[发明专利]一种无人机定向天线自跟踪系统设计方法

摘要

本发明是一种无人机定向天线自跟踪系统设计方法，用于无人机控制。本方法在载车上安装GPS接收机来实时获取定向天线的位置和速度，主控制器利用定向天线和无人机的位置获取定向天线的跟踪目标角，利用定向天线和无人机的速度实现对位置的预测平滑以及实现当无人机飞过定向天线顶点时对方位运动增加前馈。载车上安装方位角和俯仰角测量仪测量载车的当前方位角和俯仰角，结合角度传感器的测量值获取定向天线的当前角。主控制器根据定向天线的跟踪目标角与当前角的差值计算控制量，驱动定向天线到达目标位置。本发明提高了系统的机动性和隐蔽性，易于工程实现，有效平滑了定向天线跟踪动作，降低了过顶跟踪误差，提高了系统可靠性和适应性。

主权项

一种无人机定向天线自跟踪系统设计方法，在载车上安装GPS接收机来实时获取定向天线的位置和速度，利用无人机地面控制系统接收无人机实时下传的无人机的位置和速度；主控制器利用定向天线和无人机的位置获取定向天线的跟踪目标角，利用定向天线和无人机的速度实现对位置的预测平滑以及实现当无人机飞过定向天线顶点时对方位运动增加前馈；在载车上安装方位角和俯仰角测量仪测量载车的当前方位角和俯仰角，通过角度传感器测量定向天线相对于载车的方位角和俯仰角，从而获得定向天线的当前角；主控制器根据定向天线的跟踪目标角与当前角的差值计算控制量，驱动定向天线到达目标位置，从而实现无人机定向天线的自动跟踪；其特征在于，其中，主控制器利用定向天线和无人机的位置获取定向天线的跟踪目标角，具体步骤是：步骤1：对于方位角，设定以正北为零度，顺时针方向为[0,π]，逆时针方向为[0,‑π]；对于俯仰角，设定水平面以上为正，水平面以下为负；步骤2：根据车载GPS接收机获得定向天线的经度和纬度，获取参考椭圆地球模型的子午面曲率半径RN和横向曲率半径RE；再利用RN和RE，获取无人机相对于定向天线在当地地理导航坐标系上的相对距离(PN,PE,PD)；所述的当地地理导航坐标系是以定向天线当前位置为原点，北向为N轴，东向为E轴，当地垂线向下方向为D轴；PNPEPD=(RN+hT)×(λT-λC)(RE+hT)×cos(λC)×(LT-LC)-(hT-hC)]]>其中，(LC,λC,hC)为载车的经度、纬度和海拔高度，(LT,λT,hT)为无人机位置的经度、纬度和海拔高度；PN和PD分别为无人机与定向天线在北向和东向的水平距离，PE为无人机与定向天线的垂直距离；步骤3：确定目标方位角ψT和目标俯仰角θT；ψTθT=arctan2(PE,PN)arctan(-PD,sqrt(PN2+PE2))]]>所述的跟踪目标角包括目标方位角ψT和目标俯仰角θT；所述的主控制器利用定向天线和无人机的速度实现对位置的预测平滑，具体步骤是：步骤21：在控制周期中，首先判断载车位置是否更新，如已更新且有效，则使用更新的载车位置来计算跟踪目标角，如没有更新或者无效，则利用载车的速度乘以控制周期的时间作为位置的增量来预测载车的当前位置；步骤22：判断无人机的位置是否更新，如已更新且有效，则使用更新的无人机位置来计算跟踪目标角，如没有更新或者无效，则利用无人机的速度乘以控制周期的时间作为位置的增量来预测无人机的当前位置。