一种应用于无人机的电子辅助多波束天线系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种应用于无人机的电子辅助多波束天线系统，属于无人机技术领域。该系统包括无人机惯性导航模块、姿态信息处理模块和多波束天线模块，三个模块之间按顺序通过电缆连接，进行信息的传递。无人机惯性导航模块获取无人机GPS及飞行姿态信息，并提供给姿态信息处理模块；姿态信息处理模块处理无人机GPS和姿态信息，将波束发射角提供给多波束天线模块；多波束天线模块产生固定的多波束，根据每个波束收到信号的强弱选择性地接入后续数字处理单元。本实用新型专利技术将链路状态最好的波束信号接入数字处理单元，以低复杂度的方法提高收发信号强度，改善收发信号质量。

An electronic multi beam antenna system for UAVs

The utility model discloses an electronic auxiliary multi beam antenna system applied to UAV, which belongs to the technical field of UAV. The system includes the unmanned aerial vehicle inertial navigation module, the attitude information processing module and the multi beam antenna module. The three modules are connected in sequence through the cable to carry out the information transmission. The UAV inertial navigation module obtains the UAV GPS and flight attitude information, and provides the attitude information processing module. The attitude information processing module handles the GPS and attitude information of the UAV and provides the beam launching angle to the multi beam antenna module; the multi beam antenna module generates a fixed multi beam and receives the signal according to each beam. The strong and weak access to the subsequent digital processing unit selectively. The utility model connects the best beam signal of the link state to the digital processing unit, improves the intensity of the transceiver signal and improves the quality of the transceiver signal by the method of low complexity.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于无人机的电子辅助多波束天线系统
本技术属于无人机
，涉及无人机测控通信技术，具体涉及一种应用于无人机的电子辅助多波束天线系统。
技术介绍
在无人机通信测控领域，如何实现远距离、低功耗通信，一直是无人机高效通信的难题。目前，主要采用地面伺服跟踪天线设备以及机载单天线系统实现无人机测控通信。但是，由于机载单天线系统增益低、定向通信能力差，无法实现远距离无人机测控与高效通信。现有机载单天线系统具有重量轻、功耗小等特点，广泛应用于低空小型无人机通信链路。但是由于其只能产生全向波束，天线增益低，无法实现远距离通信。为了提高无人机测控距离，人们研究将伺服跟踪系统应用于机载通信技术中，该系统可以将功率集中于在某一个方向发射，达到有限发射功率限制下的无人机通信。然而，由于伺服系统功耗大、重量大，不适用于诸如电动、太阳能驱动等功率受限类型的无人机，不具有通用性。
技术实现思路
本技术为了解决上述远距离无人机测控与高效通信的问题，提出了一种应用于无人机的电子辅助多波束天线系统。所述的应用于无人机的电子辅助多波束天线系统，包括无人机惯性导航模块、姿态信息处理模块和多波束天线模块，三个模块都位于无人机上，无人机惯性导航模块、姿态信息处理模块和多波束天线模块之间按顺序通过电缆连接，进行信息的传递。无人机惯性导航模块中包括GPS模块，实时地获取无人机GPS位置及飞行姿态信息，并将这些信息提供给姿态信息处理模块。姿态信息处理模块包括：数据接口板、高速数据处理板和数据整合板；数据接口板获得无人机初始GPS位置和姿态信息，得到无人机与地面测控站初始相对位置；高速数据处理板计算无人机姿态变化量；数据整合板计算天线系统波束发射角，并将波束发射角提供给多波束天线模块；多波束天线模块根据姿态信息处理模块提供的波束发射角产生固定的多波束，并进行多波束天线模块与地面测控站的对准；根据每个波束收到信号的强弱选择性地接入后续数字处理单元。本技术的优点及其带来的有益效果在于：(1)本技术利用机载传感器信息进行辅助天线对准，充分利用机载航电设备反馈的信息辅助进行机载天线与地面测控站的波束对准，提高对准精度，改善收发信号质量。(2)本技术中的多波束天线模块采用多波束天线技术，利用多波束提供的空间分集根据信号强度进行波束选择，将链路状态最好的波束信号接入数字处理单元，以低复杂度的方法提高收发信号强度。附图说明图1为本技术电子辅助多波束天线系统的系统框图。图中：1-无人机惯性导航模块；2-姿态信息处理模块；3-多波束天线模块。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行进一步说明。本技术设计了一种应用于无人机的电子辅助多波束天线系统，采用了电子辅助多波束天线技术手段，通过捕获无人机GPS及姿态传感器捕捉到的无人机初始位置和实时姿态信息，使机载多波束天线与地面测控站实现一级对准，再根据每一个波束接收信号强度选择链路状态最好的波束进行通信。如图1所示，应用于无人机的电子辅助多波束天线系统，包括无人机惯性导航模块1、姿态信息处理模块2和多波束天线模块3。无人机惯性导航模块1中包括GPS模块，实时地获取无人机GPS位置及飞行姿态信息，并将这些信息提供给姿态信息处理模块。姿态信息处理模块2包括：数据接口板、高速数据处理板和数据整合板。数据接口板接收来自无人机惯性导航模块的实时数据，获得无人机初始GPS位置和姿态信息，得到无人机与地面测控站初始相对位置；高速数据处理板计算无人机姿态变化量；数据整合板计算天线系统波束发射角，并将波束发射角提供给多波束天线模块。其中，数据接口板和数据整合板均通过一块FPGA(现场可编程门阵列)板来实现，高速数据处理板可通过一块DSP(数字信号处理)板实现。数据接口板的FPGA，根据无人机在时间t1到时间t2的起始加速度a1和终止加速度a2，获得该时间段的无人机的平均加速度进而得到无人机与地面测控站在该时间段的相对位移高速数据处理板根据获得的飞行姿态，计算获得无人机在时间段Δt的姿态变化量，包括：俯仰角度变化量Δθ、滚转角度变化量Δφ、偏航角度变化量数据整合板根据高速数据处理板输出的Δθ、Δφ、加上无人机的初始姿态角度，计算得到机载天线的波束发射角。多波束天线模块3根据姿态信息处理模块2提供的波束发射角产生固定的多波束，并进行多波束天线模块与地面测控站的对准；根据每个波束收到信号的强弱，选择信干噪比最强的信号接入后续数字处理单元。多波束天线模块2与姿态信息处理模块3共同构成电子辅助波束选择系统。本技术将传统通信方法提升为基于传感器的电子辅助通信方法，达到了提高波束精度的效果；采用多波束天线系统进行波束选择，将信号强度最高的链路接入数字处理单元，具有降低计算复杂度优势和进行无人机高效通信的意义。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于无人机的电子辅助多波束天线系统，其特征在于，包括无人机惯性导航模块、姿态信息处理模块和多波束天线模块，三个模块都位于无人机上，无人机惯性导航模块、姿态信息处理模块和多波束天线模块之间按顺序通过电缆连接，进行信息的传递；无人机惯性导航模块中包括GPS模块，实时地获取无人机GPS位置及飞行姿态信息，并传输给姿态信息处理模块；姿态信息处理模块包括：数据接口板、高速数据处理板和数据整合板；数据接口板获得无人机初始GPS位置和飞行姿态信息，得到无人机与地面测控站初始相对位置；高速数据处理板计算无人机姿态变化量；数据整合板计算天线系统波束发射角，并将波束发射角提供给多波束天线模块；多波束天线模块根据姿态信息处理模块提供的波束发射角产生固定的多波束，并进行多波束天线模块与地面测控站的对准；根据每个波束收到信号的强弱选择性地接入后续数字处理单元。

【技术特征摘要】
1.一种应用于无人机的电子辅助多波束天线系统，其特征在于，包括无人机惯性导航模块、姿态信息处理模块和多波束天线模块，三个模块都位于无人机上，无人机惯性导航模块、姿态信息处理模块和多波束天线模块之间按顺序通过电缆连接，进行信息的传递；无人机惯性导航模块中包括GPS模块，实时地获取无人机GPS位置及飞行姿态信息，并传输给姿态信息处理模块；姿态信息处理模块包括：数据接口板、高速数据处理板和数据整合板；数据接口板获得无人机初始GPS位置和飞行姿态信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：白琳，张学军，李田，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：北京,11