[发明专利]一种基于无人机编队中继的卫星通信对星方法和系统

权利要求书

1.一种基于无人机编队中继的卫星通信对星方法，其特征是：包括如下步骤：

卫星地面站在受到障碍物遮蔽无法对星后，向非屏蔽方向发出与对星信标信号同频的搜索信号，请求与当前空域的无人机编队达成协作连接；

当前空域的无人机编队收到搜索信号，且与卫星地面站达成协作连接；

在卫星地面站和无人机编队达成协作连接后，控制无人机编队排成“1”字形移动寻找并接近与卫星地面站直视的位置，在无人机编队移动过程中通过无人机编队中所有队员无人机和地面站搜索信号接收强度，来判断障碍物的位置；

当无人机编队在移动中遇到障碍物后，通过绕障控制方法控制无人机编队进行队形变换，使得无人机编队中具备直视卫星的对星无人机和直视卫星地面站的对地无人机；其中，绕障控制方法为：无人机编队采用“1”字形编队在目标区域移动，编队头机收集队员无人机的搜索器的下行卫星天线的接收信号强度，按照编队头机到编队尾机的顺序，形成地面站搜索信号接收强度队列，其中为编队头机接收信号强度，为编队尾机接收信号强度，其余为对应位置的中继无人机的接收信号强度；根据地面站搜索信号接收强度队列的特征来判断障碍物的基本位置，若编队头机和编队尾机的接收信号强度的差值在第一预设差值范围内，则判断障碍物不在影响范围内，无人机编队保持“1”字形队形，同时向接收信号强度增强方向移动；若编队头机和编队尾机接收信号强度的差值超出第一预设差值范围，则判断障碍物已在影响范围内，且接收强度队列信号强度由小到大排列，趋近于0，保持正常，则判断障碍物处于无人机编队垂直方向，控制无人机编队变成绕过障碍物的弧形队形，同时所有队员无人机利用感知器保持编队头机和编队尾机通信正常，编队尾机作为对地无人机并保持与卫星地面站直视通信，编队头机作为对星无人机保持与卫星直视通信；

控制对星无人机调整上行卫星天线获得卫星信标信号，并通过无人机编队传给对地无人机，再由对地无人机发送给卫星地面站实现对星。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机编队中继的卫星通信对星方法，其特征是：无人机编队包括有若干个队员无人机，队员无人机的通信模块包括搜索器、感知器以及控制器，搜索器包含下行卫星天线和上行卫星天线，下行卫星天线用于搜索卫星地面站，上行卫星天线用来搜索卫星信标信号，感知器用来队员无人机在无人机编队内部进行双向通信，控制器用来控制队员无人机的飞行轨迹和队员无人机在无人机编队内的位置。

3.根据权利要求2所述的一种基于无人机编队中继的卫星通信对星方法，其特征是：在无人机编队进行移动时，每个队员无人机都实时计算与其他队员无人机的距离，并存入距离信息矩阵，相邻的队员无人机之间的距离至少为预设安全距离。

4.根据权利要求3所述的一种基于无人机编队中继的卫星通信对星方法，其特征是：无人机编队排成“1”字形时，离地面距离最长的无人机作为编队头机，离地面距离最短的无人机作为编队尾机，位于编队头机和编队尾机之间的无人机为中继无人机，编队头机的控制器为整个无人机编队的控制中心。

5.根据权利要求4所述的一种基于无人机编队中继的卫星通信对星方法，其特征是：中继无人机的数量至少为1。

6.根据权利要求5所述的一种基于无人机编队中继的卫星通信对星方法，其特征是：控制无人机编队变成绕过障碍物的弧形队形的过程为：

控制所有队员无人机的水平高度不变，控制编队尾机和中继无人机在保持无人机编队内部通信正常的情况下，向着接收信号强度增强的方向移动。

7.根据权利要求6所述的一种基于无人机编队中继的卫星通信对星方法，其特征是：控制对星无人机调整上行卫星天线获得卫星信标信号，并通过无人机编队传给对地无人机，再由对地无人机发送给卫星地面站实现对星的过程为：控制对星无人机调整上行卫星天线的方位角和俯仰角来获得卫星信标信号，并将卫星信标信号在无人机编队内部进行中继转发，利用对地无人机将卫星信标信号发送给卫星地面站完成对星操作。

8.一种基于无人机编队中继的卫星通信对星系统，其特征是：包括对应连接的卫星地面站、无人机编队以及卫星；

所述卫星地面站设置有中继请求模块，所述中继请求模块用于卫星地面站在受到障碍物遮蔽无法对星后，向非屏蔽方向发出搜索信号，请求与当前空域的无人机编队达成协作连接；

所述无人机编队中至少存在一个队员无人机设置有请求应答模块、编队移动模块、队形变换模块、中继对星模块；

所述请求应答模块用于当前空域的无人机编队收到搜索信号，且与卫星地面站达成协作连接；

所述编队移动模块：用于在卫星地面站和无人机编队达成协作连接后，控制无人机编队排成“1”字形移动寻找并接近与卫星地面站直视的位置，在无人机编队移动过程中通过无人机编队中所有队员无人机和地面站搜索信号接收强度，来判断障碍物的位置；

所述队形变换模块：用于当无人机编队在移动中遇到障碍物时，通过绕障控制方法控制无人机编队进行队形变换，使得无人机编队中具备直视卫星的对星无人机和直视卫星地面站的对地无人机；其中，绕障控制方法为：无人机编队采用“1”字形编队在目标区域移动，编队头机收集队员无人机的搜索器的下行卫星天线的接收信号强度，按照编队头机到编队尾机的顺序，形成地面站搜索信号接收强度队列，其中为编队头机接收信号强度，为编队尾机接收信号强度，其余为对应位置的中继无人机的接收信号强度；根据地面站搜索信号接收强度队列的特征来判断障碍物的基本位置，若编队头机和编队尾机的接收信号强度的差值在第一预设差值范围内，则判断障碍物不在影响范围内，无人机编队保持“1”字形队形，同时向接收信号强度增强方向移动；若编队头机和编队尾机接收信号强度的差值超出第一预设差值范围，则判断障碍物已在影响范围内，且接收强度队列信号强度由小到大排列，趋近于0，保持正常，则判断障碍物处于无人机编队垂直方向，控制无人机编队变成绕过障碍物的弧形队形，同时所有队员无人机利用感知器保持编队头机和编队尾机通信正常，编队尾机作为对地无人机并保持与卫星地面站直视通信，编队头机作为对星无人机保持与卫星直视通信；

所述中继对星模块：控制对星无人机调整上行卫星天线获得卫星信标信号，并通过无人机编队传给对地无人机，再由对地无人机发送给卫星地面站实现对星。