中继数据链天线设备、通信方法、电子设备及存储介质技术

本发明专利技术提供了一种中继数据链天线设备、通信方法、电子设备及存储介质，包括上部转台、下部转台和保护壳体。本发明专利技术有益效果：将中继数据链天线由两个全向天线改为两个定向天线，增强了通信质量，显著提高了通信距离，并且由于两个定向天线所在云台在俯仰上都具备调节能力，因而中继平台无需考虑地球曲率带来的影响；将两个转台整合为一个大的系统，实现了设备的紧凑化以及统一化，避免了两个天线由于安装导致的相互遮挡问题；利用两个射频滑环，解决了两路天线分别连接的问题；利用扭簧与滑槽的配合解决了俯仰力矩电机力矩余量小的问题，是的设备更加小型化；改良了以往的搜索信号方法，使得通信时信号遮挡问题能够快速得到解决。决。决。

【技术实现步骤摘要】
中继数据链天线设备、通信方法、电子设备及存储介质


[0001]本专利技术属于无人机领域，尤其是涉及一种中继数据链天线设备、通信方法、电子设备及存储介质。

技术介绍

[0002]近年来随着我国科技水平的不断提升，无人机已经在探测、运输、减灾、反恐、防火、救援等多个领域得到广泛应用。尤其对于电力线路、石油管道的巡检，相比于人工巡线，无人机在工作效率、运营成本、准确性及安全性上都有极大的优势。测控数据链作为无人机系统里的核心部件，其承担了无人机与地面测控终端的双向通信，保证了地面控制指令的上传以及无人机遥测与载荷数据的下传。目前的无人机系统测控数据链多为视距传输，在山区、丘陵等存在障碍物遮挡的非视距环境中视距直通数据链无法正常工作，而电网线路、石油管道等行业的工作环境往往较为复杂。因此，在地面交通不便和任务区域多变的条件下，克服区域内障碍物对通视条件的影响，设计开发中继数据链系统，扩展空地传输距离，对无人机在复杂环境中的应用有着十分重要的意义。
[0003]当前的中继数据链系统大致分为三种类型，分别为卫星中继系统，塔架中继中继系统，无人机中继系统。其中卫星中继与塔架中继，存在使用成本高与运营受限等问题，因而当前无人机中继系统使用前景最为广阔。但当前的无人机中继系统多为使用全向天线的系统，存在着通信距离近，并且需要中继无人机飞行高度较高等问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种中继数据链天线设备、通信方法、电子设备及存储介质，以解决上述现有技术中存在的至少一个问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种中继数据链天线设备，包括上部转台、下部转台和保护壳体，所述上部转台上端安装至保护壳体外部，所述上部转台下端穿过保护壳体安装至下部转台，所述上部转台下端与下部转台均位于保护壳体内部，所述上部转台包括整体底座、双路射频滑环、低频过孔滑环、上部辅助支撑组件、上部俯仰支臂、上部支撑壳体和圆极化定向天线，所述整体底座位于保护壳体上端，所述整体底座底部依次穿过保护壳体内壁、上部支撑壳体连接至双路射频滑环，所述双路射频滑环位于上部支撑壳体内部，所述双路射频滑环底部通过连接杆连接至低频过孔滑环，所述上部支撑壳体底部两侧分别与上部俯仰支臂上端两侧连接，所述上部俯仰支臂下端一侧安装圆极化定向天线，所述上部辅助支撑组件为2个，且两个所述上部辅助支撑组件对称设置，每个所述上部辅助支撑组件的上端均通过连接轴安装至上部支撑壳体顶部一侧，每个所述上部辅助支撑组件的底部均通过连接轴安装至上部俯仰支臂中部一侧，所述上部俯仰支臂底部安装下部转台。
[0006]进一步的，所述下部转台包括转台底座、单路射频滑环、下部支撑壳体、下部辅助支撑组件、下部俯仰支臂、线极化定向天线、下部过孔滑环，所述转台底座顶部连接至上部
俯仰支臂，所述转台底座底部穿过下部支撑壳体连接至下部过孔滑环，所述转台底座底部终中心处还安装有单路射频滑环，所述下部过孔滑环位于下部支撑壳体内部，所述下部支撑壳体底部两侧分别与下部俯仰支臂上端两侧连接，所述下部俯仰支臂下端一侧安装线极化定向天线，所述下部辅助支撑组件为2个，且两个所述下部辅助支撑组件对称设置，每个所述下部辅助支撑组件的上端均通过连接轴安装至下部支撑壳体顶部一侧，每个所述下部辅助支撑组件的底部均通过连接轴安装至下部俯仰支臂中部一侧。
[0007]进一步的，所述上部辅助支撑组件包括左侧辅助支撑组件和右侧辅助支撑组件，所述左侧辅助支撑组件和右侧辅助支撑组件分别对称安装至上部支撑壳体左右两侧，所述上部辅助支撑组件、下部辅助支撑组件结构相同；所述左侧辅助支撑组件包括底部连接块、左扭簧、连接杆，所述底部连接块为圆盘结构，所述底部连接块上部通过左扭簧连接至上部支撑壳体的连接轴，所述底部连接块下部开设有长通孔，所述连接杆上端安装至长通孔内，所述连接杆下端安装至上部俯仰支臂的连接轴，所述左侧辅助支撑组件和右侧辅助支撑组件二者结构相同。
[0008]一种中继数据链天线设备的通信方法，包括以下步骤：S1、将中继数据链天线设备安装至中继无人机，其中，上部转台负责对准目标无人机，下部转台负责对准地面控制台，对中继数据链天线设备上电后，保持转台零位不动，采集中继无人机的经纬高数据，根据多个计算周期数据，计算飞机盘旋速度、盘旋半径及盘旋中心点；根据飞机盘旋速度、盘旋半径及盘旋中心点三类数据，计算出云台搜索信号的最佳时间周期并根据最佳时间周期解算云台信号搜索的最小转速；S2、根据步骤S1解算的数据，首先转动下部转台的方位轴，当收到信号电平后记录每个采样周期下的AGC信号电平大小，并将当前电平信号与上一周期信号做差，形成二维数组pt={v，v，}；对于第tn采样周期，记录前n个采样周期下的AGC信号电平值差数组Ptn＝{pt1 ,pt2
…
ptn}；方位轴转动一圈后，俯仰轴进行从零位的转动并记录AGC信号电平值差数组Qtn＝{qt1 ,qt2
…
qtn}；S3、当下部转台找到最佳对准位置后，进行上部转台信号搜索；上部转台搜索采用与下部转台信号搜索相同的办法进行信号搜索；S4、在步骤S3中的上部转台进行信号搜索旋转时下部转台进行软件解耦角度补偿从而保持下部转台指向；S5、当上下两个转台所带天线都与目标进行对准后，此时通过外部获取地面控制台经纬高以及目标无人机经纬高；以时间T2作为采样周期，形成各自经纬高数组；S6、对步骤S5中记录的经纬高数组进行卡尔曼滤波；S7、当在无遮挡情况下，中继数据链天线设备完成对地面控制台以及目标无人机跟踪后，在跟踪阶段仍然依据上述过程，在每个采样周期中均记录对应的电平值数组和电平变化幅度数组；进入跟踪阶段后，在每个采样周期末进行AGC信号电平判别：当信号电平小于最小设定值时，并且电平变化率存在大于最大设定值的数值，则判定当前信号受到了遮挡；S8、信号被遮挡以后，基于步骤S6滤波后的数据得到地面控制台经纬高变化率以及目标无人机经纬高变化率，进行丢失目标的经纬高数据推算；以T3作为周期，分三个阶段，三个阶段分别为：估算T3时刻经纬高，估算2倍T3经纬高，估算3倍T3经纬高；进行信号重
连动作；第一个周期内以时间T3为周期得到估算后的经纬高后，首先进行在大地坐标系下的数引角度解算，然后数引角度在大地坐标系进行矢量化，得到数引角度矢量，将数引角度矢量；依据右手坐标系，其中，Z轴朝上，X轴朝前，Y轴朝左以及ZYX轴的旋转顺序，将数引角度矢量转到转台坐标系下形成新的指向；S9、判断下部转台、上部转台是否丢失目标，若下部转台丢失目标，则依据步骤S8得到的转台坐标系下的数引角度矢量作为基准，进行小角度回旋折线扫描，若上部转台丢失目标，则按照步骤S4的方法进行下部转台的解耦运算，使得上部转台搜索目标时下部转台能够保证指向。
[0009]进一步的，在步骤S2中，对采集电平数值进行IIR滤波，IIR滤波的公式为：；；其中，为滤波后的值，为原始值，表示滤波时间常数，表示采样周期，a为滤波权重。
[0010]进一步的，在步骤S4中，下部转台本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.中继数据链天线设备，其特征在于：包括上部转台(1)、下部转台(2)和保护壳体(3)，所述上部转台(1)上端安装至保护壳体(3)外部，所述上部转台(1)下端穿过保护壳体(3)安装至下部转台(2)，所述上部转台(1)下端与下部转台(2)均位于保护壳体(3)内部，所述上部转台(1)包括整体底座(11)、双路射频滑环(12)、低频过孔滑环(13)、上部辅助支撑组件(14)、上部俯仰支臂(15)、上部支撑壳体(16)和圆极化定向天线(17)，所述整体底座(11)位于保护壳体(3)上端，所述整体底座(11)底部依次穿过保护壳体(3)内壁、上部支撑壳体(16)连接至双路射频滑环(12)，所述双路射频滑环(12)位于上部支撑壳体(16)内部，所述双路射频滑环(12)底部通过连接杆连接至低频过孔滑环(13)，所述上部支撑壳体(16)底部两侧分别与上部俯仰支臂(15)上端两侧连接，所述上部俯仰支臂(15)下端一侧安装圆极化定向天线(17)，所述上部辅助支撑组件(14)为2个，且两个所述上部辅助支撑组件(14)对称设置，每个所述上部辅助支撑组件(14)的上端均通过连接轴安装至上部支撑壳体(16)顶部一侧，每个所述上部辅助支撑组件(14)的底部均通过连接轴安装至上部俯仰支臂(15)中部一侧，所述上部俯仰支臂(15)底部安装下部转台(2)。2.根据权利要求1所述的中继数据链天线设备，其特征在于：所述下部转台(2)包括转台底座(21)、单路射频滑环(22)、下部支撑壳体(23)、下部辅助支撑组件(24)、下部俯仰支臂(25)、线极化定向天线(26)、下部过孔滑环(27)，所述转台底座(21)顶部连接至上部俯仰支臂(15)，所述转台底座(21)底部穿过下部支撑壳体(23)连接至下部过孔滑环(27)，所述转台底座(21)底部终中心处还安装有单路射频滑环(22)，所述下部过孔滑环(27)位于下部支撑壳体(23)内部，所述下部支撑壳体(23)底部两侧分别与下部俯仰支臂(25)上端两侧连接，所述下部俯仰支臂(25)下端一侧安装线极化定向天线(26)，所述下部辅助支撑组件(24)为2个，且两个所述下部辅助支撑组件(24)对称设置，每个所述下部辅助支撑组件(24)的上端均通过连接轴安装至下部支撑壳体(23)顶部一侧，每个所述下部辅助支撑组件(24)的底部均通过连接轴安装至下部俯仰支臂(25)中部一侧。3.根据权利要求2所述的中继数据链天线设备，其特征在于：所述上部辅助支撑组件(14)包括左侧辅助支撑组件(141)和右侧辅助支撑组件(142)，所述左侧辅助支撑组件(141)和右侧辅助支撑组件(142)分别对称安装至上部支撑壳体(16)左右两侧，所述上部辅助支撑组件(14)、下部辅助支撑组件(24)结构相同；所述左侧辅助支撑组件(141)包括底部连接块(1411)、左扭簧(1412)、连接杆(1413)，所述底部连接块(1411)为圆盘结构，所述底部连接块(1411)上部通过左扭簧(1412)连接至上部支撑壳体(16)的连接轴，所述底部连接块(1411)下部开设有长通孔，所述连接杆(1413)上端安装至长通孔内，所述连接杆(1413)下端安装至上部俯仰支臂(15)的连接轴，所述左侧辅助支撑组件(141)和右侧辅助支撑组件(142)二者结构相同。4.中继数据链天线设备的通信方法，应用于权利要求1
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3任一所述的中继数据链天线设备，其特征在于：包括以下步骤：S1、将中继数据链天线设备安装至中继无人机，其中，上部转台(1)负责对准目标无人机，下部转台(2)负责对准地面控制台，对中继数据链天线设备上电后，保持转台零位不动，采集中继无人机的经纬高数据，根据多个计算周期数据，计算飞机盘旋速度、盘旋半径及盘旋中心点；根据飞机盘旋速度、盘旋半径及盘旋中心点三类数据，计算出云台搜索信号的最佳时间周期并根据最佳时间周期解算云台信号搜索的最小转速；
S2、根据步骤S1解算的数据，首先转动下部转台(2)的方位轴，当收到信号电平后记录每个采样周期下的AGC信号电平大小，并将当前电平信号与上一周期信号做差，形成二维数组pt={v，v，}；对于第tn采样周期，记录前n个采样周期下的AGC信号电平值差数组Ptn＝{pt1 ,pt2
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ptn}；方位轴转动一圈后，俯仰轴进行从零位的转动并记录AGC信号电平值差数组Qtn＝{qt1 ,qt2
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qtn}；S3、当下部转台(2)找到最佳对准位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霖，徐雷雷，徐凯，贾意弦，王显平，
申请(专利权)人：天津天羿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：