[实用新型]基于FPGA的车载式无人飞行器定向天线跟踪控制装置

说明书

技术领域

本实用新型属于无人机测控技术领域，涉及了一种无人飞行器定向天线跟踪控制装置。

背景技术

无人机是一种有动力而且可控的无人驾驶航空器，能够执行多重任务，同时能携带多种任务设备并能重复使用。无人机的用途十分广泛，在军事、民用和科学研究领域都有很大的应用范围和应用潜力。在军事领域上，无人机和一般的载人飞机相比有着显著地优越性。从作战能力上来说，无人机的作战范围广，机动灵活，攻击能力较强，对作战环境要求较低，战场生存能力较强。部分无人机还有隐身功能，极大提高了作战能力。同时因为无人驾驶，人员的伤亡几率很低，体现了一定的人道主义精神。从外形来说，无人机的体积小，机动灵活高效，使用便捷而且风险小。从经济成本上来说，无人机由于体积的微小，其造价及维护成本低。鉴于以上的优点，无人机可完成信号情报搜集、防空火力诱饵、目标监察及动态监视、为武器系统提供目标定位、目标指示、目标动态监视和目标毁伤评估的实时情报等多项军事任务，备受世界各国军队的青睐。在民用领域上，它可以携带高清晰可见光红外摄像系统等测控系统，能方便地进入人类无法抵达地区进行空中侦察和空中摄影，它己经在地形测绘、气象观测、灾情监测、城市环境检测、地球资源勘探等方面取得了丰硕的成果。长航时无人机可以满足农业精耕细作的需要，中、短航程的无人机能够用于检查输电线路和管道，还可用于海洋环境研究以及国界线巡逻、搜索和救援。

无人机测控系统是构成无人机系统的关键部分之一，其性能在很大程度上决定了无人机系统的整体性能和规模。无人机测控系统由数据链和地面控制站组成，数据链实现地面控制站与无人机之间的信息交互，其由安装在无人机上的机载数据终端和设置在地面控制站中的地面数据终端组成。数据链最主要的性能指标是数据传输速率、作用距离和抗干扰能力。按照作用距离可分为近程、短程、中程、远程无人机数据链。机载数据终端和地面数据终端之间必须满足无线电通视条件，当无人机超出地面控制站的无线电视距范围时，数据链需要采用中继方式。根据中继设备所处的空间位置，又分地面中继、空中中继和卫星中继。若作用距离较远，又不方便采用中继方式，则地面控制站需要采用增益较高的定向跟踪天线。如采用无线电传输数据的近程无人机活动半径在几千米至几十千米，这类无人机飞行速度小，尺寸一般为2-4米，重量小于100千克，为了提高通信质量，则需要采用定向跟踪天线。

在无人机测控系统将信息实时回传的过程中,接收信号的强弱直接影响到画面的稳定性和清晰程度，通过提高地面或机载的发射机功率和接收机灵敏度的方式已近不能满足远距离通信的要求，而提高地面测控天线接收、发射增益是一种行之有效的方法，且不会增加机载通信设备的重量和尺寸。全向天线存在增益低、干扰大、多径效应等问题，而定向通信天线因为在束波范围内具有高增益而被广泛应用于中近程无人机的测控通信，但是由于定向发射接收信号的特点，该种天线必须配备一种跟踪系统才能获得良好的通信质量。

跟踪系统，即稳定跟踪平台，它的技术核心是稳定技术和跟踪技术。稳定技术主要是隔离载体运动(包括角运动和线运动)造成的干扰，使被控对象(如天线)相对惯性空间指向保持稳定。跟踪技术是被控对象稳定后，由于稳定元件的漂移、跟踪对象的位置缓慢移动等原因，使被控对象指向改变，必须实时跟踪信号，校正其指向。稳定跟踪平台技术，又称“动中通”，即在运动状态下进行通信，它集惯性导航技术、微惯性传感器应用技术、数据采集及信一号处理技术、精密机械设计技术、精密机构运动学和动力学建模和仿真技术，开放式运动控制技术、大扭矩电机闭环伺服控制技术、卫星通讯技术和系统工程技术等多项技术于一身，是以机电一体化、自动控制技术为主体，多个学科有机结合的产物，具有很大的应用前景和实践意义。

目前国内中近程无人机测控系统定向天线主要采用单通道单脉冲跟踪体制，通过信号强度及相位关系来进行方位角度判断，这样就需要一套复杂的伺服反馈系统，价格贵，维护难，并且在实际应用中抗干扰能力差。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本实用新型旨在提供基于FPGA的车载式无人飞行器定向天线跟踪控制装置，解决因地面指挥站与无人机处于不断的相对运动中，导致指挥站上的定向天线不能对准无人机,造成控制站从无人机接收的数据不准确甚至丢失的问题。

为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案为：