CN112102651B - 用于飞行器的临近空间通信控制***、方法及飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于飞行器的临近空间通信控制***、方法及飞行器。通信控制***包括：第一天线单元、第二天线单元及通信端机，端机包括：信号处理模块，用于获取天线单元接收的第一预设频段通信信号，及对天线单元发送第二预设频段通信信号；多卡管理模块，用于根据预设发送时序控制多个收发通道执行通信信号的接收或待发送数据的发射；存储模块，用于存储通信信号及待发送数据；通信控制模块，用于获取通信控制指令，对通信控制指令进行有效性判定，并根据通信控制指令控制多卡管理模块进行通信信号接收或者待发送数据发射，以及获取端机的状态数据。本发明采用双天线及多卡时隙复用进行信号收发，改善高动态适应性，提高发送频率。

Description

用于飞行器的临近空间通信控制***、方法及飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器通信技术领域，尤其涉及一种用于飞行器的临近空间通信控制***、方法及飞行器。

背景技术

临近空间(Near space)是指距地面20～100公里的空域，临近空间处于台风、暴雨等灾害性天气***的上方关键区域，随着通信技术及空间飞行技术发展，在临近空间区域，采用飞行器对气象指标开展针对性目标观测具备较大的发展潜力。

目前，用于气象监测领域的飞行器通常采用北斗短报文通信，由于临近空间飞行器工作环境恶劣，温差较大，飞行器在上升和下落过程中姿态变化较大，现有的应用于飞行器的通信***存在以下问题，一方面，在民用领域中，飞行器机载的端机通常设置单个SIM卡进行身份标识，由于用户端对空间卫星进行数据发送的时间间隔受到限制，一般要求1分钟内只能执行一次发送任务，受发送频度和发送通道的限制，在执行气象监测数据传输时，数据传输间隔时间长，传输速度慢，难以满足气象监测的业务需求。另一方面，现有的飞行器通常采用单一天线进行通信信号收发，在临近空间执行飞行监测任务时，若飞行器姿态发生变化，则容易产生信号收发盲区，导致信号收发不及时、不完整，通信稳定性较差，影响气象观测效果。

发明内容

本发明提供一种用于飞行器的临近空间通信控制***，解决了现有飞行器通信***传输速度慢、通信稳定性差的问题，改善***的高动态适应性，提高发送频率。

第一方面，本发明实施例提供了一种用于飞行器的临近空间通信控制***，所述飞行器包括供电***、飞行器控制***及通信控制***，所述供电***用于对所述通信控制***供电，所述飞行器控制***与所述通信控制***进行数据交互，其特征在于，所述通信控制***包括：朝向不同方向固定的第一天线单元和第二天线单元，及通信端机，所述通信端机包括：信号处理模块，用于接收所述第一天线单元及所述第二天线单元捕获的第一预设频段通信信号，以及对所述第一天线单元及所述第二天线单元发送第二预设频段通信信号；多卡管理模块，用于根据预设发送时序控制多个收发通道执行通信信号的接收或待发送数据的发射；存储模块，用于存储所述第一预设频段通信信号及待发送数据；通信控制模块，分别与所述多卡管理模块、所述存储模块及所述飞行器控制***电连接，所述通信控制模块用于获取所述飞行器控制***发送的通信控制指令，对所述通信控制指令进行有效性判定，并根据所述通信控制指令控制所述多卡管理模块进行通信信号接收或者待发送数据发射，以及获取端机的状态数据，并将所述状态数据发送至所述飞行器控制***。

可选地，所述通信控制模块包括：指令数据获取单元、指令控制单元、指令执行单元、状态检测单元及待发送数据管理单元；所述指令数据获取单元，用于接收所述飞行器控制***发送的通信控制指令，所述通信控制指令包括数据发送控制指令、加断电控制指令、复位控制指令、上注控制指令、数据交互控制指令；所述指令控制单元，用于接收所述通信控制指令，对所述通信控制指令进行有效性判定，并根据所述通信控制指令控制所述指令执行单元工作；所述指令执行单元，用于管理并执行所述通信控制指令；所述状态检测单元，用于实时检测通信过程中的端机状态，并将端机的状态数据发送到所述飞行器控制***，所述端机状态包括工作状态、复位状态、上注状态及发送状态；所述待发送数据管理单元，用于接收所述数据发送控制指令，并对所述飞行器控制***发送的待发送数据进行存储或者发送。

可选地，所述待发送数据管理单元还用于判断是否存在可用通信卫星，若存在可用通信卫星，则所述待发送数据管理单元将所述待发送数据发送至所述多卡管理模块；否则，所述待发送数据管理单元将所述待发送数据存储至所述存储模块。

可选地，所述多卡管理模块包括：***存储单元、发送缓存单元、接收缓存单元、发送时序控制单元、接收时序控制单元、卫星选定单元及***管理单元；所述***存储单元，用于存储多张虚拟卡的卡参数，所述卡参数包括用户识别***、加密算法及存储空间；所述接收缓存单元设有多个接收通道，所述多个接收通道与所述信号处理模块通信连接，所述接收通道用于接收所述第一预设频段通信信号，并对所述第一预设频段通信信号进行缓存处理；所述接收时序控制单元，用于对各接收通道的接收时序进行控制，将所述接收通道接收到的通信信号发送至所述卫星选定单元，并将接收到通信信号的接收通道对应的用户识别***发送至所述***管理单元；所述卫星选定单元，用于接收所述通信信号，根据接收结果确定接收通道的通道状态及通道信噪比，并根据所述通道信噪比确定可用卫星编号，并将所述可用卫星编号发送至所述***管理单元；所述***管理单元，用于根据所述可用卫星编号确定可用虚拟卡，将所述可用卡参数按照预设规则发送到所述发送时序控制单元；所述发送缓存单元设有多个发射通道，所述多个发射通道与所述信号处理模块通信连接，所述发射通道用于接收待发送数据，对所述待发送数据进行缓存处理，并在接收到数据发送控制指令后将所述待发送数据通过对应的发射通道进行发射；所述发送时序控制单元，用于根据所述可用卡参数确定可用发射通道，对所述可用发射通道的发送时序进行控制，发送时序包括单次数据发送持续时间、相邻两次数据发送间隔时间。

可选地，所述信号处理模块包括：双通道信号接收模块、双通道信号发送模块及信号处理控制单元，所述双通道信号接收模块，用于获取所述第一天线单元和/或所述第二天线单元接收到的第一预设频段通信信号，并对所述第一预设频段通信信号进行滤波、变频及解调处理；所述双通道信号发送模块，用于对待发送数据进行调制、变频及滤波处理，得到第二预设频段通信信号，并对所述第一天线单元或所述第二天线单元发送第二预设频段通信信号；所述信号处理控制单元，用于对所述双通道信号接收模块及所述双通道信号发送模块提供控制信号，接收第一预设频段通信信号，并对所述双通道信号发送模块发送待发送数据。

可选地，所述通信端机还包括：电源管理模块，用于对所述供电***的供电电压进行电压变换，对所述通信端机进行通电/断电控制，以及对电压及电流进行实时监控。

可选地，所述通信端机还包括：接口模块，用于实现所述通信控制模块与所述飞行器控制***的数据交互，对所述通信控制指令进行解码处理，以及对所述端机的状态数据进行编码处理。

第二方面，本发明实施例还提供了一种飞行器，包括上述用于飞行器的临近空间通信控制***。

第三方面，本发明实施例还提供了一种用于飞行器的临近空间通信控制方法，用于控制上述通信控制***，所述通信控制***包括多卡管理模块和存储模块，所述控制方法包括以下步骤：获取通信控制指令；对所述通信控制指令进行有效性判定；若所述通信控制指令有效，则根据预设发送时序控制所述多卡管理模块进行通信信号的接收或待发送数据的发射；获取所述端机的状态数据，根据所述状态数据对所述通信控制***进行监控。

可选地，所述用于飞行器的临近空间通信控制方法还包括以下步骤：判断是否存在可用通信卫星；若存在可用通信卫星，则将所述待发送数据发送至所述多卡管理模块；否则，将所述待发送数据发送至所述存储模块进行存储。

本发明实施例提供的通信控制方法，对用于飞行器的临近空间通信控制***进行控制，该通信控制***设置固定朝向不同方向的第一天线单元和第二天线单元，设置通信端机与第一天线单元及第二天线单元通信连接，保证飞行器飞行姿态调整时通信信号收发稳定性，有利于改善***的高动态适应性，通信端机采用信号处理模块对通信信号进行调制或者解调处理，采用通信控制模块接收控制指令及待发送数据，并控制多卡管理模块按照预设时隙复用策略控制多个收发通道执行通信信号的接收或待发送数据的发射，有利于提高通信信号的发送频率，改善数据传输效果，***各模块采用集成化设计，降低功率放大装置的尺寸、功耗及重量，节约运载成本。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种用于飞行器的临近空间通信控制***的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种通信控制模块的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的一种多卡管理模块的结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的另一种用于飞行器的临近空间通信控制***的结构示意图；

图5是本发明实施例二提供的一种飞行器的结构示意图；

图6是本发明实施例三提供的一种用于飞行器的临近空间通信控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种用于飞行器的临近空间通信控制***的结构示意图，本实施例可适用于对临近空间飞行作业的飞行器进行通信控制的应用场景。

参考图1所示，该临近空间飞行作业的飞行器200包括供电***010、飞行器控制***020及通信控制***030，供电***010用于对通信控制***030供电，典型地，供电***010的供电电压可为直流12V电压，飞行器控制***020与通信控制***030进行数据交互，飞行器控制***020用于按照标准通信协议对通信控制***030发送待发送数据及通信控制指令，并对通信控制***030进行监控及加断电控制。

继续参考图1所示，该通信控制***030包括：朝向不同方向固定的第一天线单元301和第二天线单元302，及与第一天线单元301和第二天线单元302通信连接的通信端机40，通信端机40包括：信号处理模块410，用于接收第一天线单元301及第二天线单元302捕获的第一预设频段通信信号，以及对第一天线单元301及第二天线单元302发送第二预设频段通信信号；多卡管理模块420，用于根据预设发送时序控制多个收发通道执行通信信号的接收或待发送数据的发射；存储模块430，用于存储第一预设频段通信信号及待发送数据；通信控制模块440，分别与多卡管理模块420、存储模块430及飞行器控制***020电连接，通信控制模块440用于获取飞行器控制***020发送的通信控制指令，对通信控制指令进行有效性判定，并根据通信控制指令控制多卡管理模块420进行通信信号接收或者待发送数据发射，以及获取端机的状态数据，并将状态数据发送至飞行器控制***020。

本实施例中，第一天线单元301和第二天线单元302采用相同的一体化结构设计，典型地，第一天线单元301和第二天线单元302可采用微带天线结构实际。第一天线单元301和第二天线单元302用于接收不同方向的通信卫星发射的第一预设频段通信信号，以及向对应的通信卫星发射第二预设频段通信信号，典型地，第一预设频段通信信号可为S波段北斗短报文射频信号，第二预设频段通信信号可为L波段北斗短报文射频信号。

可选地，第一天线单元包括S频段子天线单元和L频段子天线单元，第二天线单元包括S频段子天线单元和L频段子天线单元，S频段子天线单元用于接收第一预设频段通信信号，L频段子天线单元用于发射第二预设频段通信信号。

本实施例中，可设置第一天线单元301朝向第一方向固定于飞行器200的第一顶端，第一方向与飞行器200的纵向对称面具有第一夹角，例如，第一方向可为飞行器200的左侧，第一夹角可等于45°；第二天线单元302朝向第二方向固定于飞行器200的第二顶端，第二方向与飞行器200的纵向对称面具有第二夹角，例如，第二方向可为飞行器200的右侧，第二夹角可等于45°，第一天线单元301及第二天线单元302均与飞行器200呈45°倾角安装，第一方向与第二方向的夹角等于第一夹角与第二夹角之和，即言第一方向与第二方向的夹角可等于90°，确保飞行器200处于任何姿态飞行，通信控制***030均可完成通信信号的收发功能，有利于改善***的高动态适应性。

本实施例中，信号处理模块410用于接收第一预设频段通信信号，并对第一预设频段通信信号进行滤波、变频及解调处理；信号处理模块410还用于对待发送数据进行调制、变频及滤波处理，得到第二预设频段通信信号，并将第二预设频段通信信号通过第一天线单元301或者第二天线单元302发送至对应的通信卫星，具体地，信号处理模块410通过第一高频电缆与第一天线单元301的接收端口通信连接，通过第二高频电缆与第二天线单元302的接收端口通信连接，信号处理模块410通过第三高频电缆与第一天线单元301的发射端口通信连接，通过第四高频电缆与第二天线单元302的发射端口通信连接。

本实施例中，通信控制***030还包括射频前端，射频前端设置于信号处理模块410与天线单元之间，射频前端用于对通信信号进行功率放大。

具体地，在飞行器200执行飞行任务时，第一天线单元301及第二天线单元302实时捕获周围的第一预设频段通信信号，采用射频前端对天线单元接收到的第一预设频段通信信号进行滤波及低噪声放大处理，并将处理后的第一预设频段通信信号发送至信号处理模块410，信号处理模块410对第一预设频段通信信号进行解调解扩，并将解调后的第一预设频段通信信号发送至多卡管理模块420进行通信信号缓存和通道标定，若通信控制模块440接收到通信信号转发指令，则通信控制模块440控制多卡管理模块420将接收到的第一预设频段通信信号发送至飞行器控制***020，完成信号转发；若通信控制模块440接收到无效控制指令，则通信控制模块440控制多卡管理模块420将接收到的第一预设频段通信信号发送至存储模块430进行存储。

在飞行器控制***020向地面控制中心发送待发送数据的过程中，通信控制模块440接收待发送数据，若通信控制模块440接收到数据发送控制指令，则将待发送数据发送到多卡管理模块420，若通信***中存在可用通信卫星，则多卡管理模块420按照预设发送时序控制可用通信卫星对应的可用发射通道将待发送数据发送到信号处理模块410，信号处理模块410对待发送数据进行调制处理，得到第二预设频段通信信号，并通过第一天线单元301或者第二天线单元302发送到可用通信卫星，完成信号发射。若通信***中不存在可用通信卫星，则多卡管理模块420将待发送数据发送到存储模块430进行存储。

由此，本发明实施例提供的用于飞行器的临近空间通信控制***，设置固定朝向不同方向的第一天线单元和第二天线单元，设置通信端机与第一天线单元及第二天线单元通信连接，保证飞行器飞行姿态调整时通信信号收发稳定性，有利于改善***的高动态适应性，通信端机采用信号处理模块对通信信号进行调制或者解调处理，采用通信控制模块接收控制指令及待发送数据，并控制多卡管理模块按照预设时隙复用策略控制多个收发通道执行通信信号的接收或待发送数据的发射，有利于提高通信信号的发送频率，改善数据传输效果，***各模块采用集成化设计，降低功率放大装置的尺寸、功耗及重量，节约运载成本。

图2是本发明实施例一提供的一种通信控制模块的结构示意图。

可选地，通信控制模块440用于对指令数据、状态数据及待发送数据进行处理。

其中，指令数据为飞行器控制***020发送至通信控制模块440的通信控制指令，用于完成对通信控制***的监测、数据调取等控制操作，指令数据为立即执行数据，若通信控制模块440收到指令数据，则通信控制模块440控制对应的执行单元立即执行指令。状态数据为通信端机40的各个状态参量，包括工作状态、复位状态、上注状态及发送状态等，将状态数据发送至飞行器控制***020，可实现飞行器控制***020对通信端机40的监控。待发送数据为飞行器控制***020按照预设标准协议进行打包处理形成的通信数据，默认填充FF使得待发送数据达到预设标准大小。

结合参考图2所示，通信控制模块440包括：指令控制单元4401、指令执行单元4402、状态检测单元4403及待发送数据管理单元4404。

其中，指令控制单元4401，用于接收通信控制指令，对通信控制指令进行有效性判定，并根据通信控制指令控制对应的指令执行单元4402工作，指令执行单元4402，用于管理并执行通信控制指令，通信控制指令包括数据发送控制指令、加断电控制指令、复位控制指令、上注控制指令及数据交互控制指令等，加断电控制指令用于控制通信端机40执行上电或者断电操作；复位控制指令用于实现通信端机40的复位控制，若指令控制单元4401收到复位控制指令，则控制通信端机40各个模块执行复位、重新加载的操作；上注控制指令用于实现通信端机40的上注控制，若飞行器控制***020发现通信端机40发生异常，则飞行器控制***020对指令控制单元4401发送上注控制指令及相应的程序包，根据新的程序包进行程序的重新加载，采用新的程序包替换以前的程序包，并进行重新加载，其中，上注用于完成程序写入运行；数据交互控制指令用于实现飞行器控制***020对通信端机40的状态数据采集。

具体地，指令控制单元4401主要完成通信控制指令的执行控制，指令控制单元4401对通信控制指令的指令内容进行判定，若通信控制指令的指令代码存在错误，则指令控制单元4401拒绝执行，并反馈对应的状态数据至飞行器控制***020，通知飞行器控制***020发生通信故障；若指令控制单元4401收到数据发送控制指令，则指令控制单元4401立即控制待发送数据管理单元4404执行数据发送操作。

在本实施例中，待发送数据管理单元4404用于接收数据发送控制指令，并对飞行器控制***020发送的待发送数据进行存储或者发送。

可选地，待发送数据管理单元4404还用于判断是否存在可用通信卫星，若存在可用通信卫星，则待发送数据管理单元4404将待发送数据发送至多卡管理模块420；否则，待发送数据管理单元4404将待发送数据存储至存储模块430。

具体地，若指令控制单元4401接收到数据发送控制指令，则控制待发送数据管理单元4404判断是否存在与通信控制***进行通信的可用通信卫星，即判断此时通信卫星的通信状态，若存在可用通信卫星，则控制待发送数据管理单元4404将待发送数据发送至多卡管理模块420；若不存在可用通信卫星，则控制待发送数据管理单元4404将待发送数据发送至存储模块430进行存储。

在本实施例中，状态检测单元4403用于实时检测通信过程中的通信端机40的状态数据，并将通信端机40的状态数据发送到飞行器控制***020，实现飞行器控制***020对通信端机40的监控。

其中，状态数据包括工作状态数据、复位状态数据、上注状态数据及发送状态数据，工作状态数据包括通信端机40工作过程中各模块的电压、电流及终端执行时间等；复位状态数据包括通信端机40的复位次数和复位原因，可采用第一计数器记录***复位次数，若***发生一次复位，则复位计数次数增加一次，复位原因包括主动复位和被动复位；上注状态数据包括通信端机40的上注次数、上注后的***运行状态及程序版本号，上注状态数据用于判断上注控制指令的执行过程是否发生异常；发送状态数据用于实现每条待发送数据是否发送成功的状态监测，可采用第二计数器对发送成功次数进行记录，并根据发送成功次数计算数据发送成功率。

需要说明的是，在通信过程中，通信端机40的状态数据量较大，若指令控制单元4401接收到数据交互控制指令，则控制状态检测单元4403将状态数据数据包发送至飞行器控制***020；若指令控制单元4401未接收到数据交互控制指令，则控制状态检测单元4403将状态数据进行打包存储，避免状态数据占用***内存影响控制器运行速度，有利于提高数据处理效率。

由此，本发明实施例通过实时监控通信端机的状态数据，可及时进行故障异常处理，有利于提高***的可靠性，同时，通信端机通过软件上注功能，可实现***软件的自动更新，进一步提高了***的可靠性。

图3是本发明实施例一提供的一种多卡管理模块的结构示意图。

可选地，参考图3所示，多卡管理模块420包括：***存储单元4201、发送缓存单元4202、接收缓存单元4203、发送时序控制单元4204、接收时序控制单元4205、卫星选定单元4206及***管理单元4207。

其中，***存储单元4201，用于存储多张虚拟卡的卡参数，卡参数包括用户识别***、加密算法及存储空间，每张虚拟卡设有唯一的用户识别***，具体地，可将多张虚拟卡的卡参数按照用户识别***进行存储，用户识别***用于实现通信过程中的终端标识。

本实施例中，每个天线单元对应设置多张虚拟卡，***存储单元4201包括第一***存储单元4201＇和第二***存储单元4201＂，其中，第一***存储单元4201＇中存储的虚拟卡用于实现第一天线单元301的信号收发，第二***存储单元4201＇中存储的虚拟卡用于实现第二天线单元302的信号收发。

可选地，接收缓存单元4203设有多个接收通道，多个接收通道与信号处理模块410通信连接，接收通道用于接收第一预设频段通信信号，并对第一预设频段通信信号进行缓存处理。接收时序控制单元4205用于对各接收通道的接收时序进行控制，将接收通道接收到的通信信号发送至卫星选定单元4206，并将接收到通信信号的接收通道对应的用户识别***发送至***管理单元4207。

示例性地，接收缓存单元4203可设置10个接收通道，其中，第一天线单元301对应5个接收通道，第二天线单元302对应5个接收通道，每个接收通道与一个通道号一一对应，接收时序控制单元4205按照通道号对各个接收通道的接收时序进行控制，每个通道号对应一个可用卫星编号。

示例性地，可设置预设接收时序为接收间隔时间20纳秒，接收时序控制单元4205每隔20纳秒对接收缓存单元4203发出一个询问脉冲，依次对接收缓存单元4203的10个接收通道进行询问，获取多个接收通道的通信信号，将有通信信号的接收通道对应的用户识别***发送至***管理单元4207，通过***管理单元4207对通道号、用户识别***及接收到的通信信号进行标定处理。

可选地，卫星选定单元4206用于接收通信信号，根据接收结果确定接收通道的通道状态及通道信噪比，并根据通道信噪比确定可用卫星编号，并将可用卫星编号发送至***管理单元4207；***管理单元4207用于根据可用卫星编号确定可用虚拟卡，将可用卡参数按照预设规则发送到发送时序控制单元4204，其中，预设规则包括可用卡参数的单次发送持续时间、相邻两次发送间隔时间。

在本实施例中，由于飞行器在飞行过程中受气流扰动需要进行飞行姿态调整，在通信信号转发的时刻，存在第一天线单元301或者第二天线单元302被飞行器遮挡的情况，通过未被遮挡的天线单元与对应的通信卫星进行通信，此时，依靠卫星选定单元4206识别可用通信卫星。

具体地，卫星选定单元4206根据接收通道是否存在通信信号判定第一天线单元301及第二天线单元302对应的接收通道状态，同时获取各接收通道的信噪比，若接收通道接收到通信信号，且接收通道的信噪比大于预设信噪比阈值，则判定接收通道有效，存储该接收通道的通道号、信噪比及与该接收通道对应的可用卫星编号，将可用卫星编号按照信噪比由高到低的顺序发送至***管理单元4207。

进一步地，***管理单元4207分别对第一***存储单元4201＇和第二***存储单元4201＂的卡参数进行管理，根据通道状态确定有效天线单元，例如，有效天线单元可为第一天线单元301或者第二天线单元302，若第一天线单元301为有效天线单元，即第一天线单元301对应的接收通道接收到通信信号，则选取第一***存储单元4201＇中的可用虚拟卡进行数据播发，将该可用卡参数按照预设规则发送到发送时序控制单元4204；若第二天线单元302为有效天线单元，即第二天线单元302对应的接收通道接收到通信信号，则选取第二***存储单元4201＂中的可用虚拟卡进行数据播发，将该可用卡参数按照预设规则发送到发送时序控制单元4204。

需要说明的是，在任一时刻，***管理单元4207选取唯一的卡参数进行数据播发操作，且按照循环方式进行多张可用卡参数输出，具体输出切换时间可根据发送时序控制单元4204的发送时序确定。

可选地，发送缓存单元4202设有多个发射通道，多个发射通道与信号处理模块410通信连接，发射通道用于接收待发送数据，对待发送数据进行缓存处理，并在接收到数据发送控制指令后将待发送数据通过对应的发射通道进行发射；发送时序控制单元4204用于根据可用卡参数确定可用发射通道，对可用发射通道的发送时序进行控制，将待发送数据通过可用发射通道进行发送，发送时序包括单次数据发送持续时间、相邻两次数据发送间隔时间。

其中，可用发射通道为与当前时刻的有效天线单元进行信号通信的发射通道。

示例性地，可定义预设发送时序包括单次数据发送持续时间为180毫秒，相邻两次数据发送间隔时间为4秒。

具体地，在接收到数据发送控制指令后，优先选择高信噪比的可以通信卫星进行数据发送，发送时序控制单元4204根据接收到的可用卡参数确定可用发射通道，并按照预设发送时序及当前时刻的可用卡参数将发送缓存单元4202中的待发送数据通过该有效天线单元(例如为第一天线单元或者第二天线单元)的发射通道进行发射，在当前信号发射结束后，经过4秒发送间隔时间，将下一张可用虚拟卡的卡参数发送至发送时序控制单元4204，通过多个可用虚拟卡进行数据循环发送，***切换时间间隔等于相邻两次数据发送间隔时间，根据可用通信卫星的通信状态进行数据自主循环发送，1分钟内最高可完成15次数据发送，通信信号的发送效率提升至原来的15倍。

示例性地，可设置第一天线单元301对应16张虚拟卡，第二天线单元302对应16张虚拟卡，设置多张虚拟卡有利于缩短数据播发时间间隔，提高通信信号的发送效率。

由此，本发明实施例通过调节发送时序控制多张虚拟卡实现信号收发，解决了现有飞行器通信***传输速度慢的问题，有利于缩短数据播发时间间隔，提高发送效率

可选地，信号处理模块包括：双通道信号接收模块、双通道信号发送模块及信号处理控制单元，双通道信号接收模块用于获取第一天线单元301和/或第二天线单元302接收到的第一预设频段通信信号，并对第一预设频段通信信号进行滤波、变频及解调处理；双通道信号发送模块，用于对待发送数据进行调制、变频及滤波处理，得到第二预设频段通信信号，并对第一天线单元301或第二天线单元302发送第二预设频段通信信号；信号处理控制单元，用于对双通道信号接收模块及双通道信号发送模块提供控制信号，接收第一预设频段通信信号，并对双通道信号发送模块发送待发送数据。

可选地，双通道信号接收模块包括第一信号接收模块和第二信号接收模块，第一信号接收模块包括依次连接的用于实现信号滤波的第一滤波单元、用于实现信号下变频处理的第一下变频单元、用于将模拟信号转换为数字信号的第一模数转换单元、用于实现信号解调的第一解调单元及用于对第一预设频段通信信号进行缓存的第一信息缓存单元，第一预设频段通信信号由第一滤波单元逐步输送至第一信息缓存单元；第二信号接收模块包括依次连接的用于实现信号滤波的第二滤波单元、用于实现信号下变频处理的第二下变频单元、用于将模拟信号转换为数字信号的第二模数转换单元、用于实现信号解调的第二解调单元及用于对第一预设频段通信信号进行缓存的第二信息缓存单元，第一预设频段通信信号沿第二信号接收模块由第二滤波单元逐步输送至第二信息缓存单元。

可选地，第一下变频单元包括串联连接的两级下变频器，对第一预设频段通信信号进行两次下变频产生预设中频信号；第二下变频单元包括串联连接的两级下变频器，对第一预设频段通信信号进行两次下变频产生预设中频信号。

可选地，双通道信号发送模块包括第一信号发射模块和第二信号发射模块，第一信号发射模块包括依次连接的用于实现信号滤波的第三滤波单元、用于实现信号上变频处理的第一上变频单元、用于将数字信号转换为模拟信号的第一数模转换单元、用于实现信号调制的第一调制单元及用于对第二预设频段通信信号进行缓存的第三信息缓存单元，待发送数据由第三信息缓存单元逐步输送至第三滤波单元；第二信号发射模块包括依次连接的用于实现信号滤波的第四滤波单元、用于实现信号上变频处理的第二上变频单元、用于将数字信号转换为模拟信号的第二数模转换单元、用于实现信号调制的第二调制单元及用于对第二预设频段通信信号进行缓存的第四信息缓存单元，待发送数据由第四信息缓存单元逐步输送至第四滤波单元。

由此，本发明实施例的信号处理模块，设置双天线及对应的双通道收发模块，可实现信号的同源，减少调制及解调误差，有利于提高通信效率和质量。

图4是本发明实施例一提供的一种通信端机的结构示意图。

可选地，结合参考图4所示，通信端机40还包括：电源管理模块450，用于对供电***010的供电电压进行电压变换，对通信端机40的用电负载进行通断电控制，以及对通信端机40的实时电压及实时电流进行监控。

可选地，电源管理模块450包括：滤波单元、开关单元、检测单元、多级电压变换单元及电源控制单元，其中，滤波单元的输入端与供电电源电连接，滤波单元的输出端通过开关单元与多级电压变换单元的输入端电连接，滤波单元用于对供电电源提供的第一电压进行滤波处理；多级电压变换单元设有多个电压变换电路，多级电压变换单元用于将第一电压转换为多个输出电压，多个输出电压具有不同的电压值，将多个输出电压及第一电压提供给飞行器的用电负载；检测单元用于实时获取各元件的实时电压值及实时电流值；电源控制单元与开关单元的控制端电连接，电源控制单元用于接收实时电压值及实时电流值，将实时电压值与预设电压阈值进行比较，将实时电流值与预设电流阈值进行比较，并根据比较结果输出脉冲信号，控制开关单元实现导通或者关断。

可选地，多级电压变换单元包括：第一电压变换电路、第二电压变换电路、第三电压变换电路及第四电压变换电路，第一电压变换电路的输入端与滤波单元的输出端电连接，第一电压变换电路的输出端分别与第二电压变换电路、第三电压变换电路及第四电压变换电路的输入端电连接，第一电压变换电路用于将第一电压转换为第一输出电压；第二电压变换电路用于将第一输出电压转换为第二输出电压；第三电压变换电路用于将第一输出电压转换为第三输出电压；第四电压变换电路用于将第一输出电压转换为第四输出电压。

示例性地，第一电压等于直流12V电压，第一输出电压等于直流5V电压，第二输出电压等于直流3.3V电压，第三输出电压等于直流1.8V电压，第四输出电压等于直流1.2V电压。

由此，本发明实施例提供的电源管理模块，设置滤波及监控电路，当供电***出现异常时，电源管理模块可主动的完成***的断电操作，避免由于过流等原因导致***故障，有利于提高***的可靠性。

可选地，通信端机40还包括：接口模块，用于实现通信控制模块440与飞行器控制***020的数据交互，对通信控制指令进行解码处理，以及对端机的状态数据进行编码处理。

具体地，在信号发射过程中，接口模块按照预设标准通信协议接收飞行器控制***020的通信控制指令及待发送数据，对通信控制指令及待发送数据进行解码，并将解码后的指令及数据发送至通信控制模块440，同时，在收到数据交互控制指令时，通信控制模块440将端机的状态数据发送至接口模块，接口模块按照预设标准协议进行数据编码，并将编码后的数据发送至飞行器控制***020，实现数据交互。

由此，本发明实施例提供的通信控制***，可采用飞行器控制***对通信端机进行实时监控及指令控制。

实施例二

本发明实施例二提供了一种飞行器，图5是本发明实施例二提供的一种飞行器的结构示意图。如图5所示，该飞行器200包括上述用于飞行器的临近空间通信控制***030。

结合参考图5所示，该飞行器200还包括供电***010及飞行器控制***020，供电***010用于对通信控制***030供电，典型地，供电***010的供电电压可为直流12V电压，飞行器控制***020与通信控制***030进行数据交互，飞行器控制***020用于按照标准通信协议对通信控制***030发送待发送数据及通信控制指令，并对通信控制***030进行监控及加断电控制。

在本实施例中，飞行器200可为飞艇或者无人机。

本发明实施例提供的飞行器，设置临近空间通信控制***进行控制，该通信控制***设置固定朝向不同方向的第一天线单元和第二天线单元，设置通信端机与第一天线单元及第二天线单元通信连接，保证飞行器飞行姿态调整时通信信号收发稳定性，有利于改善***的高动态适应性，通信端机采用信号处理模块对通信信号进行调制或者解调处理，采用通信控制模块接收控制指令及待发送数据，并控制多卡管理模块按照预设时隙复用策略控制多个收发通道执行通信信号的接收或待发送数据的发射，有利于提高通信信号的发送频率，改善数据传输效果，***各模块采用集成化设计，降低功率放大装置的尺寸、功耗及重量，节约运载成本。

实施例三

本发明实施例三提供了一种用于飞行器的临近空间通信控制方法，本实施例用于控制上述用于飞行器的临近空间通信控制***，该通信控制***包括多卡管理模块和存储模块。

在本实施例中，该通信控制***还包括朝向不同方向固定的第一天线单元和第二天线单元，该通信控制***通过第一天线单元和第二天线单元捕获第一预设频段通信信号，并通过第一天线单元或第二天线单元对通信卫星发射第二预设频段通信信号。

图6是本发明实施例三提供的一种用于飞行器的临近空间通信控制方法的流程图。如图6所示，该控制方法包括以下步骤：

步骤S1：获取通信控制指令。

在本实施例中，该控制方法用于对指令数据、状态数据及待发送数据进行处理，其中，指令数据为通信控制指令，用于完成对通信控制***的监测、数据调取等控制操作，指令数据为立即执行数据，若收到指令数据，则控制对应的执行单元立即执行指令。状态数据为***的各个状态参量，包括工作状态、复位状态、上注状态及发送状态等，将状态数据发送至飞行器控制***，可实现***的实时监控。待发送数据为待发送数据为飞行器控制***按照预设标准协议进行打包处理形成的通信数据，默认填充FF使得待发送数据达到预设标准大小。

步骤S2：对通信控制指令进行有效性判定。

步骤S3：若通信控制指令有效，则根据预设发送时序控制多卡管理模块进行通信信号的接收或待发送数据的发射。

步骤S4：获取端机的状态数据，根据状态数据对通信控制***进行监控。

具体地，在飞行器执行飞行任务时，第一天线单元及第二天线单元实时捕获周围的第一预设频段通信信号，采用射频前端对天线单元接收到的第一预设频段通信信号进行滤波及低噪声放大处理，对第一预设频段通信信号进行解调解扩，并将解调后的第一预设频段通信信号发送至多卡管理模块进行通信信号缓存和通道标定，若接收到通信信号转发指令，则控制多卡管理模块将接收到的第一预设频段通信信号发送至飞行器控制***，完成信号转发；若接收到无效控制指令，则控制多卡管理模块将接收到的第一预设频段通信信号发送至存储模块进行存储。

可选地，该控制方法还包括以下步骤：判断是否存在可用通信卫星；若存在可用通信卫星，则将待发送数据发送至多卡管理模块；否则，将待发送数据发送至存储模块进行存储。

具体地，在飞行器控制***向地面控制中心发送待发送数据的过程中，若接收到数据发送控制指令，则将待发送数据发送到多卡管理模块，并判断通信***中是否存在可用通信卫星，若通信***中存在可用通信卫星，则多卡管理模块按照预设发送时序控制可用通信卫星对应的可用发射通道进行待发送数据发送，对待发送数据进行调制处理，得到第二预设频段通信信号，并通过第一天线单元或者第二天线单元发送到可用通信卫星，完成信号发射。若通信***中不存在可用通信卫星，则将待发送数据发送到存储模块进行存储。

可选地，本发明实施例提供的临近空间通信控制方法，控制多卡管理模块的多个收发通道进行通信信号的接收或待发送数据的发射，包括以下步骤：获取待发送数据；获取多个接收通道的通道状态及通道信噪比；根据通道状态及通道信噪比确定可用卫星编号；根据可用卫星编号确定可用虚拟卡，将可用卡参数按照预设规则对外输出；根据可用卡参数确定可用发射通道，对可用发射通道的发送时序进行控制，将待发送数据通过可用发射通道进行发送，发送时序包括单次数据发送持续时间及相邻两次数据发送间隔时间。

可选地，根据通道状态及通道信噪比确定可用卫星编号，包括以下步骤：根据接收通道是否存在通信信号确定通道状态；判断通道信噪比是否大于预设信噪比阈值；若通道信噪比大于预设信噪比阈值，则获取与接收通道对应的可用卫星编号；根据通道信噪比输出可用卫星编号。

可选地，根据通道信噪比输出可用卫星编号，包括：根据通道信噪比的数值大小，按照由高到低的顺序对可用卫星编号进行排序；将可用卫星编号按顺序依次对外输出。

可选地，根据可用卫星编号确定可用虚拟卡，将可用卡参数按照预设规则对外输出，包括以下步骤：根据可用卫星编号确定有效天线单元；根据有效天线单元确定可用虚拟卡及可用卡参数，卡参数包括用户识别***、加密算法及存储空间；根据预设规则将可用卡参数依次对外输出。

可选地，对可用发射通道的发送时序进行控制，包括以下步骤：获取预设发送时序，预设发送时序包括预设发送持续时间及预设发送间隔时间；获取当前时刻的可用卡参数及有效天线单元；根据预设发送时序及当前时刻的可用卡参数将待发送数据通过当前时刻的有效天线单元进行发送；若数据发送的持续时间达到预设发送持续时间，则停止信号发射；判断等待时间是否达到预设发送间隔时间；若等待时间达到预设发送间隔时间，则获取下一可用卡参数，再次进行信号发射。

由此，本发明实施例提供的通信控制方法，对用于飞行器的临近空间通信控制***进行控制，该通信控制***设置固定朝向不同方向的第一天线单元和第二天线单元，设置通信端机与第一天线单元及第二天线单元通信连接，保证飞行器飞行姿态调整时通信信号收发稳定性，有利于改善***的高动态适应性，通信端机采用信号处理模块对通信信号进行调制或者解调处理，采用通信控制模块接收控制指令及待发送数据，并控制多卡管理模块按照预设时隙复用策略控制多个收发通道执行通信信号的接收或待发送数据的发射，有利于提高通信信号的发送频率，改善数据传输效果，***各模块采用集成化设计，降低功率放大装置的尺寸、功耗及重量，节约运载成本。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种用于飞行器的临近空间通信控制***，所述飞行器包括供电***、飞行器控制***及通信控制***，所述供电***用于对所述通信控制***供电，所述飞行器控制***与所述通信控制***进行数据交互，其特征在于，所述通信控制***包括：朝向不同方向固定的第一天线单元和第二天线单元，及通信端机，所述通信端机包括：

信号处理模块，用于接收所述第一天线单元及所述第二天线单元捕获的第一预设频段通信信号，以及对所述第一天线单元及所述第二天线单元发送第二预设频段通信信号；

多卡管理模块，用于根据预设发送时序控制多个收发通道执行通信信号的接收或待发送数据的发射；

存储模块，用于存储所述第一预设频段通信信号及待发送数据；

通信控制模块，分别与所述多卡管理模块、所述存储模块及所述飞行器控制***电连接，所述通信控制模块用于获取所述飞行器控制***发送的通信控制指令，对所述通信控制指令进行有效性判定，并根据所述通信控制指令控制所述多卡管理模块进行通信信号接收或者待发送数据发射，以及获取端机的状态数据，并将所述状态数据发送至所述飞行器控制***；

其中，所述多卡管理模块包括：***存储单元、发送缓存单元、接收缓存单元、发送时序控制单元、接收时序控制单元、卫星选定单元及***管理单元，所述***存储单元，用于存储多张虚拟卡的卡参数，所述卡参数包括用户识别***、加密算法及存储空间；

所述接收缓存单元设有多个接收通道，所述多个接收通道与所述信号处理模块通信连接，所述接收通道用于接收并缓存所述第一预设频段通信信号；

所述接收时序控制单元，用于对各接收通道的接收时序进行控制，将所述接收通道接收到的通信信号发送至所述卫星选定单元；

所述卫星选定单元，用于获取所述多个接收通道的通道状态及通道信噪比，并根据所述通道信噪比确定可用卫星编号，并将所述卫星可用卫星编号按照信噪比由高到低的顺序发送至所述***管理单元；

所述***管理单元，用于根据所述可用卫星编号确定可用虚拟卡，将可用卡参数按照预设规则发送到所述发送时序控制单元；

所述发送缓存单元设有多个发射通道，所述多个发射通道与所述信号处理模块通信连接，所述发射通道用于接收并缓存待发送数据，并在接收到数据发送控制指令后将所述待发送数据通过对应的发射通道进行发射；

其中，所述发送缓存单元优先选择高信噪比的可用卫星将所述待发送数据通过对应的发射通道进行发射；

所述发送时序控制单元，用于根据所述可用卡参数确定可用发射通道，对所述可用发射通道的发送时序进行控制，将待发送数据通过所述可用发射通道进行发送，发送时序包括单次数据发送持续时间及相邻两次数据发送间隔时间。

2.根据权利要求1所述的用于飞行器的临近空间通信控制***，其特征在于，所述通信控制模块用于对指令数据、状态数据及待发送数据进行处理，所述通信控制模块包括：指令控制单元、指令执行单元、状态检测单元及待发送数据管理单元；

所述指令控制单元，用于接收所述通信控制指令，对所述通信控制指令进行有效性判定，并根据所述通信控制指令控制所述指令执行单元工作，所述通信控制指令包括数据发送控制指令、加断电控制指令、复位控制指令、上注控制指令、数据交互控制指令；

所述指令执行单元，用于管理并执行所述通信控制指令；

所述状态检测单元，用于实时检测通信过程中的端机状态，并将端机的状态数据发送到所述飞行器控制***，所述端机状态包括工作状态、复位状态、上注状态及发送状态；

所述待发送数据管理单元，用于接收所述数据发送控制指令，并对所述飞行器控制***发送的待发送数据进行存储或者发送。

3.根据权利要求2所述的用于飞行器的临近空间通信控制***，其特征在于，所述待发送数据管理单元还用于判断是否存在可用通信卫星，若存在可用通信卫星，则所述待发送数据管理单元将所述待发送数据发送至所述多卡管理模块；否则，所述待发送数据管理单元将所述待发送数据存储至所述存储模块。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于飞行器的临近空间通信控制***，其特征在于，所述信号处理模块包括：双通道信号接收模块、双通道信号发送模块及信号处理控制单元，所述双通道信号接收模块，用于获取所述第一天线单元和/或所述第二天线单元接收到的第一预设频段通信信号，并对所述第一预设频段通信信号进行滤波、变频及解调处理；所述双通道信号发送模块，用于对待发送数据进行调制、变频及滤波处理，得到第二预设频段通信信号，并对所述第一天线单元或所述第二天线单元发送第二预设频段通信信号；所述信号处理控制单元，用于对所述双通道信号接收模块及所述双通道信号发送模块提供控制信号，接收第一预设频段通信信号，并对所述双通道信号发送模块发送待发送数据。

5.根据权利要求1-3任一项所述的用于飞行器的临近空间通信控制***，其特征在于，所述通信端机还包括：电源管理模块，用于对所述供电***的供电电压进行电压变换，对所述通信端机进行通电/断电控制，以及对电压及电流进行监控。

6.根据权利要求1或2所述的用于飞行器的临近空间通信控制***，其特征在于，所述通信端机还包括：接口模块，用于实现所述通信控制模块与所述飞行器控制***的数据交互，对所述通信控制指令进行解码处理，以及对所述端机的状态数据进行编码处理。

7.一种飞行器，其特征在于，包括：权利要求1-6中任一项所述的用于飞行器的临近空间通信控制***。

8.一种用于飞行器的临近空间通信控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1-6任一项所述的通信控制***，所述通信控制***包括多卡管理模块和存储模块，所述控制方法包括以下步骤：

获取通信控制指令；

对所述通信控制指令进行有效性判定；

若所述通信控制指令有效，则根据预设发送时序控制所述多卡管理模块进行通信信号的接收或待发送数据的发射；

获取所述端机的状态数据，根据所述状态数据对所述通信控制***进行监控。

9.根据权利要求8所述的用于飞行器的临近空间通信控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

判断是否存在可用通信卫星；

若存在可用通信卫星，则将所述待发送数据发送至所述多卡管理模块；

否则，将所述待发送数据发送至所述存储模块进行存储。

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