[发明专利]控制全向无人机中的天线方位角定向的系统和设备

说明书

交叉引用

本申请要求对2017年7月12日提交的美国实用专利申请号15/647,480的优先权，其要求对2016年7月19日提交的题为“Systems and Devices to Control Antenna Azimuth Orientation in an Omni-Directional Unmanned Aerial Vehicle（控制全向无人机中的天线方位角定向的系统和设备）”的美国临时申请号62/363,936的权益，该申请通过引用被并入到本文中。

背景技术

随着无人机（UAV）（或遥控无人驾驶飞机（drone））技术的进步，每个连续世代都是由对更低成本和更高可靠性的需求来驱动的，特别是在商业和娱乐应用中。降低UAV组件和系统的重量和复杂性带来额外的益处。实现这些目标将以更高的效率以及增加的范围和有效负载容量的形式产生额外的益处。

所有UAV应用中的关键方面是飞行器与其地面站之间的通信的稳健性和可靠性。通常，这需要使用复杂或多个相对较大的天线来提供可接受的三维（3D）增益。另一方法涉及到使用天线转向系统来将有向天线定向于优选的对准中以进行可靠的通信。这些解决方案与降低UAV的复杂性和重量以及提高UAV的系统可靠性是矛盾的。

需要的是将相对简单的、轻量级的固定的有向天线集成到UAV上并在UAV的飞行期间维持UAV的优选对准以实现UAV和基站之间的可靠通信的方式。

发明内容

固定的有向天线被安装在诸如四轴飞行器之类的全向UAV的表面上。到基站的优选的天线对准是如下实现的：经由发布给飞行器的飞行控制系统并由飞行控制系统执行的俯仰-翻滚-偏航轴校正命令中的至少一个来将UAV与其固定天线沿相对于地面控制站的期望方位角定向。正确的方位角测算和轴校正命令的发布是基于UAV和地面控制站的相对位置并且可以在地面控制站处或者UAV自身上执行。

本公开的一方面涉及无人机系统。适合的系统包括：无人机，该无人机具有固定的有向天线、旋转定向检测器、绝对位置检测系统和飞行控制系统；与无人机无线通信的基站，该基站具有RF收发器、方位角计算单元、旋转定向检测器和绝对位置检测系统，其中，基站被配置成从无人机的旋转定向检测器接收诸如罗盘数据之类的绝对位置数据并测算无人机的定向。无人机还可以包括俯仰校正器、翻滚校正器和偏航校正器中的至少一个。可以基于例如罗盘航向从基站发送指令。基站可以被配置成响应于所测算的无人机的定向来生成到无人机的指令。在替换配置中，指令可以由无人机机载的CPU生成。无人机可以是自主的，以使得使用该系统来保持天线按照期望进行指向。到无人机的指令可以改变无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个。

本公开的另一方面涉及无人机系统，包括：无人机，该无人机具有固定的有向天线、旋转定向检测器、绝对位置检测系统、飞行控制系统和方位角计算单元；与无人机无线通信的基站，该基站具有RF收发器和控制站绝对位置检测系统，其中，基站被配置成从无人机的旋转定向检测器接收绝对位置数据并测算无人机的定向。在一些配置中，无人机还包括俯仰校正器、翻滚校正器和偏航校正器中的至少一个。此外，基站可以被配置成响应于所测算的无人机的定向和/或位置来生成到无人机的指令。可以基于例如罗盘航向从基站发送指令。在替换配置中，指令可以由无人机机载的CPU生成。到无人机的指令改变无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个。

本公开的仍另一方面涉及控制无人机系统的方法，该无人机系统包括：无人机，该无人机具有固定的有向天线、旋转定向检测器、绝对位置检测系统和飞行控制系统；与无人机无线通信的基站，该基站具有RF收发器、方位角计算单元、旋转定向检测器和绝对位置检测系统，其中，基站被配置成从旋转定向检测器接收绝对位置数据并测算无人机的定向，所述方法的步骤包括：建立空中飞行器和基站之间的无线通信链路；确定无人机的位置和定向；测算用于飞行控制系统改变无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个的指令以改变固定的有向天线的定向。附加的步骤可以包括响应于所测算的无人机的定向和/或位置来生成到无人机的指令。附加步骤可以包括从基站发送指令到无人机。