[发明专利]一种基于智能天线的无人机测控方法

说明书

本发明属于无线测控通信技术领域，具体涉及一种基于智能天线的无人机测控方法。该方法依据测控基站已知位置和机载POS数据，实时解算出无人机相对测控基站的空间方位角，取代智能天线到达角估计的计算问题，进一步调整阵元权值，使天线方向图主波束指向测控基站方向。本发明能够提升无人机测控距离，为载荷数据采集并实时回传处理提供更高质量的链路条件，可有效避免因飞机转向遮挡造成的瞬时测控信号丢失，同时可解决车载测控终端，多基站接力测控问题，扩展了应用场景。

技术领域

本发明属于无线测控通信技术领域，具体涉及一种基于智能天线的无人机测控方法。

背景技术

智能天线是一种能通过某些既定准则或算法，自适应地调整收发特性以期实现增强天线性能的阵列天线，也被称为数字波束形成天线阵。智能天线最大的特点是由于其波束的主动指向性可实现空分多址，这样的通信特点能够提高系统容量、降低供道干扰、弱化多径效应影响，还可以在没有参考信号和训练序列的情况下，实现期望信号波达方向的判别，目前在移动通信领域相对成熟并发挥着重要作用。

随着轻量级民用无人机应用领域越来越广，市场快速发展。如何为无人机提供更可靠、稳定、高质量的测控通信链路，同时还要兼顾通信模块功耗、成本、复杂度低，成为研究热点。无人机体量小，搭载能力弱，对机载设备集成度要求高，目前常用的机载天线仍以全向天线为主。部分研究机构及厂商已尝试将智能天线技术应用于基站天线，矛盾点是如何用低复杂度设计实现波达方向估计的快速解算，进一步达到波束动态对准。

为满足对无人机的定位跟踪和航测要求，需要获取飞机空间位置、姿态角等信息，无人机均搭载有GPS、IMU、气压计,可自动生成机载POS数据，这就对本发明的实现提供了基本数据条件。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种基于智能天线的无人机测控方法，以解决如何实现对无人机基于算法的指向性测控，降低系统功耗，提升测控距离和通信带宽，抑制信道干扰和多径干扰，为无人机远距离作业，数据采集并实时回传提供优质、稳定的链路条件的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于智能天线的无人机测控方法，该无人机测控方法包括如下步骤：

S1、天线阵波束方向解算，求解天线面相对地面测控基站的空间俯仰角θ和方位角φ

依据Euler坐标转换原理对天线面做投影计算，求得空间转换向量θ₁、φ₁分别表示天线面同投影面间的俯仰差和方位差，投影面平行于大地水准面，高度为飞机高度：

其中，ω₁、ω₂、ω₃分别为飞机的翻滚角、俯仰角、偏航角；

以无人机为原点，已知无人机和基站两点经纬度，以大地水准面为基准，求得投影后无人机同基站水平方位角φ₂和水平距离d，进一步求得无人机投影面到基站俯仰角θ₂：

记表示天线水平投影对基站的方位向量，当以天线面为水准面时，天线阵波束方向为两部分向量之和

即求得其中

S2、计算天线阵权值w(k)

天线阵权值采用凯泽-贝塞尔权值：

w_mn＝a_m·b_n

其中，a_m、b_n表示等距平面天线阵的行、列权值；

S3、求解阵因子