一种应用于无人机地面测控通信的宽频带阵列天线

摘要

本发明公开了一种应用于无人机地面测控通信的宽频带阵列天线，用于解决无人机进行地面测控通信的宽频带阵列天线在使用时，无法根据无人机的飞行高度以及飞行角度调整辐射贴片的通断，进而无法获得更好的传输质量的问题；通过建立辐射贴片坐标系；根据所述辐射贴片坐标系对辐射阵列内的辐射贴片进行定位；通过信号仿真模型对辐射阵列进行信号测试，并对应存储不同信号强度下的辐射阵列图形，使得在不同干扰条、不同飞行高度以及不同飞行角度下都可以预先模拟出传输强度最高的辐射阵列图形，使得可以提前根据飞行预测路线对辐射阵列图形进行调整，使得辐射阵列图形始终对应传输强度最高的辐射阵列图形。

说明书

技术领域

本发明属于通信领域，涉及无人机通信技术，具体是一种应用于无人机地面测控通信的宽频带阵列天线。

背景技术

方向性、阻抗和极化特性在一个很宽的波段内几乎保持不变的天线，称为宽频带天线。早期的宽频带天线有菱形天线、V形天线、倍波天线、盘锥形天线等，新的宽频带天线有对数周期天线等。

无人机进行地面测控通信的宽频带阵列天线在使用时，无法根据无人机的飞行高度以及飞行角度调整辐射贴片的通断，进而无法获得更好的传输质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于无人机地面测控通信的宽频带阵列天线，用于解决无人机进行地面测控通信的宽频带阵列天线在使用时，无法根据无人机的飞行高度以及飞行角度调整辐射贴片的通断，进而无法获得更好的传输质量的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种应用于无人机地面测控通信的宽频带阵列天线，包括辐射阵列管理模块、无人机管理模块、通信管理模块以及供电管理模块；

所述辐射阵列管理模块，设置为控制辐射阵列内的辐射贴片的工作状态以及供电电压；

所述无人机管理模块，设置为检测无人机飞行角度以及飞行高度，并通过预设预测模型预测无人机的飞行轨迹；

所述通信管理模块，设置为切换与无人机连接的辐射贴片；

所述供电管理模块，设置为调整辐射阵列内的辐射贴片供电电压。

进一步的，所述辐射阵列管理模块包括：

建立辐射贴片坐标系；

根据所述辐射贴片坐标系对辐射阵列内的辐射贴片进行定位；

通过信号仿真模型对辐射阵列进行信号测试，并对应存储不同信号强度下的辐射阵列图形。

进一步的，所述无人机管理模块包括：

通过获取无人机的飞行参数，并作为输入参数输入预设预测模型内，得出无人机飞行轨迹；

获取无人机飞行轨迹对应的不同最佳控制信号强度。

进一步的，所述通信管理模块包括：

基于最佳控制信号强度切换辐射阵列的工作状况。

进一步的，所述供电管理模块包括；

接收电压调整信号，并根据电压调整信号调整辐射阵列的供电情况。

进一步的，所述辐射阵列管理模块还包括：

接收无人机飞行轨迹对应的不同最佳控制信号强度，并获取最佳控制信号强度对应的辐射阵列图形；

监测无人机飞行轨迹，当无人机飞行轨迹达到不同最佳控制信号强度切换高度时，产生对应的电压调整信号，使得辐射阵列图形与对应最佳控制信号强度的辐射阵列图形相同。

进一步的，所述飞行参数至少包括飞行高度、飞行角度、外界风速以及飞行姿态。

进一步的，所述信号仿真模型包括高度层、角度层、干扰层、连接层以及图形层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过建立辐射贴片坐标系；根据所述辐射贴片坐标系对辐射阵列内的辐射贴片进行定位；通过信号仿真模型对辐射阵列进行信号测试，并对应存储不同信号强度下的辐射阵列图形，使得在不同干扰条、不同飞行高度以及不同飞行角度下都可以预先模拟出传输强度最高的辐射阵列图形，使得可以提前根据飞行预测路线对辐射阵列图形进行调整，使得辐射阵列图形始终对应传输强度最高的辐射阵列图形。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明原理框图；

图2为本发明电子设备框图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，在下述附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

本实施例提供的一种应用于无人机地面测控通信的宽频带阵列天线，应用于基于宽频带阵列天线为无人机信号传输天线的场景，尤其是在具有干扰或航行较高或高电磁对抗的场景。

具体实施时，如图1所示，一种应用于无人机地面测控通信的宽频带阵列天线，其特征在于，包括辐射阵列管理模块、无人机管理模块、通信管理模块以及供电管理模块；

具体的，辐射阵列管理模块，设置为控制辐射阵列内的辐射贴片的工作状态以及供电电压；

无人机管理模块，设置为检测无人机飞行角度以及飞行高度，并通过预设预测模型预测无人机的飞行轨迹；

通信管理模块，设置为切换与无人机连接的辐射贴片；

供电管理模块，设置为调整辐射阵列内的辐射贴片供电电压。

上述辐射阵列管理模块、无人机管理模块、通信管理模块以及供电管理模块均储存在处理器内,上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器 (Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施方式中的发明的各方法以及步骤。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施方式所发明的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成实施方式中的步骤。

再具体实施时，所述辐射阵列管理模块包括：

建立辐射贴片坐标系，具体的，通过获取辐射阵列对应PCB电路板的设计文件，选取文件属性为辐射贴片的文件，获取辐射贴片在PCB电路板设计文件内的位置，通过选点公式选取出基准辐射贴片，选取基准辐射贴片为原点，建立辐射贴片坐标系，此时，PCB电路板内剩余辐射贴片依照辐射贴片坐标系转换坐标得出辐射贴片坐标系专属坐标；

上述选点公式为

通过将PCB电路板内全部辐射贴片带入选点公式内得出选点值，按照选点值由大到小的顺序进行排列，选取上述排列中位值对应辐射贴片为基准辐射贴片；

在上述描述中，因为每片辐射贴片的位置在PCB电路板内均不同，所以上述选点公式求出的选点值存在相同的情况，既中位值只存在一个，同时，因为 PCB电路板再高度信息上基本相同，既Z

通过信号仿真模型对辐射阵列进行信号测试，并对应存储不同信号强度下的辐射阵列图形，具体的，

信号仿真模型包括高度层、角度层、干扰层、连接层以及图形层；

具体实施时，上述高度层用于对无人机飞行高度进行划分，具体的离地面垂直高度0米-10米为安全高度层；10-30米为干扰高度层；30-50米为加强高度层；50-100米为无线高度层；100-500米为特殊高度层；

上述安全高度层为无人机距离地面高度较低，无线信号干扰较弱，所以为安全高度；

干扰高度层为无人机在此高度内飞行时，容易遭受到不同类型的无线信号干扰，故为干扰高度；

加强高度层为无人机在此高度内飞行时，由于高度增加此时需要改变信号发射的强度，保证无人机的连接稳定性，故为加强高度；

无线高度层为无人机在此高度内飞行时，由于高度超出普通接收范围，故此时需要改变信号发射的强度，保证无人机的连接稳定性，故为无线高度；

特殊高度层为无人机在此高度内飞行时，由于高度超出国家标准限制，故正在特殊用途下使用，故为特殊高度；

具体实施时，角度层为无人机内信号接收装置与水平面的夹角，角度范围为0°-360°；

干扰层为模拟常见干扰在安全高度层、干扰高度层、加强高度层、无线高度层以及特殊高度层内的干扰特征，并将对应干扰特征加载至无人机传输信号内；

连接层用于产生传输信号，其中，传输信号包括干扰层生成的干扰特征；

具体的，在实现时，上述传输信号还包含有控制无人机下一飞行动作的指令；

通过控制控制辐射阵列内的辐射贴片的电路通断进而得到若干组辐射贴片通断组合；

上述若干组辐射贴片通断组合根据PCB电路板内辐射贴片数量的不同进而组合数量也不同，因此，本公开不具体限定组合的数量；

图形层用于记录若干组辐射贴片对应的辐射阵列图形，具体的，通过获取辐射贴片的位置坐标，将通电运行的辐射贴片的位置坐标进行标记；

将标记后的位置坐标进行连接，选取连接面积最大的区域为辐射阵列图形；

上述辐射阵列图形为安全高度层、干扰高度层、加强高度层、无线高度层以及特殊高度层内连接层产生的传输信号传输至于无人机时不同角度下、不同干扰下对应传输强度最高的辐射阵列图形；

无人机管理模块包括：

通过获取无人机的飞行参数，并作为输入参数输入预设预测模型内，得出无人机飞行轨迹；

具体的，飞行参数至少包括飞行高度、飞行角度、外界风速以及飞行姿态具体的，采用模拟图像像素点的方式，将航路规划场景抽象成多维矩阵；

再具体实施时，深度神经网络训练过程以路径规划场景的多维矩阵为输入，矩阵规模因场景大小而调整，无人机路径规划采样时间内飞行距离满足要求，深度神经网络的输出以智能算法规划成功的路径抽象出的路径矩阵为训练标签，具体的，深度神经网络具有多层卷积层、池化层与网络层。

输入深度神经网络进行训练，得到一组同样规模的权值矩阵，作为路径选择；所述的卷积层自动提取特征，将输入的场景矩阵进行多次卷积变换，充分使矩阵栅格之间进行特征交互，从而自动提取出场景特征。

池化层在每一层卷积层之后，进行采样，从而获得更重要的特征而忽略不重要特征。

网络层将卷积层与池化层计算出的参数进行非线性拟合，最终得到输出矩阵，再同标签矩阵进行比较，采用逐层反向传播策略，进行参数调整，重复多次上述过程，完成对该深度神经网络的训练过程。

根据路径规划需要利用不同特点的人工智能算法对神经网络的参数进行调整。

再具体实施时，人工智能算法是AI算法或路径平滑算法。

设置神经网络调参控制策略；

利用路径平滑过程将权值矩阵表达为完整航路。

获取无人机飞行轨迹对应的不同最佳控制信号强度。其中，无人机的飞行轨迹包括飞行高度与飞行角度；

通过上述方法可以实现对无人机的飞行轨迹进行判断，进而可以判断无人机的下一步飞行高度以及飞行角度；

辐射阵列管理模块还包括：

接收无人机飞行轨迹对应的不同最佳控制信号强度，并获取最佳控制信号强度对应的辐射阵列图形；

监测无人机飞行轨迹，当无人机飞行轨迹达到不同最佳控制信号强度切换高度时，产生对应的电压调整信号，使得辐射阵列图形与对应最佳控制信号强度的辐射阵列图形相同；

具体的，当无人机飞行轨迹对应的飞行高度以及飞行角度对应的图形与最佳传输强度图形不同时，产生对应的电压调整信号。

供电管理模块包括；

接收电压调整信号，并根据电压调整信号调整辐射阵列的供电情况。

具体的，根据电压调整信号调整对辐射贴片的供电，使得辐射阵列图形与对应最佳控制信号强度的辐射阵列图形相同。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式；所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方法的目的。

通过建立辐射贴片坐标系；根据所述辐射贴片坐标系对辐射阵列内的辐射贴片进行定位；通过信号仿真模型对辐射阵列进行信号测试，并对应存储不同信号强度下的辐射阵列图形，使得在不同干扰条、不同飞行高度以及不同飞行角度下都可以预先模拟出传输强度最高的辐射阵列图形，使得可以提前根据飞行预测路线对辐射阵列图形进行调整，使得辐射阵列图形始终对应传输强度最高的辐射阵列图形。

下面参考图2，其示出了适于用来实现本公开实施例的电子设备的结构示意图。本公开实施例中的电子设备可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。图2示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图2所示，电子设备可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)，其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的程序或者从存储装置加载到随机访问存储器(RAM)中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM中，还存储有电子设备操作所需的各种程序和数据。处理装置、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出(I/O)接口也连接至总线。

通常，以下装置可以连接至I/O接口：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、图像传感器、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置；包括例如磁带、硬盘等的存储装置；以及通信装置。通信装置可以允许电子设备与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图中示出了具有各种装置的电子设备，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。

特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置从网络上被下载和安装，或者从存储装置被安装，或者从ROM被安装。在该计算机程序被处理装置执行时，执行本公开实施例的方法中限定的上述功能。

需要说明的是，本公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频) 等等，或者上述的任意合适的组合。

上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。

上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备能够实现上述方法实施例提供的方案。

或者，上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备能够实现上述方法实施例提供的方案。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、 Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN) —连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，该模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定，例如，第一获取单元还可以被描述为“获取至少两个网际协议地址的单元”。

应当理解，本公开的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。