CN117792482B - 一种基于大型无人机控制的北斗短消息通信恢复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于大型无人机控制的北斗短消息通信恢复方法,包括无人机实时获取接收到的北斗卫星波束信号的强度,再根据北斗卫星波束信号强度等级判断出现跨波束现象后进入北斗短消息通信恢复步骤;无人机向北斗***空间段主动发送定位申请指令,北斗***空间段接收到定位申请指令后向信关站发送定位查询结果,信关站根据接收到的定位查询结果更新本地存储的该无人机的位置信息。无人机主动通过当前接收到的北斗卫星波束信号强度判断自身是否处于跨波束状态,如是通过进行定位申请使得信关站能够及时刷新无人机的位置信息,保证得信关站能通过正确的覆盖波束向无人机转发控制信息,使得北斗遥控短消息能更可靠的传输至无人机。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信技术,特别涉及一种基于大型无人机控制的北斗短消息通信恢复技术。
背景技术
大型无人机具备航时长、航程远等特点,为完成任务作业往往需要进行超视距飞行。为了实现对大型无人机的超视距监控,当前主流的超视距通信手段包含Ku/Ka波段通信卫星中继、北斗短消息等。
北斗短消息具备使用成本低、通信隐蔽性好等特点,常作为一种应急即时通信方式。***包括由若干颗地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星等组成空间段、地面段的信关站以及用户段的北斗终端。以目前在用的北斗二号***为例,如图1所示,北斗短消息的原理为:北斗终端向北斗二号航***空间段发送通信申请,通信申请经***内卫星转发至信关站后,由信关站根据通信对象所在的位置,并发送通信申请至覆盖该区域的卫星,再由该卫星转发至通信对象。北斗短消息多用于户外救援、海航通信等领域,且多为北斗终端向信关站单方向发送信息,更适合于需求通信方向单一且运动速度较低的北斗终端。
大型无人机需要与地面的无人机控制站完成双向通信。大型无人机与无人机控制站均需作为北斗终端发送北斗短消息。无人机控制站需要向无人机发送包含有对无人机的控制信息的北斗遥控短消息。无人机需要向无人机控制站发送包含有对无人机的位置信息和状态参数的北斗遥测短消息。当大型无人机作为北斗终端时,因为大型无人机的飞行速度较快,比如活塞动力无人机的速度是大型货轮的4~10倍。在大型无人机的实际应用场景中会出现信关站无法判定无人机位置,使得无人机控制站无法将控制信息发送至无人机,造成无人机控制站与无人机之间北斗短消息通信中断的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,针对无人机控制站与无人机之间北斗短消息通信中断的问题,具体针对北斗遥控短消息通信中断的问题,提供一种北斗短消息通信恢复方法。
申请人首先基于大型无人机受限于北斗短消息***设计进行分析:北斗二号航***空间段中的各卫星负责一定波束范围。无人机控制站需要周期性地向无人机发送以北斗短消息为载体的控制指令。当无人机处于跨卫星波束阶段时,容易出现无法正常接收北斗短消息的状况。申请人经过分析与实验验证发现,无人机处于原卫星波束范围内时,可正常接收控制指令,当无人机飞离该波束,信关站中留存的无人机北斗机位置信息并未更新,信关站依然会将北斗控制信息发送至原卫星信号波束范围中,因此造成无人机无法接收控制指令。基于申请人分析的原因,本发明为解决现有的技术问题所采用的技术方案是,一种基于大型无人机控制的北斗短消息通信恢复方法,具体包括步骤:
北斗遥控短消息收发步骤:无人机控制站生成并发送北斗遥控短消息至北斗***空间段,北斗***空间段将北斗遥控短消息转发至信关站,信关站根据本地存储的无人机的位置信息将北斗遥控短消息转发至北斗***空间段中卫星波束覆盖该无人机位置的通信卫星,再由该通信卫星将北斗遥控短消息转发至无人机;所述北斗遥控短消息包含有对无人机的控制信息;
波束跨区判断步骤:无人机实时获取接收到的北斗卫星波束信号的强度,再根据北斗卫星波束信号强度等级判断是否出现跨波束现象;如是,进入北斗短消息通信恢复步骤,如否,不做处理;
北斗短消息通信恢复步骤:无人机向北斗***空间段主动发送定位申请指令,北斗***空间段接收到定位申请指令后向信关站发送定位查询结果,信关站根据接收到的定位查询结果更新本地存储的该无人机的位置信息。
本发明有针对性地分析了无人机接收北斗遥控短消息中断的原因在于在于跨波束执行任务时,从而提出主动通过当前接收到的北斗卫星波束信号强度判断自身处于跨波束状态。当处于跨波束状态,无人机自动进行定位申请,使得信关站能够及时刷新无人机的位置信息,保证得信关站能通过正确的覆盖波束向无人机转发控制信息。
本发明的有益效果是,保证无人机控制站发送的北斗遥控短消息能更可靠的传输至无人机,提高了北斗短消息对无人机监控的可用度与可靠性,更好地满足无人机飞行任务需求。
附图说明
图1为如图1所示北斗二号***的北斗短消息传输示意图。
图2为实施例北斗短消息传输与恢复示意图。
实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步说明,显然,所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例,而不是全部的实施例。本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明实施例保护的范围。
以目前在用的北斗二号***为例,北斗二号***空间段包括5颗静止轨道卫星和若干颗非静止轨道卫星组成。其中5颗静止轨道卫星提供短报文通信功能,其他卫星提供导航定位功能。每颗静止轨道卫星包含2个独立波束信号,即共10个独立波束信号提供短报文通信服务。
无人机与无人机控制站之间的正常的北斗短消息通信包括:无人机向无人机控制站发送的北斗遥测短消息以及无人机控制站向无人机发送的北斗遥控短消息。北斗短消息与定位申请指令均遵循RDSS协议。北斗遥控短消息包含有对无人机的控制信息。北斗遥测短消息包含有对无人机的状态参数。
无人机包括无人机飞管计算机和机载北斗通信主机。机载北斗通信主机包括北斗机载主机和北斗机载天线。北斗机载主机主要用于与无人机飞行管理计算机进行控制与回报信息的通信,同时完成北斗二号短消息的数据解析、调制解调、射频信号处理等功能;北斗机载天线主要完成北斗短消息以及发射与接收。无人机飞管计算机主要负责无人机的飞行控制与全机状态监测,通过北斗机载主机的通信接口接收控制指令,同时向北斗机载主机发送无人机的状态参数回报。
无人机控制站包括飞行监控计算机、地面北斗通信主机和北斗地面天线。地面北斗通信主机包括北斗地面主机和北斗地面天线。北斗地面主机主要用于与飞行监控计算机进行控制与回报信息的通信,同时完成北斗短消息的数据解析、调制解调、射频信号处理等功能;北斗地面天线主要完成北斗短消息的信号发射与接收。无人机飞行监控计算机用于对无人机的远程监控,向北斗地面主机的通信接口发送无人机的控制指令,同时通过北斗地面主机的通信接口接收无人机的状态参数回报并显示。飞行监控计算机用于对无人机的远程监控与无人机回传状态信息的显示。
北斗短消息传输过程如图2所示:
北斗遥控短消息收发过程:无人机控制站中的飞行监控计算机生成北斗遥控短消息,再由北斗地面主机调制后通过北斗地面天线将北斗遥控短消息发送至北斗***空间段,北斗***空间段将北斗遥控短消息转发至信关站,信关站根据本地存储的无人机的位置信息将北斗遥控短消息转发至北斗***空间段中卫星波束覆盖该无人机位置的通信卫星,再由该通信卫星将北斗遥控短消息转发至无人机;无人机上的北斗机载天线接收北斗遥控短消息经北斗机载主机解调后发送至无人机飞管计算机,无人机飞管计算机从接收的北斗遥控短消息中得到控制指令。
北斗遥测短消息收发过程:无人机中的无人机飞管计算机生成北斗遥测短消息,再由北斗机载主机调制后通过北斗机载天线将北斗遥测短消息发送至北斗***空间段,北斗***空间段将北斗遥测短消息转发至信关站,信关站根据本地存储的无人机控制站的位置信息将北斗遥控短消息转发至北斗***空间段中卫星波束覆盖该无人机控制站位置的通信卫星,再由该通信卫星将北斗遥测短消息转发至无人机控制站;无人机控制站中的北斗地面天线接收北斗遥测短消息经北斗地面主机解调后发送至飞行监控计算机,飞行监控计算机从接收的北斗遥控短消息中得到无人机的状态参数并显示。
为避免北斗遥控短消息通信出现中断,无人机飞行管理计算机通过北斗机载终端进行波束强度的实时监控,自行判断无人机是否存在夸波束的情况,若夸波束情况发生,可由无人机飞行管理计算机自动发起定位申请,从而刷新信关站中该北斗机载终端的位置信息,使信关站可将北斗控制信息发送至正确覆盖的卫星波束,解决了因无人机夸北斗二号航***空间段波束造成的出站短消息无法正确接收的问题,满足了无人机超视距飞行时的北斗短消息监控通信需求。
机载北斗通信主机实时接收北斗二号短消息所使用的10个波束信号,将接收到的波束信号强度按照《北斗卫星导航***用户终端通用数据接口(预)》(简称北斗2.1版通信协议)向无人机飞行管理计算机实时上报,波束信号强度等级规定如表1所示:
序号 | 波束强度等级(hex) | 信号强度(dBW) |
1 | 00 | <-158 |
2 | 01 | -156~-157 |
3 | 02 | -155~-154 |
4 | 03 | -152~-153 |
5 | 04 | >-152 |
表1 波束信号强度等级规定
无人机飞行管理计算机通过无人机导航***,实时获取无人机的姿态与导航参数作为无人机的状态参数,还存储有预加载的航路信息。
无人机飞管计算机根据当前接收到的北斗卫星波束信号强度等级实时判断无人机是否发生波束越区的情况:当某一波束强度等级从03或04变为02且持续30秒以上,或某一波束等级从02变为03或04且持续30秒以上,且航路信息表示无人机航路不属于在当前波束区域盘旋的状态,则判定无人机发生北斗波束越区。
当无人机判定出现波束越区后,则无人机北斗短消息通信恢复步骤:
无人机飞行管理计算机通过机载北斗通信主机向北斗***空间段主动发送一条定位申请指令。定位申请指令可进行在北斗***空间段完成一次定位查询。定位申请指令格式中包北斗机载主机***。北斗***空间段接收到定位申请指令后向信关站发送定位查询结果,信关站根据接收到的定位查询结果更新本地存储的该无人机的位置信息,从而在保证信关站可以从正确的覆盖波束向机载北斗通信主机传输北斗遥控短消息。
进一步的,当无人机飞行管理计算机虽然未检测到出现波束越区,但是北斗遥控短消息却接收异常是,也可以触发无人机北斗短消息通信恢复步骤。
判断北斗遥控短消息接收异常的条件是:当无人机飞行管理计算机有5个预设接收周期未收到北斗遥控短消息,则判定北斗遥控短消息接收异常。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于大型无人机控制的北斗短消息通信恢复方法,其特征在于,包括步骤:
北斗遥控短消息收发步骤:无人机控制站生成并发送北斗遥控短消息至北斗***空间段,北斗***空间段将北斗遥控短消息转发至信关站,信关站根据本地存储的无人机的位置信息将北斗遥控短消息转发至北斗***空间段中卫星波束覆盖该无人机位置的通信卫星,再由该通信卫星将北斗遥控短消息转发至无人机;所述北斗遥控短消息包含有对无人机的控制信息;
波束跨区判断步骤:无人机实时获取接收到的北斗卫星波束信号的强度,再根据北斗卫星波束信号强度等级判断是否出现跨波束现象;如是,进入北斗短消息通信恢复步骤,如否,不做处理;
北斗短消息通信恢复步骤:无人机向北斗***空间段主动发送定位申请指令,北斗***空间段接收到定位申请指令后向信关站发送定位查询结果,信关站根据接收到的定位查询结果更新本地存储的该无人机的位置信息;
其中,在进行是否出现跨波束现象的判断时,除北斗卫星波束信号强度等级的变化满足条件外,还需要无人机航路满足不是在当前卫星波束覆盖范围内的盘旋状态;
根据北斗卫星波束信号强度等级判断是否出现跨波束现象的具体方法是:
当北斗卫星波束信号强度等级满足由可正常通信的高等级变为无法正常通信的低等级,且变为低等级后的持续设定时间长度;
或者,当北斗卫星波束信号强度等级满足由无法正常通信的低等级变为可正常通信的高等级,且变为高等级后的持续设定时间长度;
则判定无人机出现跨波束现象。
2.如权利要求1所述方法,其特征在于,所述北斗***为北斗二号***。
3.如权利要求2所述方法,其特征在于,北斗卫星波束信号强度等级包括00级、01级、02级、03级和04级, 当信号强度<-158dBW为00级,当信号强度为-156dBW至-157dBW为01级,当信号强度为-155dBW至-154dBW为02级;当信号强度为-152dBW至-153dBW为03级,当信号强度>-152dBW为04级。
4.如权利要求3所述方法,其特征在于,根据北斗卫星波束信号强度等级判断是否出现跨波束现象的具体方法是:当北斗卫星波束强度等级从03或04变为02且持续30秒以上,或北斗卫星波束强度等级从02变为03或04且持续30秒以上,则判定无人机出现跨波束现象。
5.如权利要求1所述方法,其特征在于,无人机中包括无人机飞管计算机、机载北斗通信主机;由无人机飞管计算机根据北斗卫星波束信号强度等级判断是否出现跨波束现象;当无人机飞管计算机判定无人机出现跨波束现象时,向机载北斗通信主机发送一条定位申请指令,再由机载北斗通信主机对定位申请指令进行调制后向北斗***空间段发送。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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