[发明专利]一种升空通信中继无人机通视计算方法

摘要

本发明提供了一种升空通信中继无人机通视计算方法，根据通信中继无人机和任务无人机的位置、高度，利用地理信息系统高程数据库，计算和判断中继机对任务机的通信链路是否通视，若不通视，则地面控制系统发出警报并自动向中继机发送爬升指令，从而引导通信中继机的高度控制，保证中继机到任务机的通信链路畅通可视，能及时快速的调整好中继机的高度，使得中继机到任务机的通信链路畅通可视，维护整个无人机系统的通信可靠性和稳定性。

主权项

1.一种升空通信中继无人机通视计算方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：实时获取中继机R的经纬度坐标(L_R，B_R)、高度H_R，获取任务机M的经纬度坐标(L_M，B_M)、高度H_M；步骤2：受地球曲率半径(6371km)的影响以及大气层对电波的折射作用，中继机到任务机的链路传输极限直视距离的修正值为其中H_R和H_M单位为米，求得D_max后，单位换算为千米，无线电波传输的有效直视距离D_e为极限直视距离的70％，即：D_e＝0.7D_max，计算中继机到任务机的链路传输有效直视距离为：其中，H_R和H_M单位为米，求得D_e后，单位换算为千米；步骤3：将中继机R的经纬度坐标(L_R，B_R)转换为平面直角大地直角坐标下的位置(X_R，Y_R)，将任务机M的经纬度坐标(L_M，B_M)转换为大地直角坐标下的位置(X_M，Y_M)，根据空间两点间的距离公式可计算出中继机至任务机的距离为：步骤4：比较D_RM和D_e，若D_RM＜D_e，则进入步骤5；若D_RM≥D_e，则地面监控系统发出警报并向中继机发送爬升指令，在中继机升高的过程中继续执行步骤1至步骤4，直至D_RM＜D_e；步骤5：若D_RM＜D_e，假设地球是一个标准球体，O为地心，半径R₀＝6371km，点R为中继机，点M为任务机，则：中继机至地心的距离：|OR|＝R₀+H_R，任务机至地心的距离：|OM|＝R₀+H_M，中继机至任务机的距离：|RM|＝D_RM；中继机、任务机和球心形成ΔROM，根据三角形余弦定理可计算：步骤6：将∠ROM以0.1°为步长进行划分，总共能分成的个数其中为向下取整函数，即表示不大于X的最大整数；直线段OR与地球的交点为R′，直线段OM与地球的交点为M′，相应的圆弧R′M′被栅格化成n个小弧，映射到直线段RM也被栅格化成n个小段，R′和M′的经纬度即为中继机R和任务机M的经纬度，则R′和M′的大地直角坐标为(X_R，Y_R)和(X_M，Y_M)，计算M′相对于R′的方位角α和R′到M′的距离D_R′M′：其中，方位角α为直线段R′M′与正北方向的夹角；步骤7：i从1开始进行循环计算，i的取值范围为i≤n，当i＝k时，步骤如下：步骤7.1：P′为R′M′上的第k个点，R′到P′的距离为：计算P′的直角坐标，即为空间直线段RM上的第k个点P的直角坐标：步骤7.2：将直角坐标(X_P，Y_P)转换成经纬度坐标(L_P，B_P)，利用地理信息系统高程数据库可获取P′点的海拔高H_P′；步骤7.3：在ΔROP中，∠ROP＝0.1×k，∠ROP＝∠MRO，则：∠RPO＝180‑∠ROP‑∠PRO，利用三角形正弦定理计算直线段OP的长度：则直线段RM上P点的高度H_P＝|OP|‑R₀；步骤7.4：比较H_P和H_P′，若H_P＞H_P′，则i加1，重复执行步骤7.1至步骤7.4，直到i等于n，再重复执行步骤1至步骤7；若H_P≤H_P′，则终止循环，发出警报并向中继机发送爬升指令，在中继机升高的过程中实时获取中继机R和任务机M的位置和高度信息，重复执行步骤5至步骤7，直到中继机至任务机之间没有山体遮挡，通信链路畅通，关闭警报并向中继机发出平飞指令。