天线Tbest1的信号波束保持指向所述信号最佳区域。
优选地，所述方法还包括：
在通信过程中，实时获取所述航空器的当前位置P2，并计算所述目标地面站的位置P1与实时获取的该当前位置P2之间连线与所述当前最佳天线Tbest1的法线之间的夹角η作为信号波束偏转角度；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
当所述信号波束偏转角度即将超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时，预测所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时的最佳天线Tbest2；
当所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时，使用所述最佳天线Tbest2作为新的当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信。
优选地，所述预测所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时的最佳天线Tbest2，包括：
获取所述航空器的最近多个历史时刻的位置、航向角；
分别计算所述目标地面站的位置P1和每个历史时刻的位置之间连线与正北方向之间的夹角，从而获得多个夹角；
根据所述多个夹角与最近多个历史时刻的航向角获得所述航空器与所述目标地面站之间的最近多个历史时刻的航向夹角；
根据所述最近多个历史时刻的航向夹角确定航向夹角随时间的变化信息，并根据所述变化信息确定所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时的最佳天线Tbest2。
优选地，所述航空器上设置有全向天线；
所述方法还包括：
当所述航空器与所述目标地面站之间的距离小于预设距离时，使用所述全向天线与所述目标地面站进行通信。
作为同一发明构思，本发明的第二方面提出一种航空器的通信系统，所述航空器上设置有多个天线，所述多个天线构成相位阵列天线，所述多个天线分别具有不同的信号覆盖范围，且所述多个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围；
所述系统包括：
相对位置获取模块，用于获取所述航空器与目标地面站之间的相对位置信息；
最佳天线选择模块，用于根据所述相对位置信息从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1；以及
通信控制模块，用于使用所述当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信。
优选地，所述最佳天线选择模块，包括：
信息获取单元，用于获取所述航空器的当前位置P2、航向角λ；
第一夹角计算单元，用于计算所述目标地面站的位置P1和所述当前位置P2之间连线与正北方向之间的夹角α；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
第二夹角计算单元，用于根据所述夹角α与所述航向角λ获得所述航空器与所述目标地面站之间的航向夹角β；以及
天线选择单元，用于将所述航向夹角β从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1。
优选地，所述通信控制模块，包括：
波束角度计算单元，用于获取所述航空器的当前位置P2，并计算所述目标地面站的位置P1和所述航空器的当前位置P2之间的连线与所述当前最佳天线Tbest1的法线之间的夹角η作为信号波束偏转角度；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
信号强度分析单元，用于基于所述信号波束偏转角度控制所述当前最佳天线的信号波束扫描所述地面控制站方向预设范围的区域，接收所述目标地面站的广播信号，根据所述广播信号获得所述区域的广播信号强度分布图；
信号区域选择单元，用于从所述广播信号强度分布图中选择信号最佳的部分区域作为信号最佳区域；以及
通信单元，用于在通信过程中，控制所述当前最佳天线Tbest1的信号波束保持指向所述信号最佳区域。
优选地，所述波束角度计算单元，还用于在通信过程中，实时获取所述航空器的当前位置P2，并计算所述目标地面站的位置P1与实时获取的该当前位置P2之间连线与所述当前最佳天线Tbest1的法线之间的夹角η作为信号波束偏转角度；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
所述最佳天线选择模块，还用于当所述信号波束偏转角度即将超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时，预测所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时的最佳天线Tbest2；并且，当所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时，使用所述最佳天线Tbest2作为新的当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信。
优选地，所述信息获取单元，还用于获取所述航空器的最近多个历史时刻的位置、航向角；
所述第一夹角计算单元，还用于分别计算所述目标地面站的位置P1和每个历史时刻的位置P2之间连线与正北方向之间的夹角，从而获得多个夹角；
所述第二夹角计算单元，用于根据所述多个夹角与最近多个历史时刻的航向角获得所述航空器与所述目标地面站之间的最近多个历史时刻的航向夹角；
所述天线选择单元，用于根据所述最近多个历史时刻的航向夹角确定航向夹角β随时间的变化信息，并根据所述变化信息确定所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时的最佳天线Tbest2。
优选地，所述航空器上设置有全向天线；
所述通信单元，还用于当所述航空器与所述目标地面站之间的距离小于预设距离时，使用所述全向天线与所述目标地面站进行通信。
作为同一发明构思，本发明的第三方面还提出一种用于航空器的机载无线收发器，其特征在于，所述机载无线收发器包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以完成上述的航空器的通信方法。
作为同一发明构思，本发明的第四方面还提出一种航空器，包括：
上述的用于航空器的机载无线收发器；
设置于航空器上的多个天线，所述多个天线构成相位阵列天线，所述多个天线分别具有不同的信号覆盖范围，且所述多个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围；以及
全向天线，用于当所述航空器与所述目标地面站之间的距离小于预设距离时，与所述目标地面站进行通信。
作为同一发明构思，本发明的第五方面还提出一种航空器，包括：
上述的航空器的通信系统；
设置于航空器上的多个天线，所述多个天线构成相位阵列天线，所述多个天线分别具有不同的信号覆盖范围，且所述多个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围；以及
全向天线，用于当所述航空器与所述目标地面站之间的距离小于预设距离时，与所述目标地面站进行通信。
作为同一发明构思，本发明的第六方面还提出一种计算机可读的存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时完成上述的航空器的通信方法。
本发明至少具有以下有益效果：
通过在航空器外部上设置多个天线，所述多个天线构成相位阵列天线，所述多个天线分别具有不同的信号覆盖范围，且所述多个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围，通过所述多个天线监测不同方向的信号强度；在航空器飞行过程中，根据所述航空器与目标地面站之间相对位置信息从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1，自动选择最佳路径建立无线连接，使用所述当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信，从而在无人驾驶航空器运行过程中所需的各种飞行状态下提供远距离，高带宽，稳定可靠的无线通信连接，能够有效地解决了目前无人驾驶航空器的无线通信系统传输距离短、数据带宽小的技术问题，满足未来无人驾驶航空器的超视距高速通信需求。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，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为航空器天线的三阵列正三角布置方式示意图。
图2为航空器天线的三阵列倒三角布置方式示意图。
图3为航空器天线的四阵列布置方式示意图
图4为本发明一实施例中一种航空器的通信方法的流程图。
图5为本发明一些具体实施例中广播信号强度分布图示意图。
图6为本发明一些具体实施例中天线切换的场景示意图。
图7为本发明一些具体实施例中航空器的结构示意图。
图8为本发明一些具体实施例中一种航空器的通信系统的结构示意图。
图9为本发明一些具体实施例中最佳天线选择模块的结构示意图。
图10为本发明一些具体实施例中通信控制模块的结构示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
本发明一实施例提出一种航空器的通信方法，适用于无人驾驶航空器的通信，所述航空器上设置有多个天线，所述多个天线构成相位阵列天线，例如图1-3所示，所述多个天线分别具有不同的信号覆盖范围，且所述多个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围。
其中，图1为本实施例中航空器的多个天线的三阵列正三角布置方式示意图，参阅图1可以知道，图1中在航空器的机身外部布置了三个天线，该三个天线呈三阵列正三角布置结构，该三个天线各自分别负责120°的信号范围，该三个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围。
其中，图2为本实施例中航空器的多个天线的三阵列倒三角布置方式示意图，参阅图2可以知道，图2中在航空器的机身外部布置了三个天线，该三个天线呈三阵列倒三角布置结构，该三个天线各自分别负责120°的信号范围，该三个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围。
其中，图3为本实施例中航空器的多个天线的四阵列布置方式示意图，参阅图3可以知道，图3中在航空器的机身外部布置了四个天线，该四个天线呈四阵列布置结构，该四个天线分别负责90°的信号范围，该四个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围。
以上图1-3的相位阵列天线的布置方式仅为举例说明，不应理解为是对本发明保护范围的限制，本领域技术人员熟知还可以扩展变形为其他的相位阵列天线的布置方式。
参阅图4，本实施例的方法包括以下步骤：
步骤S1、获取所述航空器与目标地面站之间的相对位置信息；
具体而言，所述目标地面站(地面控制站)的位置P1为已知参数，所述航空器由于其处于飞行过程中，其位置P2需要通过所述航空器的机载导航定位系统进行获取；需说明的是，机载导航定位系统为航空器的常规配置，故此，其定位功能不在本说明书中赘述；
步骤S2、根据所述相对位置信息从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1；
具体而言，在航空器飞行过程中，本实施例通过所述多个天线监测不同方向的信号强度，并结合航空器和目标地面站的位置信息，从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1；
步骤S3、使用所述当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信；
具体而言，基于选择的当前最佳天线Tbest1，自动选择最佳路径建立无线连接，与所述目标地面站进行通信，实现在无人驾驶航空器运行过程中所需的各种飞行状态下提供远距离，高带宽，稳定可靠的无线通信连接。
在一些具体的实施例中，所述步骤S2，包括：
步骤S21、获取所述航空器的当前位置P2、航向角λ；
具体而言，所述航空器的当前位置P2、航向角λ均可以通过所述机载导航定位系统获取；
步骤S22、计算所述位置P1和所述当前位置P2之间连线P1-P2与正北方向之间的夹角α；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
步骤S23、根据所述夹角α与所述航向角λ获得所述航空器与所述目标地面站之间的航向夹角β；
具体而言，所述航向夹角β等于所述夹角α减去所述航向角λ；即β＝α-λ；
步骤S24、将所述航向夹角β从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1。
举例而言，对于图3所示的四阵列布置方式，当β∈[315°，360°]||[0°，45°)时，由设置于航空器机首的天线覆盖，机首的天线作为当前最佳天线Tbest1；当β∈[45°，135°)时，由设置于航空器右舷的天线覆盖，右舷的天线作为当前最佳天线Tbest1；以此类推。
在一些具体的实施例中，所述步骤S3，包括：
步骤S31、获取所述航空器的当前位置P2，并计算所述目标地面站的位置P1和所述航空器的当前位置P2之间的连线P1-P2与所述当前最佳天线Tbest1的法线之间的夹角η作为信号波束偏转角度；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
步骤S32、基于所述信号波束偏转角度控制所述当前最佳天线的信号波束扫描所述地面控制站方向预设范围的区域，接收所述目标地面站的广播信号，根据所述广播信号获得所述区域的广播信号强度分布图；
具体而言，预设范围的区域例如是，例如控制所述当前最佳天线的信号波束扫描水平或垂直±5°得到的区域；在扫描之后，可以接收所述目标地面站的广播信号，根据接收到的广播信号的强度(即功率)可以绘制生成这个区域的广播信号强度分布图；该广播信号强度分布图例如图5所示；该广播信号强度分布图中可以通过不同颜色渲染来区分信号强度；
步骤S33、从所述广播信号强度分布图中选择信号最佳的部分区域作为信号最佳区域；
具体而言，信号最佳的部分区域即信号强度最强的部分区域；
步骤S34、在通信过程中，控制所述当前最佳天线Tbest1的信号波束保持指向所述信号最佳区域；
具体而言，本实施例中在航空器飞行过程中，根据航空器位置和姿态变化，不断更新与目标区域的相对位置和信号波束偏转角度，保持波束一直指向目标区域，通过波束赋形技术，实现最佳信号区域的持续跟踪，能够建立稳定可靠的无线通信连接。
在一些具体的实施例中，如图6所示，所述方法还包括进行天线切换，包括以下步骤：
步骤S4、在通信过程中，实时获取所述航空器的当前位置P2，并计算所述目标地面站的位置P1与实时获取的该当前位置P2之间连线与所述当前最佳天线Tbest1的法线之间的夹角η作为信号波束偏转角度；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
步骤S5、当所述信号波束偏转角度即将超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时，预测所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时的最佳天线Tbest2；
步骤S6、当所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时，使用所述最佳天线Tbest2作为新的当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信。
在一些具体的实施例中，所述步骤S5，具体包括：
步骤S51、获取所述航空器的最近多个历史时刻的位置、航向角；
步骤S52、分别计算所述目标地面站的位置P1和每个历史时刻的位置之间连线与正北方向之间的夹角，从而获得多个夹角；举例而言，最近多个历史时刻的位置分别为P21、P22、P23、P24、P25，最近多个历史时刻的航向角分别为λ1、λ2、λ3、λ4、λ5，则所述目标地面站的位置P1和每个历史时刻的位置之间连线为P1-P21、P1-P22、P1-P23、P1-P24、P1-P25，该5条连线与正北方向之间的夹角分别为α1、α2、α3、α4、α5；
步骤S53、根据所述多个夹角与最近多个历史时刻的航向角获得所述航空器与所述目标地面站之间的最近多个历史时刻的航向夹角；
具体而言，根据夹角α1、α2、α3、α4、α5以及λ1、λ2、λ3、λ4、λ5可以获得β1、β2、β3、β4、β5，每一历史时刻的航向夹角βi＝对应历史时刻的夹角αi-对应历史时刻的航向角λi，i＝[1,2,3,4,5]；
步骤S54、根据所述最近多个历史时刻的航向夹角确定航向夹角随时间的变化信息，并根据所述变化信息确定所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时的最佳天线Tbest2；
具体而言，如上所述，本实施例根据航向夹角与天线的信号覆盖范围来选择最佳天线，因此，根据航向夹角随时间的变化情况，与天线的信号覆盖范围可以预测是否即将超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围，是否需要进行天线切换，以及下一个最佳天线是哪一个。
在一些具体的实施例中，参阅图7，所述航空器上设置有全向天线；
所述方法还包括：
步骤S7、当所述航空器与所述目标地面站之间的距离小于预设距离时，使用所述全向天线与所述目标地面站进行通信。
具体而言，航空器飞越地面控制站上空时，由于仰角较高，机载相位阵列天线扫描范围不足以满足覆盖需求，但此时航空器与地面控制站间的距离较近，典型距离在2km以内，对发射机功率和天线增益需求较低，因此，本实施例进一步在航空器的机身底部布置一套全向天线，用于在该情况下替代阵列天线使用，改善近距离及高仰角状态下的信号覆盖，所述全向天线组件结构简单，无需单独控制，可作为阵列天线失效时的备用方案，满足的控制指令传输及数据遥测等低带宽应用场景需求。
本发明的另一实施例提出一种航空器的通信系统，所述航空器上设置有多个天线，所述多个天线构成相位阵列天线，所述多个天线分别具有不同的信号覆盖范围，且所述多个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围；
参阅图8，本实施例的系统包括：
相对位置获取模块1，用于获取所述航空器与目标地面站之间的相对位置信息；
最佳天线选择模块2，用于根据所述相对位置信息从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1；以及
通信控制模块3，用于使用所述当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信。
在一些具体的实施例中，参阅图9，所述最佳天线选择模块2，包括：
信息获取单元21，用于获取所述航空器的当前位置P2、航向角λ；
第一夹角计算单元22，用于计算所述位置P1和所述当前位置P2之间连线与正北方向之间的夹角α；
第二夹角计算单元23，用于根据所述夹角α与所述航向角λ获得所述航空器与所述目标地面站之间的航向夹角β；以及
天线选择单元24，用于将所述航向夹角β从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1。
在一些具体的实施例中，参阅图10，所述通信控制模块3，包括：
波束角度计算单元31，用于获取所述航空器的当前位置P2，并计算所述目标地面站的位置P1和所述航空器的当前位置P2之间的连线与所述当前最佳天线Tbest1的法线之间的夹角η作为信号波束偏转角度；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
信号强度分析单元32，用于基于所述信号波束偏转角度控制所述当前最佳天线的信号波束扫描所述地面控制站方向预设范围的区域，接收所述目标地面站的广播信号，根据所述广播信号获得所述区域的广播信号强度分布图；
信号区域选择单元33，用于从所述广播信号强度分布图中选择信号最佳的部分区域作为信号最佳区域；以及
通信单元34，用于在通信过程中，控制所述当前最佳天线Tbest1的信号波束保持指向所述信号最佳区域。
在一些具体的实施例中，所述波束角度计算单元31，还用于在通信过程中，实时获取所述航空器的当前位置P2，并计算所述目标地面站的位置P1与实时获取的该当前位置P2之间连线与所述当前最佳天线Tbest1的法线之间的夹角η作为信号波束偏转角度；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
所述最佳天线选择模块2，还用于当所述信号波束偏转角度即将超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时，预测所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时的最佳天线Tbest2；并且，当所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时，使用所述最佳天线Tbest2作为新的当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信。
在一些具体的实施例中，所述信息获取单元21，还用于获取所述航空器的最近多个历史时刻的位置、航向角；
所述第一夹角计算单元22，还用于分别计算所述目标地面站的位置P1和每个历史时刻的位置之间连线与正北方向之间的夹角，从而获得多个夹角；
所述第二夹角计算单元23，用于根据所述多个夹角与最近多个历史时刻的航向角获得所述航空器与所述目标地面站之间的最近多个历史时刻的航向夹角；
所述天线选择单元24，用于根据所述最近多个历史时刻的航向夹角确定航向夹角随时间的变化信息，并根据所述变化信息确定所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时的最佳天线Tbest2。
在一些具体的实施例中，所述航空器上设置有全向天线；
所述通信单元34，还用于当所述航空器与所述目标地面站之间的距离小于预设距离时，使用所述全向天线与所述目标地面站进行通信。
以上所描述的实施例的系统仅仅是示意性的，其中所述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实施例的系统的方案的目的。
需说明的是，上述实施例的航空器的通信系统与上述实施例的航空器的通信方法对应，因此，上述实施例的航空器的通信系统未详述部分可以参阅上述实施例的航空器的通信方法的内容得到，即上述实施例的航空器的通信方法记载的具体步骤内容可以理解为上述实施例的航空器的通信系统所能够实现的功能，此处不再赘述。
并且，上述实施例的航空器的通信系统若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，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
本发明的又一实施例还提出一种用于航空器的机载无线收发器，所述机载无线收发器包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以完成上述的航空器的通信方法。
本发明的又一实施例还提出还提出一种航空器，参阅图7，包括：
上述实施例所述的用于航空器100的机载无线收发器110；
设置于航空器上的多个天线120，所述多个天线120构成相位阵列天线120，所述多个天线120分别具有不同的信号覆盖范围，且所述多个天线120的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围；以及
全向天线130，用于当所述航空器100与所述目标地面站之间的距离小于预设距离时，与所述目标地面站进行通信。
本发明的又一实施例还提出还提出另一种航空器，包括：
上述实施例所述的航空器的通信系统；
设置于航空器上的多个天线，所述多个天线构成相位阵列天线，所述多个天线分别具有不同的信号覆盖范围，且所述多个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围；以及
全向天线，用于当所述航空器与所述目标地面站之间的距离小于预设距离时，与所述目标地面站进行通信。
本发明的又一实施例还提出一种计算机可读的存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时完成上述的航空器的通信方法。
具体而言，所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序指令的任何实体或记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
通过以上的实施例的描述可知，本发明的实施例具有以下优点：
通过在航空器外部上设置多个天线，所述多个天线构成相位阵列天线，所述多个天线分别具有不同的信号覆盖范围，且所述多个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围，通过所述多个天线监测不同方向的信号强度；在航空器飞行过程中，根据所述航空器与目标地面站之间相对位置信息从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1，自动选择最佳路径建立无线连接，使用所述当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信，从而在无人驾驶航空器运行过程中所需的各种飞行状态下提供远距离，高带宽，稳定可靠的无线通信连接，能够有效地解决了目前无人驾驶航空器的无线通信系统传输距离短、数据带宽小的技术问题，满足未来无人驾驶航空器的超视距高速通信需求。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和更换都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (13)

1.一种航空器的通信方法，其特征在于，所述航空器上设置有多个天线，所述多个天线构成相位阵列天线，所述多个天线分别具有不同的信号覆盖范围，且所述多个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围；
所述方法包括：
获取所述航空器与目标地面站之间的相对位置信息；
根据所述相对位置信息从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1；
使用所述当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信；
其中，所述根据所述相对位置信息从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1，包括：
获取所述航空器的当前位置P2、航向角λ；
计算所述目标地面站的位置P1和所述当前位置P2之间连线与正北方向之间的夹角α；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
根据所述夹角α与所述航向角λ获得所述航空器与所述目标地面站之间的航向夹角β；
根据所述航向夹角β从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1。
2.根据权利要求1所述的航空器的通信方法，其特征在于，所述使用所述当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信，包括：
获取所述航空器的当前位置P2，并计算所述目标地面站的位置P1和所述航空器的当前位置P2之间的连线与所述当前最佳天线Tbest1的法线之间的夹角η作为信号波束偏转角度；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
基于所述信号波束偏转角度控制所述当前最佳天线的信号波束扫描所述目标地面站方向预设范围的区域，接收所述目标地面站的广播信号，根据所述广播信号获得所述区域的广播信号强度分布图；
从所述广播信号强度分布图中选择信号最佳的部分区域作为信号最佳区域；
在通信过程中，控制所述当前最佳天线Tbest1的信号波束保持指向所述信号最佳区域。
3.根据权利要求1所述的航空器的通信方法，其特征在于，所述方法还包括：
在通信过程中，实时获取所述航空器的当前位置P2，并计算所述目标地面站的位置P1与实时获取的该当前位置P2之间连线与所述当前最佳天线Tbest1的法线之间的夹角η作为信号波束偏转角度；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
当所述信号波束偏转角度即将超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时，预测所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时的最佳天线Tbest2；
当所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时，使用所述最佳天线Tbest2作为新的当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信。
4.根据权利要求3所述的航空器的通信方法，其特征在于，所述预测所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时的最佳天线Tbest2，包括：
获取所述航空器的最近多个历史时刻的位置、航向角；
分别计算所述目标地面站的位置P1和每个历史时刻的位置之间连线与正北方向之间的夹角，从而获得多个夹角；
根据所述多个夹角与最近多个历史时刻的航向角获得所述航空器与所述目标地面站之间的最近多个历史时刻的航向夹角；
根据所述最近多个历史时刻的航向夹角确定航向夹角随时间的变化信息，并根据所述变化信息确定所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时的最佳天线Tbest2。
5.根据权利要求1所述的航空器的通信方法，其特征在于，所述航空器上设置有全向天线；
所述方法还包括：
当所述航空器与所述目标地面站之间的距离小于预设距离时，使用所述全向天线与所述目标地面站进行通信。
6.一种航空器的通信系统，其特征在于，所述航空器上设置有多个天线，所述多个天线构成相位阵列天线，所述多个天线分别具有不同的信号覆盖范围，且所述多个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围；
所述系统包括：
相对位置获取模块，用于获取所述航空器与目标地面站之间的相对位置信息；
最佳天线选择模块，用于根据所述相对位置信息从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1；以及
通信控制模块，用于使用所述当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信；
其中，所述最佳天线选择模块，包括：
信息获取单元，用于获取所述航空器的当前位置P2、航向角λ；
第一夹角计算单元，用于计算所述目标地面站的位置P1和所述当前位置P2之间连线与正北方向之间的夹角α；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
第二夹角计算单元，用于根据所述夹角α与所述航向角λ获得所述航空器与所述目标地面站之间的航向夹角β；以及
天线选择单元，用于根据所述航向夹角β从所述多个天线中选择一个作为当前最佳天线Tbest1。
7.根据权利要求6所述的航空器的通信系统，其特征在于，所述通信控制模块，包括：
波束角度计算单元，用于获取所述航空器的当前位置P2，并计算所述目标地面站的位置P1和所述航空器的当前位置P2之间的连线与所述当前最佳天线Tbest1的法线之间的夹角η作为信号波束偏转角度；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
信号强度分析单元，用于基于所述信号波束偏转角度控制所述当前最佳天线的信号波束扫描所述目标地面站方向预设范围的区域，接收所述目标地面站的广播信号，根据所述广播信号获得所述区域的广播信号强度分布图；
信号区域选择单元，用于从所述广播信号强度分布图中选择信号最佳的部分区域作为信号最佳区域；以及
通信单元，用于在通信过程中，控制所述当前最佳天线Tbest1的信号波束保持指向所述信号最佳区域。
8.根据权利要求7所述的航空器的通信系统，其特征在于，所述波束角度计算单元，还用于在通信过程中，实时获取所述航空器的当前位置P2，并计算所述目标地面站的位置P1与实时获取的该当前位置P2之间连线与所述当前最佳天线Tbest1的法线之间的夹角η作为信号波束偏转角度；其中所述目标地面站的位置P1为预先设置的已知参数；
所述最佳天线选择模块，还用于当所述信号波束偏转角度即将超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时，预测所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时的最佳天线Tbest2；并且，当所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时，使用所述最佳天线Tbest2作为新的当前最佳天线Tbest1与所述目标地面站进行通信。
9.根据权利要求8所述的航空器的通信系统，其特征在于，
所述信息获取单元，还用于获取所述航空器的最近多个历史时刻的位置、航向角；
所述第一夹角计算单元，还用于分别计算所述目标地面站的位置P1和每个历史时刻的位置之间连线与正北方向之间的夹角，从而获得多个夹角；
所述第二夹角计算单元，用于根据所述多个夹角与最近多个历史时刻的航向角获得所述航空器与所述目标地面站之间的最近多个历史时刻的航向夹角；
所述天线选择单元，用于根据所述最近多个历史时刻的航向夹角确定航向夹角随时间的变化信息，并根据所述变化信息确定所述信号波束偏转角度超出所述当前最佳天线Tbest1的信号覆盖范围时的最佳天线Tbest2。
10.根据权利要求7所述的航空器的通信系统，其特征在于，所述航空器上设置有全向天线；
所述通信单元，还用于当所述航空器与所述目标地面站之间的距离小于预设距离时，使用所述全向天线与所述目标地面站进行通信。
11.一种用于航空器的机载无线收发器，其特征在于，所述机载无线收发器包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以完成权利要求1至5中任一项所述的航空器的通信方法。
12.一种航空器，其特征在于，包括：
根据权利要求11所述的用于航空器的机载无线收发器；
设置于航空器上的多个天线，所述多个天线构成相位阵列天线，所述多个天线分别具有不同的信号覆盖范围，且所述多个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围；以及
全向天线，用于当所述航空器与所述目标地面站之间的距离小于预设距离时，与所述目标地面站进行通信。
13.一种航空器，其特征在于，包括：
根据权利要求6-10中任一项所述的航空器的通信系统；
设置于航空器上的多个天线，所述多个天线构成相位阵列天线，所述多个天线分别具有不同的信号覆盖范围，且所述多个天线的信号覆盖范围叠加后覆盖所述航空器水平方向360°的信号范围；以及
全向天线，用于当所述航空器与所述目标地面站之间的距离小于预设距离时，与所述目标地面站进行通信。
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