一种天线控制方法技术

本发明专利技术提供了一种天线控制方法，属于无人机控制技术领域。它解决了现有的无人机与地面控制系统通讯可靠性低的问题。本天线控制方法包括如下步骤：步骤一、根据接收机灵敏度、天线发射功率、天线发射增益、接收天线增益和增益余量计算获得全向天线自由空间极限损耗值和定向天线自由空间极限损耗值；步骤二、在全向天线自由空间极限损耗值小于定向天线自由空间极限损耗值时，根据全向天线自由空间极限损耗值计算无线信号传播距离；步骤三、在无人机与天线的实际距离大于无线信号传播距离时，定向天线进入工作状态；在实际距离小于等于无线信号传播距离时，全向天线进入工作状态。本发明专利技术能够提高无人机与地面控制系统之间通讯的可靠性和精确性。

【技术实现步骤摘要】
一种天线控制方法
本专利技术属于无人机天线控制
，涉及一种天线控制方法。
技术介绍
无人驾驶飞机，简称无人机，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。随着无人机技术的不断成熟和发展，其主要应用领域包括：航空拍摄、地质地貌测绘、森林防火、应急救灾、科研实验、军事、社会治安等。在现有的技术中，无人机遥控遥测手段大多采用全向天线或定向天线作为通讯方式，其中，全向天线工作时，链路范围较近但空间覆盖范围广、信号质量均匀，常用于短距离执行任务。定向天线工作时，只有发射天线和接收天线主瓣对准时，才有较高的增益哺，整体覆盖信号质量不均匀，除发射天线主瓣对准接收天线，其他侧面信号较差，故常应用于远距离执行任务。目前全定向天线的切换主要是通过人为判断距离和链路状态来进行手动切换，人为切换存在精度不准，耗费人力的问题；而在切换到定向天线工作时，定向天线需要对准跟踪，方式主要有人工跟踪和自动跟踪，人工跟踪存在误差大、实时性差等不足。自动跟踪是定向天线根据目标的运动，自动实现对目标的跟踪，是目前主要的跟踪方式，但是现有的定向伺服追踪技术，在无人机近场盘旋或近场低空执行任务和远距离执行任务时，伺服机构转动角速度通常由人来控制，或者一个固定的角速度来执行跟踪任务。当距离越近时，伺服机构转动速度便更难满足无人机飞行与天线形成角度的角速度变化，即难以追踪无人机，无人机与地面控制系统之间的通讯可靠性低且不够精确，而且在不能保证定向天线实时对准，且动态切换全定向天线的情况下，无人机与地面控制系统间信号可能将中断，这不仅会丢失观测数据，影响任务的完成，还会造成无人机的失控，可能导致无人机丢失、坠毁等严重事故，安全性差。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种天线控制方法，其所要解决的技术问题是：如何提高无人机与地面控制系统之间通讯的可靠性和精确性。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种天线控制方法，天线包括设置在同一设备上的全向天线和定向天线，所述天线控制方法包括如下步骤：步骤一、根据接收机灵敏度、全向天线发射功率、全向天线发射增益、接收天线增益和增益余量计算获得全向天线自由空间极限损耗值；根据接收机灵敏度、定向天线发射功率、定向天线发射增益、接收天线增益和增益余量计算获得定向天线自由空间极限损耗值；步骤二、将全向天线自由空间极限损耗值和定向天线自由空间极限损耗值进行比较获得比较结果；在比较结果为全向天线自由空间极限损耗值小于定向天线自由空间极限损耗值时，根据全向天线自由空间极限损耗值计算无线信号传播距离；步骤三、获取无人机与天线的实际距离并将实际距离与无线信号传播距离进行比较，在实际距离大于无线信号传播距离时，进入步骤四；在实际距离小于等于无线信号传播距离时，进入步骤五；步骤四、定向天线进入工作状态；步骤五、全向天线进入工作状态。本天线控制方法的工作原理为：在使用无人机时，计算全向天线自由空间极限损耗值和定向天线自由空间极限损耗值，将全向天线自由空间极限损耗值和定向天线自由空间极限损耗值进行比较，在两者的比较结果为全向天线自由空间极限损耗值小于定向天线自由空间极限损耗值时，计算无线信号传播距离，两者自由空间极限损耗值的比较，保证定向天线的发射和接收性能优于全向天线，定向天线通信距离比全向天线更远。并将实时获得的无人机与天线的实际距离与无线信号传播距离进行比较，在实际距离大于计算得出的无线信号传播距离时，切换定向天线进入工作状态，通过定向天线执行远距离任务；在实际距离小于计算得出的无线信号传播距离时，切换全向天线进入工作状态，通过全向天线执行短距离任务，本天线控制方法通过将实际距离与计算出来的无线信号自由空间传播距离进行比较来切换全定向天线，切换准确性高，使得无人机与地面控制系统之间能够可靠地通讯，通讯信号精确性高。在上述的天线控制方法中，在所述步骤一中，通过链路计算公式获得全向天线自由空间极限损耗值和定向天线自由空间极限损耗值；链路计算公式为：L＝Pt+Gt+Gr-Gm-Pr其中，L为自由空间损耗，Pt为发射天线功率，Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益，Pr为接收天线灵敏度,Gm为增益余量。在Pt为全向天线发射功率，Gt为全向天线发射增益时，通过计算公式可获得全向天线自由空间损耗L；在Pt为定向天线发射功率，Gt为定向天线发射增益时，通过计算公式可获得定向天线自由空间损耗L。在上述的天线控制方法中，在所述步骤二中，在比较结果为全向天线自由空间极限损耗值小于定向天线自由空间极限损耗值时，还根据定向天线自由空间极限损耗值计算无线信号最大通讯距离。无线信号最大通讯距离的计算，保证无人机工作在无线信号最大通讯距离内，避免无人机超过无线信号最大通讯距离而失去信号的问题。在上述的天线控制方法中，在所述步骤二中，计算无线信号传播距离和无线信号最大通讯距离的公式均为：d＝10(Pt+Gt+Gr-Gm-Pr-32.4-20*lg(f))/20其中，f为发射天线频率。采用计算获得的无线信号传播距离与实际距离进行比较，能够更精确地实现定向天线全向天线的自动切换。在上述的天线控制方法中，在所述步骤三中，通过获取天线的经纬高和无人机的经纬高来获得无人机与天线的实际距离。通过经纬高来获取无人机与天线的位置，能够更精确地获取无人机与天线的实际距离。在上述的天线控制方法中，在所述步骤四中，定向天线进入工作状态后，定向天线进入工作状态后，根据天线与无人机的相对位置，通过经纬高计算出天线的转动角度，使定向天线的信号方向自动对准无人机，天线的转动角度包括天线转动俯仰角度和方位角度。通过计算出的天线的转动角度来调节定向天线的信号方向，能够使定向天线始终对准增益效果最好的方向，提高信号稳定性，并使自由空间距离达到最大。在上述的天线控制方法中，在所述步骤四中，获取天线转动俯仰角度和方位角度的公式为：ax＝(R0+alt1)*cos(lat1)*cos(lon1)ay＝(R0+alt1)*cos(lat1)*sin(lon1)az＝(R0+alt1)*sin(lat1)gx＝(R0+alt2)*cos(lat2)*cos(lon2)gy＝(R0+alt2)*cos(lat2)*sin(lon2)gz＝(R0+alt2)*sin(lat2)rx＝-(ax-gx)*sin(lon2)+(ay-gy)*cos(lon2)ry＝-(ax-gx)*sin(lat2)+cos(lon2)-(ay-gy)*sin(lat2)*sin(lon2)+(az-gz)*cos(lat2)rz＝(ax-gx)*cos(lat2)+cos(lon2)+(ay-gy)*cos(lat2)*sin(lon2)+(az-gz)*sin(lat2)可得：其中，R0地球半径；alt1为无人机高度；lat1为无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天线控制方法，天线包括设置在同一设备上的全向天线和定向天线，其特征在于，所述天线控制方法包括如下步骤：/n步骤一、根据接收机灵敏度、全向天线发射功率、全向天线发射增益、接收天线增益和增益余量计算获得全向天线自由空间极限损耗值；/n根据接收机灵敏度、定向天线发射功率、定向天线发射增益、接收天线增益和增益余量计算获得定向天线自由空间极限损耗值；/n步骤二、将全向天线自由空间极限损耗值和定向天线自由空间极限损耗值进行比较获得比较结果；在比较结果为全向天线自由空间极限损耗值小于定向天线自由空间极限损耗值时，根据全向天线自由空间极限损耗值计算无线信号传播距离；/n步骤三、获取无人机与天线的实际距离并将实际距离与无线信号传播距离进行比较，在实际距离大于无线信号传播距离时，进入步骤四；在实际距离小于等于无线信号传播距离时，进入步骤五；/n步骤四、定向天线进入工作状态；/n步骤五、全向天线进入工作状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种天线控制方法，天线包括设置在同一设备上的全向天线和定向天线，其特征在于，所述天线控制方法包括如下步骤：
步骤一、根据接收机灵敏度、全向天线发射功率、全向天线发射增益、接收天线增益和增益余量计算获得全向天线自由空间极限损耗值；
根据接收机灵敏度、定向天线发射功率、定向天线发射增益、接收天线增益和增益余量计算获得定向天线自由空间极限损耗值；
步骤二、将全向天线自由空间极限损耗值和定向天线自由空间极限损耗值进行比较获得比较结果；在比较结果为全向天线自由空间极限损耗值小于定向天线自由空间极限损耗值时，根据全向天线自由空间极限损耗值计算无线信号传播距离；
步骤三、获取无人机与天线的实际距离并将实际距离与无线信号传播距离进行比较，在实际距离大于无线信号传播距离时，进入步骤四；在实际距离小于等于无线信号传播距离时，进入步骤五；
步骤四、定向天线进入工作状态；
步骤五、全向天线进入工作状态。


2.根据权利要求1所述的天线控制方法，其特征在于，在所述步骤一中，通过链路计算公式获得全向天线自由空间极限损耗值和定向天线自由空间极限损耗值；链路计算公式为：
L＝Pt+Gt+Gr-Gm-Pr
其中，L为自由空间损耗，Pt为发射天线功率，Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益，Pr为接收天线灵敏度,Gm为增益余量。


3.根据权利要求2所述的天线控制方法，其特征在于，在所述步骤二中，在比较结果为全向天线自由空间极限损耗值小于定向天线自由空间极限损耗值时，还根据定向天线自由空间极限损耗值计算无线信号最大通讯距离。


4.根据权利要求3所述的天线控制方法，其特征在于，在所述步骤二中，计算无线信号传播距离和无线信号最大通讯距离的公式均为：
d＝10(Pt+Gt+Gr-Gm-Pr-32.4-20*lg(f))/20
其中，f为发射天线频率。


5.根据权利要求1或2或3或4所述的天线控制方法，其特征在于，在所述步骤三中，通过获取天线的经纬高和无人机的经纬高来获得无人机与天线的实际距离。


6.根据权利要求1或2或3或4所述的天线控制方法，其特征在于，在所述步骤四中，定向天线进入工作状态后，根据天线与无人机的相对位置，通过经纬高计算出天线的转动角度，使定向天线的信号方向自动对准无人机，天线的转动角度包括天线转动俯仰角度和方位角度。


7.根据权利要求6所述的天线控制方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪超，陈亮，蒲骁，谢瑞强，薛松柏，徐大勇，
申请(专利权)人：浙江吉利控股集团有限公司，四川傲势科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33