[发明专利]无人机测控链功率和速率联合控制方法

说明书

本发明公开的一种无人机测控链功率和速率联合控制方法，旨在提供一种控制快速精确，数据传输可靠性和稳定性高，自适应能力强的功率和速率联合控制方法。本发明通过下述技术方案实现：功率和速率联合控制模块首先获取测控双方位置和姿态信息，计算通信距离和方位角、俯仰角，以开环控制机制，进行快速粗调；然后以外闭环控制机制，估计上行链路接收信号功率，判断机载终端的接收效果，以内闭环控制机制，估计下行链路的接收信号功率，下达反馈命令，进行精确微调；结合开环、外闭环和内闭环三种控制机制，将接收信号功率与判决门限比较，完成无人机测控链发射功率和通信速率的联合控制。

技术领域

本发明涉及一种无人机测控链功率和速率联合控制方法，用于实现无人机测控链抗干扰的目的。

背景技术

无人机(UAV)是当前高新科技装备之一，广泛应用于科学研究、移动通信、环境监测、搜索营救和快递业务等领域。无人机测控链是链接无人机与操控平台、无人机与无人机、无人机与地面测控站的中介，是实现信息链式运动的桥梁。无人机测控链通常由机载设备、地面固定设备和地面备份机动设备组成。机载设备由全向天线、数据记录和接口扩展、链路端机等模块组成。地面固定设备由全向天线、伺服跟踪机构、接口扩展、地面链路终端等模块组成。地面备份机动设备由全向天线、测控端机、数据采编器及配套电缆组成。无人机测控链起着控制无人机飞行以及传输遥测数据的重要作用。然而，近年来无人机执行任务的电磁环境和自然地理环境越来越恶劣，具有时变特性，各种直射、反射和散射路径信号，导致严重的多径衰落。无人机测控链误码率增加，通信质量明显下降。因此，需要能够灵活适应复杂环境的抗干扰方法来保证通信链路质量。功率控制和速率控制是抗干扰的重要方法。功率控制以满足通信链路质量的最小功率辐射，是无人机测控链避免干扰的重要手段。速率控制选择可靠性高的速率进行信息传输，也是一种避免干扰，保证通信畅通，提高频谱利用率的方法。

随着各种新型无人机的不断出现和广泛应用，机载任务设备的不断完善和增加，无人机与地面测控站之间的数据交换量也在逐步提高，对无人机测控链技术提出了新的更高的要求。无人机测控链功率控制的能力和性能很大程度上依赖于功率测量的精度和功率控制命令产生和传输的处理时延。当无人机的运动速度很快时，功率控制系统无法补偿由快衰落引起的信号功率变化，功率控制技术失效。速率控制经常需要与功率控制配合使用，然而速率控制、功率控制往往是分离的两个过程，时延大，算法复杂。为了满足无人机测控链多种业务功能的大数据量信息传输需求,需要对通信速率和发射功率进行联合控制。现有的功率和速率联合控制方法，多见于无线通信网络、移动通信、CDMA系统、WCDMA系统、认知无线电网络、机间数据链中的应用，使用的方法有博弈论、粒子群、遗传算法等，尚未见在无人机测控链中有所应用。无人机测控链相对于无线通信、机间数据链等而言，由于无人机所处的自然地理环境越来越复杂，无人机的机动性也越来越高，测控链路覆盖范围大，电磁环境复杂，低仰角工作，属于典型的快速时变多径信道，导致传统单一的功率和速率控制算法的适应性较差，不能对无人机测控链的工作环境变化做出快速准确响应，实现方法的运算复杂度高，计算最优发射功率和通信速率的时延大。当时延大于信道起伏变化的时间时，可能导致通信质量严重下降。因此，本发明提出的开环机制、外闭环机制以及内闭环机制的综合方法可以有效地平衡响应时间和控制精度的要求，并且在无人机测控链的应用中，地面测控站的位置是可以提前预知的，事先无须进行组网交互，在测控链使用的全任务阶段均可实现功率和速率的联合控制。

发明内容

本发明的目的是针对无人机测控链抗干扰的问题，提供一种控制快速精确，数据传输可靠性和稳定性高，自适应能力强的功率和速率联合控制方法。