无人机的通信增强方法和无人机技术

本申请涉及一种无人机的通信方法和无人机，该方法应用于设置有方位追踪装置、且所述方位追踪装置上设置有阵列天线的无人机；该方法包括：初始化所述方位追踪装置所面向的方位和所述阵列天线的信号波束的指向；获取无人机的位置状态信息；根据所述位置状态信息控制所述方位追踪装置在水平平面上进行偏转动作；根据所述位置状态信息控制所述阵列天线调整信号波束在竖直平面上的角度；将信号通过所述阵列天线进行发送。本申请的方案采用阵列天线进行定向的信号传输，能够大幅提升天线增益，增加信号覆盖范围，使其能够用于传输高清图像传输；将阵列天线的位置追踪分解为水平平面、竖直平面两部分进行控制，降低了追踪控制的复杂程度。

Communication enhancement method and UAV

【技术实现步骤摘要】
无人机的通信增强方法和无人机
本申请涉及无人机的无线通信
，具体涉及一种无人机的通信方法和无人机。
技术介绍
随着自动控制与人工智能技术的发展，无人机应用领域越来越广泛，无人机应用环境也越来越复杂，对视频传输距离、分辨率、以及信道容量提出了比以往更高的要求。无人机在空中飞行过程中，无线通信信号在传播过程中会有损耗，传播路径上的损耗与传播距离成正比。信号的衰减使得无人机视频传输距离变短，视频质量变差，甚至根本不能接收到视频信号。为了减少信号衰减带来的影响，改善接收的视频质量，提升传输距离成为业界倍受关注的问题。然而，由于无人机载重负荷和散热的限制，常规的提高发射功率、发射分集、增加天线尺寸和高度等方法来克服这种深衰落是难以实现的。因此，可以考虑使天线向接收端定向发送信号，抑制其它方向的信号，从而使发射功率集中在有效的路径上，提高能量利用效率，补偿传输路径上的信号衰减，提升传输。相关技术中，可以采用伺服跟踪设备配合定向天线，或者采用波束赋形算法，来实现上述目标。但是，定向天线本身的重量和体积较大，伺服跟踪设备重量大、功耗大并且跟踪速度慢，其追踪速度难以匹配无人机的运动速度。而波束赋形算法的复杂程度很高，需要占用大量的计算资源，导致跟踪速度较慢，而且对硬件性能要求较高。
技术实现思路
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种无人机的通信方法和无人机。根据本申请实施例的第一方面，提供一种无人机的通信方法，该方法应用于设置有方位追踪装置、且所述方位追踪装置上设置有阵列天线的无人机；该方法包括：初始化所述方位追踪装置所面向的方位和所述阵列天线的信号波束的指向；获取无人机的位置状态信息，所述位置状态信息包括无人机的位置信息、水平平面上的姿态信息和竖直平面上的姿态信息；根据所述位置状态信息控制所述方位追踪装置在水平平面上进行偏转动作，补偿水平平面上的角度偏移；根据所述位置状态信息控制所述阵列天线调整信号波束在竖直平面上的角度，补偿竖直平面上的角度偏移；将信号通过所述阵列天线进行发送。进一步地，所述初始化所述方位追踪装置所面向的方位和所述阵列天线的信号波束的指向，包括：无人机与接收端之间建立无线通信链路；获取接收端的位置信息；根据无人机的位置信息和接收端的位置信息，控制所述方位追踪装置旋转至面向接收端的方向；根据无人机和接收端之间的相对位置，控制所述阵列天线调整信号波束在竖直平面上的角度，使所述阵列天线的信号波束指向接收端。进一步地，所述方法还包括：在一个控制周期开始时，获取无人机的位置状态信息和接收端的位置信息；其中，无人机的位置状态信息包括：无人机的当前位置信息、上一个控制周期内的水平平面上的姿态信息和竖直平面上的姿态信息；根据无人机的位置状态信息和接收端的位置信息对所述方位追踪装置和所述阵列天线进行控制；当该控制周期结束时，进入下一个控制周期。进一步地，所述根据所述位置状态信息控制所述方位追踪装置在水平平面上进行偏转动作，包括：根据无人机的位置信息和接收端的位置信息，确定无人机在水平平面上的第一偏移角度；根据水平平面上的姿态信息确定无人机在水平平面上的第二偏移角度；将水平平面上的第一偏移角度与水平平面上的第二偏移角度叠加后获取水平平面上的总偏移角度；根据水平平面上的总偏移角度，控制所述方位追踪装置向相反方向旋转相同的角度。进一步地，所述确定无人机在水平平面上的第一偏移角度，包括：在当前的控制周期内，根据无人机的当前位置信息和接收端的位置信息，确定接收端相对于无人机的在水平平面上的当前相对角度；查询上一个控制周期的接收端相对于无人机的历史相对角度；根据当前相对角度和历史相对角度确定水平平面上的第一偏移角度；相应地，所述确定无人机在水平平面上的第二偏移角度，包括：查询上一个控制周期内的水平平面上的姿态信息；根据查询结果确定水平平面上的第二偏移角度。进一步地，所述根据所述位置状态信息控制所述阵列天线调整信号波束在竖直平面上的角度，包括：在当前的控制周期内，根据无人机的位置信息和接收端的位置信息，确定无人机与接收端之间的竖直平面上的当前相对角度；根据竖直平面上的姿态信息确定无人机在竖直平面上的偏移角度；根据竖直平面上的偏移角度修正竖直平面上的当前相对角度，确定竖直平面上的投射角度；根据所述投射角度确定波束赋形的权值参数；根据所述权值参数控制所述阵列天线的工作，使所述阵列天线发射的信号波束的方向与所述投射角度相同。进一步地，所述根据竖直平面上的姿态信息确定无人机在竖直平面上的偏移角度，包括：读取上一个控制周期所确定的竖直平面上的累计偏移角度；查询上一个控制周期内的竖直平面上的姿态信息；根据查询结果确定竖直平面上的偏移角度增量；将所述偏移角度增量与上一个控制周期的累计偏移角度叠加后，确定为当前控制周期的累计偏移角度；将前控制周期的累计偏移角度确定为无人机在竖直平面上的偏移角度。进一步地，所述根据所述投射角度确定波束赋形的权值参数，包括：读取预先存储的权值参数对照表；在所述权值参数对照表中查询所述投射角度对应的权值参数。根据本申请实施例的第二方面，提供一种一种无人机，所述无人机上搭载有方位追踪装置，且所述方位追踪装置上固定设置有阵列天线；所述无人机上还设置有控制器，用于控制所述方位追踪装置和所述阵列天线；所述控制器包括：初始模块，用于初始化所述方位追踪装置所面向的方位和所述阵列天线的信号波束的指向；获取模块，用于获取无人机的位置状态信息，所述位置状态信息包括无人机的位置信息、水平平面上的姿态信息和竖直平面上的姿态信息；水平追踪模块，用于根据所述位置状态信息控制所述方位追踪装置在水平平面上进行偏转动作，补偿水平平面上的角度偏移；竖直追踪模块，用于根据所述位置状态信息控制所述阵列天线调整信号波束在竖直平面上的角度，补偿竖直平面上的角度偏移；发送模块，用于将信号通过所述阵列天线进行发送。进一步地，所述方位追踪装置为电动旋转台，能够在水平平面上旋转；所述无人机上还设置有信息采集装置，用于采集无人机的位置状态信息；所述信息采集装置包括：GPS单元、加速度传感器和陀螺仪。本申请的实施例提供的技术方案具备以下有益效果：本申请的方案采用阵列天线进行定向的信号传输，能够大幅提升天线增益，增加信号覆盖范围，使其能够用于传输高清图像传输；将阵列天线的位置追踪分解为水平平面、竖直平面两部分进行控制；采用方位追踪装置进行水平平面上的方位追踪，该装置的体积和重量比三维追踪设备减小了一半以上，且追踪速度显著提高；采用波束赋形技术进行竖直平面上的方位追踪，能够极大地降低算法复杂程度，能够提高追踪的实时性。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。图1是根据一示例性实施例示出的一种无人机的通信方法的流程图。图2是根据一示例性实施例示出的一种无人机的通信方法的控制流程图。图3是根据一示例性实施例示出的水平平面和竖直平面的控制范围示意图。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机的通信方法，其特征在于，该方法应用于设置有方位追踪装置、且所述方位追踪装置上设置有阵列天线的无人机；该方法包括：初始化所述方位追踪装置所面向的方位和所述阵列天线的信号波束的指向；获取无人机的位置状态信息，所述位置状态信息包括无人机的位置信息、水平平面上的姿态信息和竖直平面上的姿态信息；根据所述位置状态信息控制所述方位追踪装置在水平平面上进行偏转动作，补偿水平平面上的角度偏移；根据所述位置状态信息控制所述阵列天线调整信号波束在竖直平面上的角度，补偿竖直平面上的角度偏移；将信号通过所述阵列天线进行发送。

【技术特征摘要】
1.一种无人机的通信方法，其特征在于，该方法应用于设置有方位追踪装置、且所述方位追踪装置上设置有阵列天线的无人机；该方法包括：初始化所述方位追踪装置所面向的方位和所述阵列天线的信号波束的指向；获取无人机的位置状态信息，所述位置状态信息包括无人机的位置信息、水平平面上的姿态信息和竖直平面上的姿态信息；根据所述位置状态信息控制所述方位追踪装置在水平平面上进行偏转动作，补偿水平平面上的角度偏移；根据所述位置状态信息控制所述阵列天线调整信号波束在竖直平面上的角度，补偿竖直平面上的角度偏移；将信号通过所述阵列天线进行发送。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始化所述方位追踪装置所面向的方位和所述阵列天线的信号波束的指向，包括：无人机与接收端之间建立无线通信链路；获取接收端的位置信息；根据无人机的位置信息和接收端的位置信息，控制所述方位追踪装置旋转至面向接收端的方向；根据无人机和接收端之间的相对位置，控制所述阵列天线调整信号波束在竖直平面上的角度，使所述阵列天线的信号波束指向接收端。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：在一个控制周期开始时，获取无人机的位置状态信息和接收端的位置信息；其中，无人机的位置状态信息包括：无人机的当前位置信息、上一个控制周期内的水平平面上的姿态信息和竖直平面上的姿态信息；根据无人机的位置状态信息和接收端的位置信息对所述方位追踪装置和所述阵列天线进行控制；当该控制周期结束时，进入下一个控制周期。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述位置状态信息控制所述方位追踪装置在水平平面上进行偏转动作，包括：根据无人机的位置信息和接收端的位置信息，确定无人机在水平平面上的第一偏移角度；根据水平平面上的姿态信息确定无人机在水平平面上的第二偏移角度；将水平平面上的第一偏移角度与水平平面上的第二偏移角度叠加后获取水平平面上的总偏移角度；根据水平平面上的总偏移角度，控制所述方位追踪装置向相反方向旋转相同的角度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定无人机在水平平面上的第一偏移角度，包括：在当前的控制周期内，根据无人机的当前位置信息和接收端的位置信息，确定接收端相对于无人机的在水平平面上的当前相对角度；查询上一个控制周期的接收端相对于无人机的历史相对角度；根据当前相对角度和历史相对角度确定水平平面上的第一偏移角度；相应地，所述确定无人机在水平平面上的第二偏移角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳伟，高登山，薛金中，
申请(专利权)人：李艳伟，
类型：发明
国别省市：云南,53