一种无人机载全方位卫星信号跟踪装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无人机载全方位卫星信号跟踪装置和跟踪方法，方法步骤为：在设备加电后，多通道接收机通过无人机的惯导系统获取自身的位置和姿态信息；多通道接收机通过自身的位置，选择最优的通信卫星，从而获取卫星的位置信息；根据卫星的位置，无人机的位置和姿态，确定M个天线中最优的通信天线；解算天线指向角度；根据解算天线指向角度，对卫星信号进行跟踪。本发明专利技术通过多通道多阵元多天线的无人机载设备实现对卫星信号全方位跟踪。机载设备实现对卫星信号全方位跟踪。机载设备实现对卫星信号全方位跟踪。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机载全方位卫星信号跟踪装置


[0001]本专利技术属于无人机载卫星通信
，涉及一种通过多通道多阵元多天线的无人机载设备实现对卫星信号全方位跟踪的装置。

技术介绍

[0002]在无人机上安装卫星信号跟踪装置，可以实现无人机与卫星通信，通过卫星信号转发可以实现对无人机的远程操控。
[0003]目前常用的无人机卫星通信装置通常选用单天线方案，比如美国的全球鹰无人机，使用的就是一个安装在飞机头部的锅状天线，此方案的优点是锅状天线增益较高，缺点是一方面体积很大，安装后无人机头部有明显的凸起，影响整机的气动性能，从而显著减小无人机续航时间；另一方面会有通信死角，不能实现全方位跟踪，当飞机在滚转角较大时，单天线无法实现与卫星通信。

技术实现思路

[0004](一)专利技术目的
[0005]本专利技术的目的是：针对锅状天线体积很大，影响整机的气动性能同时会有通信死角，不能实现全方位跟踪，当飞机在滚转角较大时，单天线无法实现与卫星通信的问题，提供一种通过多通道多阵元多天线的无人机载设备实现对卫星信号全方位跟踪的装置。
[0006](二)技术方案
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种无人机载全方位卫星信号跟踪装置，其包括平均分布在无人机横截面上的M个天线和多通道接收机，每个天线由N个阵元组成；M大于2，N大于3。
[0008]其中，合成后的波束宽度为H度时，则M>360/H。
[0009]本专利技术还一种无人机载全方位卫星信号跟踪方法，包括以下步骤：
[0010]第一步，在设备加电后，多通道接收机通过无人机的惯导系统获取自身的位置和姿态信息；
[0011]第二步，多通道接收机通过自身的位置，选择最优的通信卫星，从而获取卫星的位置信息；
[0012]第三步，根据卫星的位置，无人机的位置和姿态，确定M个天线中最优的通信天线；
[0013]第四步，解算天线指向角度；
[0014]第五步，根据解算天线指向角度，对卫星信号进行跟踪。
[0015](三)有益效果
[0016]上述技术方案所提供的无人机载全方位卫星信号跟踪装置，通过多通道多阵元多天线的无人机载设备实现对卫星信号全方位跟踪。
附图说明
[0017]图1为9阵元阵列天线示意图。
[0018]图2为四天线在无人机轴向安装示意图。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0020]如图1和图2所示，本实施例无人机载全方位卫星信号跟踪装置包括平均分布在无人机横截面上的M个天线和多通道接收机，每个天线由N个阵元组成；M大于2，N大于3。
[0021]其中，合成后的波束宽度为H度，则M>360/H。
[0022]基于上述无人机载全方位卫星信号跟踪装置，本实施例无人机载全方位卫星信号跟踪方法包括以下步骤：
[0023]第一步，在设备加电后，多通道接收机通过无人机的惯导系统获取自身的位置和姿态信息；
[0024]第二步，多通道接收机通过自身的位置，选择最优的通信卫星，从而获取卫星的位置信息；
[0025]第三步，根据卫星的位置，无人机的位置和姿态，确定M个天线中最优的通信天线；
[0026]第四步，解算天线指向角度。
[0027]假设卫星在本地坐标系，东北天中的方位角和俯仰角为和θ
l
。假设无人机提供的姿态角(相对载体)为(ψ
c
,θ
c
,γ
c
)，其中ψ
c
、θ
c
和γ
c
分别为偏航角、俯仰角和横滚角。如需获得相对载体的卫星的俯仰角和方位角，需要进行坐标变换，通过变换矩阵将本地坐标系变换为载体坐标系。变换矩阵为：
[0028][0029]将球坐标中的转换为笛卡尔坐标系中的卫星本地坐标归一化坐标位置(X
l
,Y
l
,Z
l
)：
[0030][0031]将式(1
‑
1)代入下面的方程获得卫星相对载体的坐标(X
c
,Y
c
,Z
c
)
[0032][0033]最终，卫星相对于载体的方位角和俯仰角θ
c
可表达为：
[0034][0035]θ
c
＝arctan(X
c
/Y
c
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
5)
[0036]第五步，根据解算天线指向角度，对卫星信号进行跟踪。
[0037]由上述技术方案可以看出，本专利技术通过N(N大于3)个阵元的天线波束合成实现高天线增益，从而保证能够卫星通信链路可靠；通过在无人机身平均分布的M(M大于2)个天线的方式实现能够对卫星信号全方位跟踪；N越大，增益越高，合成后波束越窄，需要的M的个数越多；如果合成后的波束宽度为H度，则M>360/H。
[0038]以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本专利技术的保护范围。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机载全方位卫星信号跟踪装置，其特征在于，包括平均分布在无人机横截面上的M个天线和多通道接收机，每个天线由N个阵元组成；M大于2，N大于3。2.如权利要求1所述的无人机载全方位卫星信号跟踪装置，其特征在于，合成后的波束宽度为H度时，则M>360/H。3.一种无人机载全方位卫星信号跟踪方法，其特征在于，基于权利要求1或2所述的无人机载全方位卫星信号跟踪装置进行跟踪，所述跟踪方法包括以下步骤：第一步，在设备加电后，多通道接收机通过无人机的惯导系统获取自身的位置和姿态信息；第二步，多通道接收机通过自身的位置，选择最优的通信卫星，从而获取卫星的位置信息；第三步，根据卫星的位置，无人机的位置和姿态，确定M个天线中最优的通信天线；第四步，解算天线指向角度；第五步，根据解算天线指向角度，对卫星信号进行跟踪。4.如权利要求3所述的无人机载全方位卫星信号跟踪方法，其特征在于，第四步中，解算天线指向角度的过程为：先获得相对载体的卫星的俯仰角和方位角，再将球坐标中的俯仰角和方位角转换为笛卡尔坐标系中的卫星本地坐标归一化坐标位置，求出卫星相对载体的坐标，解算出卫星相对于载体的方位角和俯仰角。5.如权利要求4所述的无人机载全方位卫星信号跟踪方法，其特征在于，第四步中，卫星在本地坐标系，东北天中的方位角和俯仰角为和θ
l
，无人机提供的相对载体的姿态角记为(ψ
c
,θ
c
,γ

【专利技术属性】
技术研发人员：孙松斌，
申请(专利权)人：天津津航计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：