[发明专利]一种利用无人机和差分GNSS定位的天线测试方法

权利要求书

1.一种利用无人机和差分GNSS定位的天线测试方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将信号源和发射天线装载到无人机上

利用射频模块发射点频连续波信号，使用功放对信号进行放大，再通过全向天线发射出来；所述的射频模块和功放由无人机上的电源供电，持续不断的发射信号；

步骤2：获取实时差分GNSS定位信息

实时差分GNSS定位由基站端和机载端构成，基站端将自身的载波观测量和坐标信编码成RTCM协议格式并通过通信链路发送到机载端，机载端实时接收来自基站端的观测量，同时结合自身接收到的卫星载波相位信息，实时得到相位差分观测值，利用相位差分观测值对无人机进行厘米级定位；

步骤3：利用差分GNSS定位精确控制无人机飞行轨迹

根据测试轨迹的参数化描述可以得到在地面坐标系下测试轨迹每一点的参考位置、参考速度和参考加速度；

其中，R为半圆半径，θ为半圆轨迹上某一点相对于起点的旋转角速度，y_ref,为水平方向上的参考位置指令、参考速度指令和参考加速度指令，H_ref,为垂直方向上的参考高度指令、参考垂直速度指令和参考加速度指令；

将地面坐标系下水平方向上和垂直方向上的参考位置指令、参考速度指令和参考加速度指令转换为地面坐标系下的参考位置x_ref、参考速度v_ref和参考加速度a_ref；将参考位置x_ref、参考速度v_ref和参考加速度a_ref、参考航向为ψ_d作为轨迹跟踪控制器的输入信号，轨迹跟踪控制器输出为三轴加速度指令，由此确定了所需要拉力矢量方向和大小，即四旋翼z轴方向和拉力F大小，这也就确定了机体轴z轴期望指令该矢量为单位矢量；由ψ_d可以确定期望的水平矢量方向

与和正交：

通过投影可求得：

从而可得R_d：

轨迹控制器以姿态控制为内回路，采用SE(3)群上的几何控制方法控制律为：

其中，R为旋转矩阵，R_e表示群误差，它的表示从当前机体坐标系到期望机体坐标系的相对旋转矩阵，表征了使R趋于R_d所需要的旋转量；(logR_e)ˇ即为旋转向量；M为所需三轴力矩，Ω为三轴角速率，J为转动惯量矩阵，K_R为姿态误差增益，K_Ω为角速率增益；

根据公式(9)所示的控制分配环节，将力和力矩指令映射为四个电机螺旋桨上的所需拉力：

其中，b为每个电机螺旋桨中心到机体轴x轴或者y轴的距离，c_τf为螺旋桨产生扭矩和拉力的比例系数，M₁,M₂,M₃为力矩指令M的三个分量；f₁,f₂,f₃,f₄为四个电机螺旋桨上所需拉力；

步骤4：通过接收信号获取被测天线增益方向图

被测天线与频谱仪连接，频谱仪通常根据测试的频率点，设定一个1M的带宽，找到接收信号频率点的峰值，然后在飞行的过程中，不断采集该频率点的信号功率，最终根据采集的信号功率获得天线增益方向图，如下式所示：

G_r＝P_r-P_t-G_t+L_d+L_s (1)

其中，G_r为接收天线增益方向图，P_r为频谱仪接收功率，P_t为包含功率放大器的信号源输出功率，G_t为发射天线增益方向图，L_d为空间损耗，Ls为电缆损耗；

在忽略环境散射干扰的条件下，路径衰减的计算公式为：

L_d＝20lg(4πd/λ)＝20lg(4πdf/c) (2)

其中，λ＝c/f，c为真空中的光速，f为工作频率，d为发射天线和接收天线的距离。

2.根据权利要求1所述的一种利用无人机和差分GNSS定位的天线测试方法，其特征在于步骤1中所述的全向天线为偶极子天线。