动中通相控阵天线发射指向检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种天线发射指向检测装置及其检测方法，尤其涉及一种动中通相控阵天线发射指向检测装置及其检测方法。

背景技术

船载动中通相控阵天线的发射和接收阵列的指向具有不一致性，即发射和接收指向需要分别检测并校准。在船舶环境，通常可以用静止卫星对相控阵天线接收指向进行检测并校准，而相控阵天线发射指向却无法通过静止卫星进行检测并校准。因此，设计一种相控阵天线发射指向检测装置及检测方法是非常有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种动中通相控阵天线发射指向检测装置及其检测方法，实现相控阵天线发射指向的检测。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种动中通相控阵天线发射指向检测装置，包括无人机、机载设备以及无人机地面站，所述无人机地面站与相控阵天线连接通信；所述机载设备装载在无人机上，所述机载设备包括云台、天线信号处理模块、控制器、传感模块和数传电台，所述云台上装载有发射喇叭天线和接收喇叭天线，所述天线信号处理模块与发射喇叭天线、接收喇叭天线和数传电台电连接；所述控制器与传感模块、云台以及数传电台连接；所述云台以及传感模块分别连接到数传电台，所述数传电台与无人机地面站无线连接通信。

进一步地，所述无人机地面站通过数传电台传递控制信号控制云台调整发射喇叭天线以及接收喇叭天线的指向；所述控制器对云台进行自稳定控制；所述天线信号处理模块获取接收喇叭天线接收的信号并进行处理；所述天线信号处理模块将发射信号数据发送到发射喇叭天线进行发送。

进一步地，所述传感模块包括GNSS定位单元、高度计、方向传感器和姿态传感器；所述GNSS定位单元测量无人机的位置信息包括经纬度信息；所述高度计测量无人机的高度信息；所述方向传感器测量无人机的机头方位；所述姿态传感器测量无人机的姿态信息；所述传感模块将测量的数据信息发送到控制器，同时通过数传电台发送到无人机地面站。

进一步地，所述相控阵天线加载有GNSS双天线模块、姿态传感器和高度传感器，所述GNSS双天线模块测量相控阵天线的方位信息以及位置信息，位置信息包括经纬度信息；所述姿态传感器测量相控阵天线的姿态信息；所述高度传感器测量相控阵天线的高度信息。

进一步地，所述无人机设置有机载电池，所述机载电池给机载设备和无人机供电。

本发明为解决上述技术问题而采用的另一技术方案是提供一种动中通相控阵天线发射指向检测装置的开环跟踪检测方法，包括如下步骤：S101：无人机地面站获取无人机的经纬度、方向、姿态和高度信息，云台的姿态信息，以及相控阵天线经纬度、方向、姿态和高度信息，计算得到接收喇叭天线与相控阵天线的相对方位；S102：无人机地面站控制云台，使接收喇叭天线指向相控阵天线；通过控制器对云台进行自稳定控制；同时控制相控阵天线，使相控阵天线在接收喇叭天线周围扫描并发射信号；S103：无人机地面站通过数传电台获取接收喇叭天线接收的实时信号；并记录信号强度的最大值，作为基准值；S104：控制动中通相控阵天线指向接收喇叭天线，并发送信号；S105：无人机地面站通过数传电台读取机载接收喇叭天线的实时信号强度值；S106：比对步骤S105中获取的实时信号强度值和步骤S103中获取的基准值，计算得到实时信号强度值相对于基准值的衰减值，进而计算得到开环跟踪指向精度。

进一步地，所述步骤S101中无人机地面站通过数传电台从传感模块获取无人机的经纬度、方向、姿态、高度信息以及云台的姿态信息；无人机地面站从相控阵天线加载的GNSS双天线模块、姿态传感器和高度传感器获取相控阵天线的经纬度、方位、姿态和高度信息。

进一步地，所述步骤S102控制器对云台进行稳定控制包括：控制器获取无人机的高度、位置以及姿态信息，控制器控制云台补偿无人机姿态变化，使云台上的接收喇叭天线保持姿态稳定即持续指向相控阵天线。

本发明为解决上述技术问题而采用的第三种技术方案是提供一种动中通相控阵天线发射指向检测装置的闭环跟踪检测方法，包括如下步骤：S201：无人机地面站获取无人机的经纬度、方向、姿态和高度信息，云台的姿态信息，以及相控阵天线经纬度、方向、姿态和高度信息，计算得到接收喇叭天线与相控阵天线的相对方位；S202：无人机地面站控制无人机云台，使接收喇叭天线和发射喇叭天线指向相控阵天线；通过控制器对云台进行自稳定控制；同时控制相控阵天线，使相控阵天线在接收喇叭天线周围扫描并发射信号；S203：无人机地面站通过数传电台获取接收喇叭天线接收的实时信号；并记录信号强度的最大值，作为基准值；S204:控制动中通相控阵天线，使其工作在自动跟踪模式，即相控阵天线自动接收并跟踪发射喇叭天线的方向，并向接收喇叭天线发送信号；

S205：无人机地面站通过数传电台读取机载接收喇叭天线的实时信号强度值；

S206：比对步骤S205中获取的实时信号强度值和步骤S203中获取的基准值，计算得到实时信号强度值相对于基准值的衰减值，进而计算得到闭环跟踪指向精度。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的动中通相控阵天线发射指向检测装置及其检测方法，通过无人机搭载接收喇叭天线和发射喇叭天线，相控阵天线在接收喇叭天线周围发射信号，将接收喇叭天线接收的最大信号强度作为对比信号；将相控阵天线指向接收喇叭天线时接收喇叭天线接收的信号强度与最大信号强度对比得到开环指向精度；将相控阵天线跟踪发射喇叭天线时接收喇叭天线接收的信号强度与最大信号强度对比得到闭环指向精度；检测结果准确可靠。

附图说明

图1为本发明实施例的动中通相控阵天线发射指向检测装置结构示意图；

图2为本发明实施例的动中通相控阵天线发射指向检测装置的开环跟踪检测流程图；

图3为本发明实施例的动中通相控阵天线发射指向检测装置的闭环跟踪检测流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明实施例的动中通相控阵天线发射指向检测装置结构示意图。

请参见图1，本发明实施例的动中通相控阵天线发射指向检测装置，包括无人机、机载设备以及无人机地面站，所述无人机地面站与相控阵天线连接通信；所述机载设备装载在无人机上，所述机载设备包括云台、天线信号处理模块、控制器、传感模块和数传电台，所述云台上装载有发射喇叭天线和接收喇叭天线，所述天线信号处理模块与发射喇叭天线、接收喇叭天线和数传电台电连接；所述控制器与传感模块、云台以及数传电台连接；所述云台以及传感模块分别连接到数传电台，所述数传电台与无人机地面站无线连接通信。

具体地，无人机地面站通过数传电台传递控制信号控制云台调整发射喇叭天线以及接收喇叭天线的指向；所述控制器对云台进行自稳定控制；所述天线信号处理模块获取接收喇叭天线接收的信号并进行处理；所述天线信号处理模块将发射信号数据发送到发射喇叭天线进行发送。

具体地，传感模块包括GNSS定位单元、高度计、方向传感器和姿态传感器；所述GNSS定位单元测量无人机的位置信息包括经纬度信息；所述高度计测量无人机的高度信息；所述方向传感器测量无人机的机头方位，方向传感器可以为磁力计或双天线GNSS；所述姿态传感器测量无人机的姿态信息；所述传感模块将测量的数据信息发送到控制器，同时通过数传电台发送到无人机地面站。

具体地，相控阵天线加载有GNSS双天线模块、姿态传感器和高度传感器，所述GNSS双天线模块测量相控阵天线的方位信息以及位置信息，位置信息包括经纬度信息；所述姿态传感器测量相控阵天线的姿态信息；所述高度传感器测量相控阵天线的高度信息

具体地，无人机设置有机载电池，所述机载电池给机载设备和无人机供电。

请同时参见图2，本发明实施例的动中通相控阵天线发射指向检测装置的开环跟踪检测方法，包括如下步骤：

S101：无人机地面站获取无人机的经纬度、方向、姿态和高度信息，云台的姿态信息，以及相控阵天线经纬度、方向、姿态和高度信息，计算得到接收喇叭天线与相控阵天线的相对方位；

无人机地面站通过数传电台从传感模块获取无人机的经纬度、方向、姿态、高度信息以及云台的姿态信息；无人机地面站从相控阵天线加载的GNSS双天线模块、姿态传感器和高度传感器获取相控阵天线的经纬度、方位、姿态和高度信息。

接收喇叭天线固定在云台上，云台可以任意调节接收喇叭天线姿态即指向任意方位，并输出云台姿态信息。

S102：无人机地面站控制云台，使接收喇叭天线指向相控阵天线；通过控制器对云台进行自稳定控制；同时控制相控阵天线，使相控阵天线在接收喇叭天线周围扫描并发射信号；

通过控制器对云台进行稳定控制包括：控制器获取无人机的高度、位置以及姿态信息，控制器控制云台补偿无人机姿态变化，使云台上的接收喇叭天线保持姿态稳定即持续指向相控阵天线。

通过无人机和相控阵天线的经纬度、高度，确定无人机和相控阵天线的相对方位；然后获得云台(接收喇叭天线)姿态和相控阵天线的姿态，可确定如何调节云台和相控阵天线波束，使接收喇叭天线和相控阵天线波束都指向对方，即实现接收喇叭指向相控阵，相控阵天线指向接收喇叭。

S103：无人机地面站通过数传电台获取接收喇叭天线接收的实时信号；并记录信号强度的最大值，作为基准值；

S104：控制动中通相控阵天线指向接收喇叭天线，并发送信号；

S105：无人机地面站通过数传电台读取机载接收喇叭天线的实时信号强度值；

S106：比对步骤S105中获取的实时信号强度值和步骤S103中获取的基准值，计算得到实时信号强度值相对于基准值的衰减值，进而计算得到开环跟踪指向精度。

请同时参见图3，本发明实施例的动中通相控阵天线发射指向检测装置的闭环跟踪检测方法，包括如下步骤：

S201：无人机地面站获取无人机的经纬度、方向、姿态和高度信息，云台的姿态信息，以及相控阵天线经纬度、方向、姿态和高度信息，计算得到接收喇叭天线与相控阵天线的相对方位；

与开环检测跟踪方法相同，所述步骤S101中无人机地面站通过数传电台从传感模块获取无人机的经纬度、方向、姿态、高度信息以及云台的姿态信息；无人机地面站从相控阵天线加载的GNSS双天线模块、姿态传感器和高度传感器获取相控阵天线的经纬度、方位、姿态和高度信息。

S202：无人机地面站控制无人机云台，使接收喇叭天线和发射喇叭天线指向相控阵天线；通过控制器对云台进行自稳定控制；同时控制相控阵天线，使相控阵天线在接收喇叭天线周围扫描并发射信号；

与开环检测跟踪方法相同，通过控制器对云台进行稳定控制包括：控制器获取无人机的高度、位置以及姿态信息，控制器控制云台补偿无人机姿态变化，使云台上的接收喇叭天线保持姿态稳定即持续指向相控阵天线。

当无人机受到风干扰时，姿态、高度、位置等会发生变化，云台上的接收喇叭天线指向也随之变化。姿态传感器、高度计、GNSS定位单元测量到无人机状态变化后，由控制器自动补偿云台上的接收喇叭天线指向，使接收喇叭天线指向保持稳定。

通过无人机和相控阵天线的经纬度、高度，确定无人机和相控阵天线的相对方位；然后获得云台(接收喇叭天线/发射喇叭天线)姿态和相控阵天线的姿态，可确定如何调节云台和相控阵天线波束，使接收喇叭天线和相控阵天线波束都指向对方，即实现接收喇叭指向相控阵天线，相控阵天线跟踪发射喇叭天线。

S203：无人机地面站通过数传电台获取接收喇叭天线接收的实时信号；并记录信号强度的最大值，作为基准值；

S204:控制动中通相控阵天线，使其工作在自动跟踪模式，即相控阵天线自动接收并跟踪发射喇叭天线的方向，并向接收喇叭天线发送信号；

S205：无人机地面站通过数传电台读取机载接收喇叭天线的实时信号强度值；

S206：比对步骤S205中获取的实时信号强度值和步骤S203中获取的基准值，计算得到实时信号强度值相对于基准值的衰减值，进而计算得到闭环跟踪指向精度。

综上所述，本发明实施例的动中通相控阵天线发射指向检测装置及其检测方法，通过无人机搭载接收喇叭天线和发射喇叭天线，相控阵天线在接收喇叭天线周围发射信号，将接收喇叭天线接收的最大信号强度作为对比信号；将相控阵天线指向接收喇叭天线时接收喇叭天线接收的信号强度与最大信号强度对比得到开环指向精度；将相控阵天线跟踪发射喇叭天线时接收喇叭天线接收的信号强度与最大信号强度对比得到闭环指向精度；检测结果准确可靠。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。