CN113641186B - 一种无人机编队射频兼容性设计方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及飞机总体设计技术领域，具体涉及一种无人机编队射频兼容性设计方法，该方法包括步骤S1、获取编队内的多个无人机平台所使用的信号收发设备的射频频谱，确定存在干扰的信号收发设备；步骤S2、根据编队内各无人机平台的信号收发设备的传感器特性，确定各无人机平台的收发设备的传感器的最小影响距离和角度限值；步骤S3、确定在给定任务模式下各无人机平台的信号收发设备的传感器使用情况；步骤S4、根据既定的无人机编队构型，确定各无人机平台在当前位置条件下，各无人机平台的信号收发设备的天线端干扰耦合情况。本申请可以有效提高飞机基于各个任务模式下的频谱利用率，解决了编队***射频兼容性。
Description
技术领域
本申请涉及飞机总体设计技术领域，具体涉及一种无人机编队射频兼容性设计方法。
背景技术
无人机的编队协同执行任务是后续无人平台的主要工作方式，目前国内关于无人飞机协同编队***间的射频兼容性设计技术未有相关技术积累和技术描述，现有民用无人飞机基本为演示型。军用无人机仅侦察型或察打一体型飞机，不涉及同质单体的编队协同，针对无人飞机的编队协同射频兼容性设计无相关技术研究。
针对其他微型或手持式小型无人机、滑轨式发射无人机等摄影或集群演示无人机，一般为单一频点测控链路的时分多址测控(TDMA)技术，不涉及单平台及编队间的各种导航、通信、测控等任务载荷的频谱管控和射频兼容综合设计技术，现有技术不足以支撑中大型无人机研制使用。
发明内容
本发明主要解决的基于任务模式的无人机编队射频兼容技术，也是工程研制实践必须要解决的技术之一。本发明针对无人机编队协同，提供一种基于任务模式的频谱兼容性设计技术，通过编队间各无人机平台射频设备传感器使用需求，结合飞机使用过程中各个阶段任务的设备频谱冲突，开展频谱冲突设备的射频兼容性设计及频谱动态分配设计，开展基于各平台同构设备(同一设备)的频谱管控设计，进而实现多无人机编队***同频宽频谱收发射频兼容综合设计。
本申请提供了一种无人机编队射频兼容性设计方法，主要包括：
步骤S1、获取编队内的多个无人机平台所使用的信号收发设备的射频频谱，确定存在干扰的信号收发设备；
步骤S2、根据编队内各无人机平台的信号收发设备的传感器特性，确定各无人机平台的收发设备的传感器的最小影响距离和角度限值；
步骤S3、确定在给定任务模式下各无人机平台的信号收发设备的传感器使用情况；
步骤S4、根据既定的无人机编队构型，确定各无人机平台在当前位置条件下，各无人机平台的信号收发设备的天线端干扰耦合情况。
优选的是，还包括：
步骤S5、对存在干扰耦合的无人机平台的信号收发设备，进行所述信号收发设备的重新设计或者进行任务模式的重新设计。
优选的是，步骤S1中，通过构建设备频谱分布特性图确定存在干扰的信号收发设备，所述设备频谱分布特性图以频谱为横坐标，以设备功率或灵敏度为纵坐标，分被在横坐标上下标示出发射机及接收机频谱所在的区域，通过区域重叠确定存在干扰的信号收发设备。
优选的是，步骤S2中，所述传感器特性包括天线方向图、极性、发射功率以及接收机灵敏度。
优选的是，步骤S2中，通过编队***频谱兼容仿真及天线耦合仿真确定各无人机平台的收发设备的传感器的最小影响距离和角度限值。
优选的是，步骤S3中，所述任务模式包括无人机起飞爬升阶段、形成编队阶段、出航阶段、基于任务编队构型阶段、任务执行阶段、返航阶段及着陆阶段。
优选的是，步骤S4中，进一步包括：
根据编队构型，根据设备实际的电磁参数数值模型和理论模型对应的方法建立发射和接收传感器的电磁模型；
仿真分析飞机编队构型空间位置条件下，各异构共用频谱设备的天线端干扰耦合情况；
仿真分析编队***内各同构设备传感器在编队空间位置条件下的方向图及收发影响；
确定存在干扰的信号收发设备。
优选的是，步骤S5中，所述信号收发设备的重新设计包括：采取频分多址和码分多址的方式对编队内的多个无人机平台的信号收发设备进行编码。
优选的是，步骤S5中，进行任务模式的重新设计包括：
确定所述任务模式下相对重要的功能所对应的设备，关闭除该设备外的其它设备。
本申请另一方面提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器、处理器以及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上的无人机编队射频兼容性设计方法。
本申请另一方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时能够实现如上的无人机编队射频兼容性设计方法。
本发明提供了全新的无人飞机编队***内基于任务模式的射频兼容性设计方法，针对任务模式阶段，对编队***内的设备传感器使用需求进行仿真并确定干扰矩阵，采取了同构和异构兼容性设计方法有效解决了无人飞机共用频谱兼容性设计，有效解决了通过时域硬性闭锁或关闭导致设备功能受限尤其宽频工作设备性能部分丧失的问题，可以充分释放飞机通讯、导航、测控以及各频段任务载荷设备工作频域内工作性能。
本发明可以有效提高飞机基于各个任务模式下的频谱利用率。解决了编队***射频兼容性。确保无人机编队任务性能的充分发挥。本发明的设计方法提高了无人机***电磁兼容性总体设计水平。
附图说明
图1是本申请无人机编队射频兼容性设计方法的流程图。
图2是本申请的发射和接收设备频谱分布特性图。
图3是本申请的天线信号强度对比示意图。
图4是本申请的电子设备的优选实施例示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请提供了一种无人机编队射频兼容性设计方法，如图1所示，主要包括：
步骤S1、获取编队内的多个无人机平台所使用的信号收发设备的射频频谱，确定存在干扰的信号收发设备；
步骤S2、根据编队内各无人机平台的信号收发设备的传感器特性，确定各无人机平台的收发设备的传感器的最小影响距离和角度限值；
步骤S3、确定在给定任务模式下各无人机平台的信号收发设备的传感器使用情况；
步骤S4、根据既定的无人机编队构型，确定各无人机平台在当前位置条件下，各无人机平台的信号收发设备的天线端干扰耦合情况。
在一些可选实施方式中，无人机编队射频兼容性设计方法还包括：
步骤S5、对存在干扰耦合的无人机平台的信号收发设备，进行所述信号收发设备的重新设计或者进行任务模式的重新设计。
在一些可选实施方式中，步骤S1中，通过构建设备频谱分布特性图确定存在干扰的信号收发设备，所述设备频谱分布特性图以频谱为横坐标，以设备功率或灵敏度为纵坐标，分被在横坐标上下标示出发射机及接收机频谱所在的区域，通过区域重叠确定存在干扰的信号收发设备。
首先进行编队******频频谱分布特性分析和表征。对飞机平台所有射频设备的工作频段、射频电磁参数进行频谱表征，明确所有发射设备频谱和射频接收设备的频谱(如表1、表2所示)，绘制飞机发射和接收频谱分布特性图，如图2所示，设备1与设备2、设备3接收和发射设备频谱均存在重叠，测控1与测控2接收频谱存在重叠。备选实施方式中，也可以采用矩阵图标示；根据频谱分布特性分析全部射频设备中的频谱不兼容的收发设备(在同一时段，在同一频谱或工作频段重叠的的接收或者发送的设备)，表征编队***内收发设备频谱干扰特性。
表1发射机射频参数
表2接收机射频参数
在一些可选实施方式中，步骤S2中，所述传感器特性包括天线方向图、极性、发射功率以及接收机灵敏度。
在一些可选实施方式中，步骤S2中，通过编队***频谱兼容仿真及天线耦合仿真确定各无人机平台的收发设备的传感器的最小影响距离和角度限值。
该实施例中，需要对无人机编队构型对编队兼容的影响设计分析。对同构无人机编队，如编队构型：比如2架或4架份编队成组，也可以多组协同集群编队的模式进行分析。
主要分析编队间各飞机平台距离、高度以及角度，尤其是密集编队和编队构型变化及重新组队时，结合各平台收发设备的天线方向图、极性、发射功率以及接收机灵敏度，分析各平台设备发射及接收设备天线可能对其他平台的影响，分析根据编队***内各飞机空间定位和共用频谱，给出编队构型各平台多源传感器(接收或发射设备)在多角度的最小影响距离和角度限值，防止编队内一架飞机的接收设备接收到编队内其他飞机的与接收设备存在相同工作频段发射设备发射的频谱，导致干扰)。本部分内容可结合编队***频谱兼容仿真及天线耦合仿真进一步开展。
在一些可选实施方式中，步骤S3中，所述任务模式包括无人机起飞爬升阶段、形成编队阶段、出航阶段、基于任务编队构型阶段、任务执行阶段、返航阶段及着陆阶段。
该实施例中，根据编队构型，开展基于任务模式及使用阶段的传感器使用需求分析，确定典型任务模式各平台同构设备及异构设备的传感器使用需求(确定各阶段/各设备的接收或发射情况)；列出基于任务模式的各平台收发设备传感器使用需求的频谱接入需求矩阵，如表3所示。
表3各设备使用需求的频谱接入需求矩阵示意
在一些可选实施方式中，步骤S4中，进一步包括：
根据编队构型，根据设备实际的电磁参数数值模型和理论模型对应的方法建立发射和接收传感器的电磁模型；
仿真分析飞机编队构型空间位置条件下，各异构共用频谱设备的天线端干扰耦合情况；
仿真分析编队***内各同构设备传感器在编队空间位置条件下的方向图及收发影响；
确定存在干扰的信号收发设备。
该实施例中，获取既定的编队构型，根据编队构型，开展编队***内频谱兼容性设计分析。开展频谱兼容性仿真设计分析。根据编队构型，根据设备实际的电磁参数数值模型和理论模型对应的方法建立发射和接收传感器的电磁模型，开展频谱兼容性仿真设计分析；仿真分析飞机编队构型空间位置条件下，各异构共用频谱设备的天线端干扰耦合情况，是否存在干扰；仿真分析编队***内各同构设备传感器在编队空间位置条件下的方向图及收发影响，分析是否存在干扰。确定存在干扰的飞机/接收发射设备的编号。
举例来说，2号机测控1设备上天线作为接收端，1号机测控1设备下右天线，仿真结果表明，如图3所示，1号机测控1下右天线发射信号超过2号机测控1上天线接收机灵敏度，导致2号机测控1上天线接收到了1号机测控1下右天线发射信号，存在编队内同频干扰。
之后，根据射频频谱兼容性仿真结果，结合飞机各射频设备执行任务的工作状态(发射及接收)，建立编队***内干扰关联矩阵。如表4所示。
表4编队***间异构设备干扰关联矩阵
其中表4中，“1”表示干扰，“0”表示不干扰。
在一些可选实施方式中，步骤S5中，所述信号收发设备的重新设计包括：采取频分多址和码分多址的方式对编队内的多个无人机平台的信号收发设备进行编码。
在一些可选实施方式中，步骤S5中，进行任务模式的重新设计包括：
确定所述任务模式下相对重要的功能所对应的设备，关闭除该设备外的其它设备。
具体来讲，由于编队***间同构设备(不同飞机的同一设备)较多，基于任务模式的各平台同构设备传感器使用需求基本重叠，同构设备间兼容性设计主要技术方法描述如下：
协同编队***作为一个整体***，对于可采取频分多址和码分多址的设备，采取多址接入的方法避同构干扰，对与无法采取上述措施的设备，尤其在执行某种任务时必须使用的同构设备，可以根据编队飞机处于的空间方位，彼此距离进行功能重新分配设计。如对于存在同频干扰的多个飞机的同一设备，确定基于某种任务模式时，确保其重要功能的设备的使用，将其他设备关闭，或者其他平台的设备同功能替代，即采取***内功能关闭和值守的技术方法实现编队***一体化功能设计，避免同构干扰。
例如，编队4架飞机在出航编队阶段，仅设定某架飞机空管应答设备工作即可，其他3架份飞机该功能可暂时关闭，避免同时发射造成干扰。
本申请还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上的无人机编队射频兼容性设计方法。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时能够实现如上的无人机编队射频兼容性设计方法。
图2是能够实现根据本申请一个实施例提供的电子设备示例性结构图。如图2所示，电子设备包括输入设备501、输入接口502、中央处理器503、存储器504、输出接口505以及输出设备506。其中，输入接口502、中央处理器503、存储器504以及输出接口505通过总线507相互连接，输入设备501和输出设备506分别通过输入接口502和输出接口505与总线507连接，进而与电子设备的其他组件连接。具体地，输入设备504接收来自外部的输入信息，并通过输入接口502将输入信息传送到中央处理器503；中央处理器503基于存储器504中存储的计算机可执行指令对输入信息进行处理以生成输出信息，将输出信息临时或者永久地存储在存储器504中，然后通过输出接口505将输出信息传送到输出设备506；输出设备506将输出信息输出到电子设备的外部供用户使用。
也就是说，图2所示的电子设备也可以被实现为包括：存储有计算机可执行指令的存储器；以及一个或多个处理器，该一个或多个处理器在执行计算机可执行指令时可以实现结合图1描述的无人机自主寻径模型训练方法。
在一个实施例中，图2所示的电子设备可以被实现为包括：存储器504，被配置为存储可执行程序代码；一个或多个处理器503，被配置为运行存储器504中存储的可执行程序代码，以执行上述实施例中的无人机编队射频兼容性设计方法。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动，媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数据多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带、磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤。装置权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由一个单元或总装置通过软件或硬件来实现。第一、第二等词语用来标识名称，而不标识任何特定的顺序。
附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，模块、程序段、或代码的一部分包括一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地标识的方框实际上可以基本并行地执行，他们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或总流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
在本实施例中所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现装置/终端设备的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
在本实施例中，装置/终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。本申请虽然以较佳实施例公开如上，但其实并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种无人机编队射频兼容性设计方法，其特征在于，包括：
步骤S1、获取编队内的多个无人机平台所使用的信号收发设备的射频频谱，确定存在干扰的信号收发设备；
步骤S2、根据编队内各无人机平台的信号收发设备的传感器特性，确定各无人机平台的收发设备的传感器的最小影响距离和角度限值；
步骤S3、确定在给定任务模式下各无人机平台的信号收发设备的传感器使用情况；
步骤S4、根据既定的无人机编队构型，确定各无人机平台在当前位置条件下，各无人机平台的信号收发设备的天线端干扰耦合情况；
步骤S5、对存在干扰耦合的无人机平台的信号收发设备，进行所述信号收发设备的重新设计或者进行任务模式的重新设计；
其中，步骤S5中，所述信号收发设备的重新设计包括：采取频分多址和码分多址的方式对编队内的多个无人机平台的信号收发设备进行编码，进行任务模式的重新设计包括：确定所述任务模式下相对重要的功能所对应的设备，关闭除该设备外的其它设备。
2.如权利要求1所述的无人机编队射频兼容性设计方法，其特征在于，步骤S1中，通过构建设备频谱分布特性图确定存在干扰的信号收发设备，所述设备频谱分布特性图以频谱为横坐标，以设备功率或灵敏度为纵坐标，分被在横坐标上下标示出发射机及接收机频谱所在的区域，通过区域重叠确定存在干扰的信号收发设备。
3.如权利要求1所述的无人机编队射频兼容性设计方法，其特征在于，步骤S2中，所述传感器特性包括天线方向图、极性、发射功率以及接收机灵敏度。
4.如权利要求1所述的无人机编队射频兼容性设计方法，其特征在于，步骤S2中，通过编队***频谱兼容仿真及天线耦合仿真确定各无人机平台的收发设备的传感器的最小影响距离和角度限值。
5.如权利要求1所述的无人机编队射频兼容性设计方法，其特征在于，步骤S3中，所述任务模式包括无人机起飞爬升阶段、形成编队阶段、出航阶段、基于任务编队构型阶段、任务执行阶段、返航阶段及着陆阶段。
6.如权利要求1所述的无人机编队射频兼容性设计方法，其特征在于，步骤S4中，进一步包括：
根据编队构型，根据设备实际的电磁参数数值模型和理论模型对应的方法建立发射和接收传感器的电磁模型；
仿真分析飞机编队构型空间位置条件下，各异构共用频谱设备的天线端干扰耦合情况；
仿真分析编队***内各同构设备传感器在编队空间位置条件下的方向图及收发影响；
确定存在干扰的信号收发设备。
7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器、处理器以及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述的无人机编队射频兼容性设计方法。
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