[實用新型]基于FPGA的車載式無人飛行器定向天線跟蹤控制裝置

有效

• 申請號: 201720353036.7
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN206696708U
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 劉海穎;任驊;閆麗吏;許蕾;陳志明
• 申請（專利權）人: 南京繼航科技有限公司
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 葛瀟敏

技術領域

本實用新型屬于無人機測控技術領域，涉及了一種無人飛行器定向天線跟蹤控制裝置。

背景技術

無人機是一種有動力而且可控的無人駕駛航空器，能夠執行多重任務，同時能攜帶多種任務設備并能重復使用。無人機的用途十分廣泛，在軍事、民用和科學研究領域都有很大的應用范圍和應用潛力。在軍事領域上，無人機和一般的載人飛機相比有著顯著地優越性。從作戰能力上來說，無人機的作戰范圍廣，機動靈活，攻擊能力較強，對作戰環境要求較低，戰場生存能力較強。部分無人機還有隱身功能，極大提高了作戰能力。同時因為無人駕駛，人員的傷亡幾率很低，體現了一定的人道主義精神。從外形來說，無人機的體積小，機動靈活高效，使用便捷而且風險小。從經濟成本上來說，無人機由于體積的微小，其造價及維護成本低。鑒于以上的優點，無人機可完成信號情報搜集、防空火力誘餌、目標監察及動態監視、為武器系統提供目標定位、目標指示、目標動態監視和目標毀傷評估的實時情報等多項軍事任務，備受世界各國軍隊的青睞。在民用領域上，它可以攜帶高清晰可見光紅外攝像系統等測控系統，能方便地進入人類無法抵達地區進行空中偵察和空中攝影，它己經在地形測繪、氣象觀測、災情監測、城市環境檢測、地球資源勘探等方面取得了豐碩的成果。長航時無人機可以滿足農業精耕細作的需要，中、短航程的無人機能夠用于檢查輸電線路和管道，還可用于海洋環境研究以及國界線巡邏、搜索和救援。

無人機測控系統是構成無人機系統的關鍵部分之一，其性能在很大程度上決定了無人機系統的整體性能和規模。無人機測控系統由數據鏈和地面控制站組成，數據鏈實現地面控制站與無人機之間的信息交互，其由安裝在無人機上的機載數據終端和設置在地面控制站中的地面數據終端組成。數據鏈最主要的性能指標是數據傳輸速率、作用距離和抗干擾能力。按照作用距離可分為近程、短程、中程、遠程無人機數據鏈。機載數據終端和地面數據終端之間必須滿足無線電通視條件，當無人機超出地面控制站的無線電視距范圍時，數據鏈需要采用中繼方式。根據中繼設備所處的空間位置，又分地面中繼、空中中繼和衛星中繼。若作用距離較遠，又不方便采用中繼方式，則地面控制站需要采用增益較高的定向跟蹤天線。如采用無線電傳輸數據的近程無人機活動半徑在幾千米至幾十千米，這類無人機飛行速度小，尺寸一般為2-4米，重量小于100千克，為了提高通信質量，則需要采用定向跟蹤天線。

在無人機測控系統將信息實時回傳的過程中,接收信號的強弱直接影響到畫面的穩定性和清晰程度，通過提高地面或機載的發射機功率和接收機靈敏度的方式已近不能滿足遠距離通信的要求，而提高地面測控天線接收、發射增益是一種行之有效的方法，且不會增加機載通信設備的重量和尺寸。全向天線存在增益低、干擾大、多徑效應等問題，而定向通信天線因為在束波范圍內具有高增益而被廣泛應用于中近程無人機的測控通信，但是由于定向發射接收信號的特點，該種天線必須配備一種跟蹤系統才能獲得良好的通信質量。

跟蹤系統，即穩定跟蹤平臺，它的技術核心是穩定技術和跟蹤技術。穩定技術主要是隔離載體運動(包括角運動和線運動)造成的干擾，使被控對象(如天線)相對慣性空間指向保持穩定。跟蹤技術是被控對象穩定后，由于穩定元件的漂移、跟蹤對象的位置緩慢移動等原因，使被控對象指向改變，必須實時跟蹤信號，校正其指向。穩定跟蹤平臺技術，又稱“動中通”，即在運動狀態下進行通信，它集慣性導航技術、微慣性傳感器應用技術、數據采集及信一號處理技術、精密機械設計技術、精密機構運動學和動力學建模和仿真技術，開放式運動控制技術、大扭矩電機閉環伺服控制技術、衛星通訊技術和系統工程技術等多項技術于一身，是以機電一體化、自動控制技術為主體，多個學科有機結合的產物，具有很大的應用前景和實踐意義。

目前國內中近程無人機測控系統定向天線主要采用單通道單脈沖跟蹤體制，通過信號強度及相位關系來進行方位角度判斷，這樣就需要一套復雜的伺服反饋系統，價格貴，維護難，并且在實際應用中抗干擾能力差。

發明內容

為了解決上述背景技術提出的技術問題，本實用新型旨在提供基于FPGA的車載式無人飛行器定向天線跟蹤控制裝置，解決因地面指揮站與無人機處于不斷的相對運動中，導致指揮站上的定向天線不能對準無人機,造成控制站從無人機接收的數據不準確甚至丟失的問題。

為了實現上述技術目的，本實用新型的技術方案為：