一种基于空地链路测距的俯仰测角自跟踪方法技术

本发明专利技术提供一种基于空地链路测距的俯仰测角自跟踪方法，针对地面站一维方位自跟踪天线在飞行器近距离时采用全向天线通信与测距，飞行器远距离时切换为定向天线，降低目标自跟踪低成本；针对OFDM信号开展时域与频域时间量估计、针对SC

【技术实现步骤摘要】
一种基于空地链路测距的俯仰测角自跟踪方法


[0001]本专利技术涉及通信
，具体涉及一种基于空地链路测距的俯仰测角自跟踪方法。

技术介绍

[0002]行业应用中的中大型飞行器常飞行距离达100km～300km，需要有效的空地链路系统保障飞行与实时通信，它的地面控制站一般需要采用0.5～2米不等的等效口径定向天线，对机载通信终端实现准确指向，角跟踪系统主要包括手动跟踪、程序跟踪和自跟踪等几种方式。在自跟踪天线与伺服系统里，涉及到方位与俯仰二维跟踪需求。
[0003]在专利“付林罡,闫朝星,罗翔,等.无人机数据链中宽带OFDM信号测角方法及测角系统.专利授权号：CN 109194415 B，2021年”设计了无人机数据链中宽带OFDM信号测角方法及测角系统。在专利“杨林超,饶俊.无人机测控数据链非相干测距方法.专利申请号：201510675972.5，2015”中，设计了一种对距离值进行校零标校的双向测距方法。在文献“闫朝星,付林罡,等.一种多速率OFDM测控系统的测距方法.遥测遥控,2017,38(2):1
‑
6.”中，提供了正交频分复用OFDM技术的测距方法；
[0004]在文献“王珊珊.单通道角跟踪接收机基带信号处理技术.西安电子科技大学2012”中采用同步解调方法对低信噪比的角误差信号进行解调。在文献“谢超.基于PN序列的无线测距方法研究.长春理工大学,2012.”中研究了基于PN序列的测距方法；在“王艳君.一种用于伪码测距的频域非线性估计算法.无线电工程2007.”中设计了一种对扩频码码环跟踪的抖动不敏感的频域非线性估计算法。
[0005]上述文献中的二维自跟踪天线需要方位与俯仰面两路自跟踪设备，一维方位自跟踪天线在低频段如L频段的波束角较宽覆盖范围广，可只通过方位自跟踪实现目标跟踪，而高频段如C频段在1米口径下波束角只有2～4
°
，需要俯仰角也实时调整。
[0006]因此，需要一种方位与俯仰的二维跟踪方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术是为了解决方位与俯仰的二维跟踪问题，提供一种基于空地链路测距的俯仰测角自跟踪方法，针对地面站一维方位自跟踪天线在飞行器近距离时采用全向天线通信与测距，飞行器远距离时切换为定向天线，首先分析了OFDM信号时域与频域时间量估计、SC
‑
FDE信号小数倍和整数倍时间量估计来计算空地链路测距信息；然后从飞行器航迹获得在飞行距离D
ag
时的飞行器高度，根据空地距离D
ag
时视距通信要求飞行器的最低高度得到俯仰角度，支撑天线伺服设备对飞行器目标的准确跟踪。
[0008]本专利技术提供一种基于空地链路测距的俯仰测角自跟踪方法，包括以下步骤：
[0009]S1、建立空地双向通信链路，进行空地测距后得到空地测距信息D
ag
；
[0010]S2、根据空地测距信息D
ag
、飞行器航迹得到飞行器与地面数据终端之间的测角信息，测角信息为空地仰角θ
V
或视距通信最低空地仰角θ
V0
；
[0011]S3、地面定向天线及伺服设备根据测角信息调整地面定向天线的俯仰指向，在起降阶段，空地测距信息D
ag
＜特定距离D0，空地双向通信链路使用地面全向天线进行空地通信与测距，同时使用手动跟踪模式将地面定向天线对准飞行器；空地测距信息D
ag
≥特定距离D0时，空地双向通信链路切换为地面定向天线跟踪飞行器，方位单脉冲天线在方位面使用自跟踪模式、在俯仰面使用测角信息进行飞行器的程序跟踪。
[0012]本专利技术所述的一种基于空地链路测距的俯仰测角自跟踪方法，作为优选方式，步骤S1中，空地双向通信链路的设备包括：地面数据终端、地面全向天线、地面定向天线及伺服设备、机载数据终端和机载全向天线，地面定向天线及伺服设备对飞行器的目标跟踪系统包括以下模式：手动跟踪、程序跟踪和自跟踪；
[0013]地面定向天线及伺服设备中的地面定向天线为一维方位自跟踪天线，地面全向天线用于近距离空地通信，地面定向天线及伺服设备用于远距离空地通信。
[0014]本专利技术所述的一种基于空地链路测距的俯仰测角自跟踪方法，作为优选方式，步骤S1中，空地双向通信链路的信号为正交频分复用OFDM信号；
[0015]得到空地测距信息D
ag
的方法包括：
[0016]S11、使用正交频分复用OFDM信号的时域信号x(n)已知前导段进行空地测距，根据度量M(d)得到时域时间量估计t1：
[0017][0018]其中，d为位置参数，d∈(0，n
s
‑
1)，argmax用于求取M(d)最大时的d值；
[0019]S12、得到频域时间量估计t2：：
[0020][0021]其中，Z(k)为频偏2τ
F
T
s
/N
s
的信号，Z*(k)为Z(k)的共轭信号，N
u
为OFDM信号前导段中有效频域数据Y(k)的个数，m为差分间隔，arg用于求取相位；
[0022]S13、根据时域时间量估计t1、频域时间量估计t2和OFDM信号零值Δt0得到空地测距信息D
ag
；
[0023]D
ag
＝C(t1+t2‑
Δt0)；
[0024]其中，C为光速。
[0025]本专利技术所述的一种基于空地链路测距的俯仰测角自跟踪方法，作为优选方式，步骤S11中，
[0026]其中，y(n)为无人机发送正交频分复用OFDM信号经过无线信道的接收采样信号，n为整数，0≤n≤N
s
‑
1，r0(n,d)为接收信号与已知信号x(n)前导段的差分信号，r0(k
‑
m,d)为接收信号与已知前导段x*(k
‑
m)的差分信号，x*(n)为x(n)的共轭信号；
[0027]r0(n,d)＝y(n+d)x
*
(n)；
[0028]r0(k
‑
m,d)＝y(k
‑
m+d)x
*
(k
‑
m)；
[0029]其中，m为正整数；
[0030]步骤S12中，
[0031][0032]其中，X(k)为时域信号x(n)对应的频域信号，Y(k)为接收采样信号y(n)对应的频域信号，j为虚数，θ为相位偏差。
[0033]本专利技术所述的一种基于空地链路测距的俯仰测角自跟踪方法，作为优选方式，步骤S1中，空地双向通信链路的信号为SC
‑
FDE信号，SC
‑
FDE信号为单载波频域均衡信号；
[0034]得到空地测距信息D
ag
的方法包括：
[0035]S1A、将接收信号进行小数倍时间量估计得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空地链路测距的俯仰测角自跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、建立空地双向通信链路，进行空地测距后得到空地测距信息D
ag
；S2、根据所述空地测距信息D
ag
、飞行器航迹得到飞行器与地面数据终端之间的测角信息，所述测角信息为空地仰角θ
V
或视距通信最低空地仰角θ
V0
；S3、地面定向天线及伺服设备根据所述测角信息调整地面定向天线的俯仰指向，在起降阶段，所述空地测距信息D
ag
＜特定距离D0，所述空地双向通信链路使用地面全向天线进行空地通信与测距，同时使用手动跟踪模式将所述地面定向天线对准飞行器；所述空地测距信息D
ag
≥特定距离D0时，所述空地双向通信链路切换为所述地面定向天线跟踪飞行器，方位单脉冲天线在方位面使用自跟踪模式、在俯仰面使用所述测角信息进行飞行器的程序跟踪。2.根据权利要求1所述的一种基于空地链路测距的俯仰测角自跟踪方法，其特征在于：步骤S1中，所述空地双向通信链路的设备包括：地面数据终端、地面全向天线、地面定向天线及伺服设备、机载数据终端和机载全向天线，所述地面定向天线及伺服设备对飞行器的目标跟踪系统包括以下模式：手动跟踪、程序跟踪和自跟踪；所述地面定向天线及伺服设备中的地面定向天线为一维方位自跟踪天线，所述地面全向天线用于近距离空地通信，所述地面定向天线及伺服设备用于远距离空地通信。3.根据权利要求1所述的一种基于空地链路测距的俯仰测角自跟踪方法，其特征在于：步骤S1中，所述空地双向通信链路的信号为正交频分复用OFDM信号；得到所述空地测距信息D
ag
的方法包括：S11、使用所述正交频分复用OFDM信号的时域信号x(n)已知前导段进行空地测距，根据所述度量M(d)得到时域时间量估计t1：其中，d为位置参数，d∈(0，n
s
‑
1)，argmax用于求取M(d)最大时的d值；S12、得到频域时间量估计t2：：其中，Z(k)为频偏2τ
F
T
s
/N
s
的信号，Z*(k)为Z(k)的共轭信号，N
u
为OFDM信号前导段中有效频域数据Y(k)的个数，m为差分间隔，arg用于求取相位；S13、根据所述时域时间量估计t1、所述频域时间量估计t2和OFDM信号零值Δt0得到所述空地测距信息D
ag
；D
ag
＝C(t1+t2‑
Δt0)；其中，C为光速。4.根据权利要求3所述的一种基于空地链路测距的俯仰测角自跟踪方法，其特征在于：步骤S11中，
其中，y(n)为无人机发送所述正交频分复用OFDM信号经过无线信道的接收采样信号，n为整数，0≤n≤N
s
‑
1，r0(n,d)为接收信号与已知信号x(n)前导段的差分信号，r0(k
‑
m,d)为接收信号与已知前导段x*(k
‑
m)的差分信号，x*(n)为x(n)的共轭信号；r0(n,d)＝y(n+d)x
*
(n)；r0(k
‑
m,d)＝y(k
‑
m+d)x
*
(k
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：闫朝星，王圆圆，付林罡，刘同领，李树忠，
申请(专利权)人：航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：