CN115499724B 便捷式无人机地面遥测接收系统（成都中科时空比智新研科技有限公司）

(12)发明专利(10)授权公告号CN115499724B(65)同一申请的已公布的文献号(73)专利权人成都中科时空比智新研科技有限公司地址610041四川省成都市高新区天府五街200号1号楼201室(72)发明人张仕超杨健朱维祥陈清刚H05KH01QH01Q5/02(2006.01)苏勋.单脉冲天线角度跟踪模拟技术.电讯技术.2012,(第06期),第2-3小节.审查员郑娟(74)专利代理机构成都睿道智诚专利代理有限公司51217专利代理师薛波便捷式无人机地面遥测接收系统本发明公开的一种便捷式无人机地面遥测过下述技术方案实现：地面站监控设备启动系统监控软件的监测线程，对所有设备的工作参数进的指向，采用单通道单脉冲体制获取目标的遥测数据，完成对目标的捕获跟踪后，将接收的射频信号送入遥测接收设备，滤波器切换单元选择调用相应的滤波算法对射频信号进行放大及滤波处理，处理后的射频信号送遥测接收基带设备进行信号变频和解调，将解调后的遥测数据通过网口送给解密机进行处理，同时实时接收UAV相关信息，估算出无人机当前的位置，发回地面的下22遥测机柜便捷式1网络交换机天何馈设备低噪声放大器滤波器5电源定向天线天线转台4321.一种便捷式无人机地面遥测接收系统，包括：柜体底部配备有万向轮的遥测机柜 (2),与其遥测机柜(2)配套的天伺馈设备(1),存放在所述遥测机柜(2)柜体中的地面站监控设备(3)、遥测接收设备(4)和电源(5),其中，遥测接收设备包括：顺次串联的低噪声放大器、滤波器切换单元和遥测接收基带设备，其特征在于；天伺馈设备(1)根据地面站监控设备(3)下发的轨道参数，调整定向天线的指向并持续引导定向天线，采用单通道单脉冲体制获取目标的遥测数据；遥测接收基带设备采用：捷变频单元(231)顺次串联的多体制解调模块(232)、通过基带接口与解密机进行双向通信的位同步模块(233)、TPC译码模块(234)、帧同步模块(235)和通过捷变频单元(231)顺次串联的多体制调制模块(237)、TPC编码模块 (238),经PCM仿真模块(239)相连上述帧同步模块(235)形成脉冲编码调制PCM自闭环回路，以及遥测系统参数设置模块，其中，捷变频单元(231)将滤波器切换单元输出的S频段射频两路的I、Q数据进行分集合成，输出中频信号送入多体制解调模块(232),在I、Q两路上同时依次进行多体制解调，解调后数据送位同步模块(233)进行同步，如果遥测数据加密，将位同步数据通过专用接口送解密机进行解密处理，解密后遥测数据送TPC译码模块(234);如果遥测数据未加密，将位同步数据直接送TPC译码模块(234)进行TPC译码，之后再经帧同步模块(235)进行数据帧同步，将帧同步后的数据通过网络交换机将数据发送给无人机测控中心进行遥测数据的实时处理、显示、存储，或在便捷式加固笔记本上显示监控状态数据内容和数据存储管理；同时PCM仿真模块(239)输出I、Q数据和脉冲编码调制/调频PCM/FM遥测信号，经TPC编码模块(238)进行TPC编码后再经多体制调制模块(237)进行FM多体制调制，调制后的数据(237)将反馈给捷变频单元(231),进行系统的射频闭环自检，任务前通过自检测试来检查设备的工作状态；完成对目标的捕获跟踪后，通过遥测接收链路将接收的射频信号送入所述地面站监控设备(3);地面站监控设备(3)启动系统监控软件的监测线程，对所有设备的工作参数进行“一键式”加载设置，也可通过网络接口下达无人机测控中心下发的无人机飞行轨道计划；遥测接收设备(4)根据地面站监控设备(3)下发的工作参数，选择调用相应的滤波算法对射频信号进行放大及滤波处理，处理后的射频信号送集成在遥测接收基带设备的变频模块进行信号变频和解调，将解调后的遥测数据通过网口送给解密机“图示化”显示所有设备工作状态和参数。2.如权利要求1所述的便捷式无人机地面遥测接收系统，其特征在于：天伺馈设备包括：通过天线支架固联在天线转台及支架上的定向天线和连接网络交换机的伺服系统，伺服系统根据地面站监控设备(3)下发的参数，控制天线转台方位和俯仰两个自由度的伺服控制能力，实现对目标的精确指向，同时上报便捷式加固笔记本系统监控软件，控制有关天线控制单元的工作状态和故障信息。3.如权利要求2所述的便捷式无人机地面遥测接收系统，其特征在于：定向天线包括：1×2馈电网络、4×4馈电网络和天线单元，天线单元布设在一个900mm*450mm的平面上，完成无人机飞行器下发的S频段射频信号的接收。4.如权利要求1所述的便捷式无人机地面遥测接收系统，其特征在于：天伺馈设备天馈部分实现目标的遥测信号的接收，伺服部分通过数字位置调节器实时调整天线单元的转向角，数字位置调节器按照给定的控制律产生数字控制量，送给数字稳定回路，实现目标的跟3踪指向，通过接收机构成目标角跟踪回路字量，控制天线座上的执行元件驱动天线向着减小误差的方向运动，直至天线的波束对准目标；天线接收到目标信号后，当接收信号的自动目标的平稳准确跟踪。5.如权利要求1所述的便捷式无人机地面遥测接收系统，其特征在于：地面站监控设备包括与网络交换机进行双向通信的便捷式加固笔记本或加固三防平板电脑，网络交换机通管理、故障排除和配置；便捷式加固笔记本部署系统监控软件，通过网络交换机和遥测接收设备(4)与天伺馈设备(1)和不间断电源(5)进行互联，通过空间和有关通道向外辐射发射和传导发射信息，根据抗辐射指标和电子系统所要求完成的性能要求制定失效判据，按照合理的安全系数进行加固，实现对各个设备的监视及控制。6.如权利要求5所述的便捷式无人机地面遥测接收系统，其特征在于：系统监控软件包括用户管理模块、任务管理模块、设备监控模块、宏管理模块和数据管理模块、配置管理模块与主界面参数显示模块，用户管理模块接受用户登录的请求，在登录状态下，允许使用软件的所有功能；在未登录状态下，限制任务管理功能和控制功能的使用；任务管理模块自动获取便携站任务执行期间上报的任务状态、运行状态、飞行器空间位置及遥测信息，并关联到相关工作计划，实现工作计划执行状态监视，显示并记录工作计划、任务计划执行状态数据具备回放和统计功能；设备监控模块提供全面的网络监控功能，记录并显示设备运行参数或状态变化，对异常进行告警提示，提供便携站运行框图显示、通信链路显示以及各类设备单元等人机交互功能，保障业务系统高效运行；宏管理模块具备“一键式”各链路设备工作参数控制的能力和增删查改功能；数据管理模块治理平台融合数据集成、组件管理、数数据资产管理、数据安全管理和数据生命周期管理，通过一定的索引策略查询到目的日志、状态数据和命令数据，具备数据维护策略；数据管理模块获取用户的配置数据，生成配置文件，结合已有的系统架构，根据配置文件或者数据库定义来生成应用模块，然后在此基础上根据对外提供的数据结构定义，制作出相应的数据模型，扩展适应各种应用的需要；主界面参数显示模块“图示化”各链路设备工作状态和参数。7.如权利要求1所述的便捷式无人机地面遥测接收系统，其特征在于：在遥测接收设备中，低噪声放大器将定向天线送来得S频段射频信号进行放大处理，把放大后的射频信号送入滤波器切换单元，滤波器切换单元根据地面站监控设备(3)下发的工作频率，调用频域自适应滤波算法对参数值进行滤波求解，利用快速傅立叶变换FFT将输入信号变换到频域，然后用一个干扰抑制模块对频谱进行处理，抑制单频和窄带干扰，完成射频信号滤波处理后输出不同的滤波方式或者同一滤波方式下的不同参数，然后提供给实时曲线模块以描绘滤波后的曲线动向，在航迹显示区显示无人机的飞行轨迹。8.如权利要求7所述的便捷式无人机地面遥测接收系统，其特征在于：滤波器切换单元将2200MHz～2300MHz之间的S频段射频信号分成5段，分别为2200MHz～2230MHz、2220MHz~滤波后的射频信号通过遥测接收基带设备进行变频和解调，将解调后的数据送入网络交换4机，通过报文交换接收和转发数据到目标设备。9.如权利要求1所述的便捷式无人机地面遥测接收系统，其特征在于：电源(5)连接天伺馈设备(1)、地面站监控设备(3)、遥测接收设备(4),为整个地面测控设备提供电能，电源5技术领域[0001]本发明涉及测控通信领域，尤其涉及一种可应用于无人机(UAV)航拍、农业、植保、查、无人机作战等应用领域的UAV飞行器的便捷式地面遥测接收系统。背景技术[0002]随着无人机的快速发展，在军事和民用领域得到广泛应用，空间内传输的数据类型和数据量增加，对遥测地面站提出的任务越来越重，要求也越来越高，新的需求也在不断提出，无人机地面遥测接收系统作为无人机系统的重要组成部分，主要任务是实时接收、处理并显示无人机的飞行状态、任务载荷工作状态等遥测数据。无人机遥测接收系统的性能很大程度上决定了无人机系统的整体性能，是无人机与地面站之间联系的“神经中枢”纽[0003]由于传统无人机地面遥测接收系统一般为固定式部署，无人机等飞行器必须到指定的试飞场进行，超出该遥测范围便无法开展测控业务，这样就严重限制了无人机的使用范围；传统固定式部署的地面测控系统配置的机柜一般设计高为1600mm,宽为600mm,深度为480mm,重量较重一人无法搬移，安装后无法移动。并且传统无人机地面遥测接收系统的复杂，而且重量大，机动性和灵活性较差；同时，传统无人机地面遥测接收系统为了满足多种体制、多目标的需求，接收信道配置多条链路，设备量较大同时集成度较高，软件操作复高，可任意场地进行快速部署同时操控简单、具有便捷性和机动性的无人机地面遥测接收发明内容[0004]本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种具有便于携带、转场快速、布站灵活等机动性优势，同时系统配置灵活，操作便捷，成本较低的便捷式无人机地面遥测接收系统，使用该系统能够解决传统测控地面站机动性较差、操作复杂的问题。[0005]本发明解决其上述技术问题所采用的技术方案是：一种便捷式无人机地面遥测接收系统，包括：柜体底部配备有万向轮的遥测机柜2,与其遥测机柜2配套的天伺馈设备1,存放在所述遥测机柜2柜体中的地面站监控设备3、遥测接收设备4和电源5,其特征在于；天伺馈设备1根据地面站监控设备3下发的轨道参数，调整定向天线的指向并持续引导定向天线接收无人机的遥测信号，采用单通道单脉冲体制获取目标的遥测数据；完成对目标的捕获跟踪后，通过遥测接收链路将接收的射频信号送入所述地面站监控设备3,地面站监控设备3启动系统监控软件的监测线程，对所有设备的工作参数进网络接口下达无人机测控中心下发的无人机飞行轨道计划，遥测接收设备4根据地面站监控设备3下发的工作参数，选择调用相应的滤波算法对射频信号进行放大及滤波处理，处理6后的射频信号送集成在遥测接收基带设备的变频模块进行信号变频和解调，将解调后的遥测数据通过网口送给解密机进行处理，同时实时接收UAV相关信息，估算出无人机当前的位[0006]本发明相对现技术具有的有益效果是：[0007]本发明综合考虑系统的复杂性、稳定性、可靠性和收发天线共用等问题，采用机柜底部配备有万向轮的遥测机柜2存放地面站监控设备3、遥测接收设备4和电源5,重量轻，底机柜2采用高度为610mm,宽为590mm,深度为860mm的设计，相比传统固定式部署的地面测控温的性能和抗变形能力；机柜内部配备高度为10U的19英寸机架，机架本身采用铝合金结构形式，外壳与机架部分采用减震连接，可有效减少运输过程中的振动，适合任何运输环境。尤其是与其遥测机柜2配套的天伺馈设备摒弃了口径大，安装复杂，且重量大的抛物面天线，不仅克服了抛物面天线机动性和灵活性较差的缺陷，而且大大提高了跟踪精度，减少了传统遥测接收链的硬件配置，减小了动态滞后误差。通过天伺馈设备1调整定向天线的指向并持续引导定向天线接收无人机的遥测信号，相比传统地面测控站的抛物面天线口径小很[0008]本发明采用单通道单脉冲体制获取目标的测量数据，可使系统复杂程度明显简备成本。遥测接收基带设备采用了模块化加固式便携平台，各功能模块采用模块化设计，其突出的环境指标特性、坚固可靠的结构设计，以及更加牢固的连接及接插性能，更能符合恶劣环境使用，本系统相较以往遥测接收设备，传统遥测接收基带采用工控机形式，体积和重量均较大，而本遥测基带采用1U插箱结构形式，重量和体积均得到了很好的控制；同时将变频模块集成在遥测接收基带，减少了下变频设备，降低了成本的同时减少了设备量，使整个无人机遥测接收系统更具有便携性、转场快速、布站灵活等机动性优势。[0009]本发明综合考虑系统的便捷性、稳定性、可靠性和机动灵活性等因素，采用的天伺馈设备1根据地面站监控设备3下发的轨道参数，调整定向天线的指向并持续引导定向天线接收无人机的遥测信号，采用单通道单脉冲体制获取目标的测量数据，可使系统复杂程度降低了设备成本。天伺馈设备1的方位支路具有正割补偿功能，可以适应不同仰角的跟踪要求。完成对目标的跟踪后，将接收的射频信号送入遥测接收设备4,对接收的射频信号进行放大、变频及滤波，减少了传统遥测接收信道的硬件配置，加速度常数可以大大提高，减小了动态滞后误差，跟踪精度能够得到满足。定向天线收到目标信号后，当接收信号的AGC电压、锁定信号指示、误差电压等满足给定条件时，天线进入自跟踪状态，实现对目标的平稳准确跟踪。可以在预定目标空域进行搜索、数字引导等。搜索可以是俯仰或方位单轴进行，也可以是双轴同时进行。相比传统地面测控站的天线[0010]本发明采用的滤波器切换单元根据地面站监控设备3下发的工作参数选择调用相应的滤波算法对射频信号进行滤波处理，有效的解决了带外信号的干扰及带外杂散的影响，降低了遥测接收基带的解调误码率。7[0011]本发明采用的站监控设备3具备对便捷式无人机遥测接收系统所有设备的工作参数“一键式”加载功能，也可通过网络接口下达无人机测控中心的无人机飞行轨道计划，同时以“图示化”显示所有设备工作状态和参数，相比传统地面测试系统软件界面简洁，操作简单，大大节约任务前的对参数配置的准备时间。[0012]本发明采用的电源5,在无外接电源或断电情况下，能够为便捷式测控装置持续提[0013]便捷式无人机地面遥测接收系统实现的主要技术指标如下：接收信号频率范围：附图说明[0014]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。[0015]图1是本发明便捷式无人机地面遥测接收系统的组成示意图；[0016]图2是图1中遥测接收处理基带的工作流程图。具体实施方式[0017]参阅图1。在以下描述的优选实施例中，一种便捷式无人机地面遥测接收系统，包括：柜体底部配备有万向轮的遥测机柜2,与其遥测机柜2配套的天伺馈设备1,存放在所述遥测机柜2柜体中的地面站监控设备3、遥测接收设备4和电源5,其中；天伺馈设备1根据地面站监控设备3下发的轨道参数，调整定向天线的指向并持续引导定向天线，采用单通道单脉冲体制获取目标的遥测数据，完成对目标的捕获跟踪后，通过遥测接收链路将接收的射频信号送入所述地面站监控设备3;地面站监控设备3启动监控软件的监测线程，对所有设备的工作参数进行“一键式”加载设置，也可通过网络接口下达无人机测控中心下发的无人机飞行轨道计划；遥测接收设备4根据地面站监控设备3下发的工作参数，选择调用相应的滤波算法对射频信号进行放大及滤波处理，处理后的射频信号送集成在遥测接收基带设备的变频模块进行信号变频和解调，将解调后的遥测数据通过网口送给解密机进行处理，同时实时接收UAV相关信息，估算出无人机当前的位，置和发回地面的下行数据，以“图示化”显示所有设备工作状态和参数。[0018]遥测机柜2将地面站监控设备3、遥测接收设备4和电源5集中安装在机柜内，外壳采用滚塑箱结构形式，内部配备高度为10U的19英寸机架，机架本身采用铝合金结构形式，滚塑箱和机箱采用减震连接，可减少运输过程中的振动，箱体底部配备四个万向轮，方便设任何运输环境，可长期循环使用，而且重量轻，收展迅速，携行方便；式无人机地面遥测接收系统所有设备提供用电需求天伺馈设备1包括：通过天线支架固联8在天线转台及支架上的定向天线和连接网络交换机的伺服系统。其中，伺服系统根据地面站监控设备3下发的参数，控制天线转台方位和俯仰两个自由度的伺服控制能力，实现对目标的精确指向，同时上报便捷式加固笔记本系统监控软件，控制有关天线控制单元的工作状态和故障信息。伺服系统跟踪方式包括数字引导、自动、手动；要求每个轴向既可联动也[0019]天伺馈设备1天馈部分实现目标的遥测信号的接收，伺服部分通过数字位置调节器实时调整天线单元的转向角，数字位置调节器按照给定的控制律产生数字控制量，送给数字稳定回路，实现目标的跟踪指向，通过接收机构成目标角跟踪回路字量，控制天线座上的执行元件驱动天线向着减小误差的方向运动，直至天线的波束对准目标。天线接收到目标信号后，当接收信号的AGC电压、锁定信号指示、误差电压满足给定条件时，天线进入踪状态，实现对目标的平稳准确跟踪。[0020]在本实施例中，定向天线包括：1×2馈电网络、4×4馈电网络和天线单元，主要完成无人机等飞行器下发的S频段射频信号的接收，为了满足所述地面测控系统的机动便捷性，天线单元布设在一个900mm*450mm的平面上，定向天线的技术指标有：工作频率为2200MHz～2300MHz,天线增益≥20dB,接收3dB波束宽度AZ:≤12.5°,EL:≥36°,接收方位第[0021]在本实施例中，地面站监控设备3主要包括与网络交换机进行双向通信的便捷式加固笔记本或加固三防平板电脑，网络交换机通过高速连接端口对虚拟局域网VLAN进行网部署系统监控软件，通过网络交换机和遥测接收设备4与天伺馈设备1和不间断电源5进行互联，通过空间和有关通道向外辐射发射和传导发射信息，根据抗辐射指标和电子系统所要求完成的性能要求制定失效判据，按照合理的安全系数进行加固，实现对各个设备的监视及控制。[0022]系统监控软件包括用户管理模块、任务管理模块、设备监控模块、宏管理模块和数据管理模块、配置管理模块与主界面参数显示模块，用户管理模块接受用户登录的请求，在登录状态下，允许使用软件的所有功能；在未登录状态下，限制任务管理功能和控制功能的使用。任务管理模块自动获取便携站任务执行期间上报的任务状态、运行状态、飞行器空间位置及遥测信息，并关联到相关工作计划，实现工作计划执行状态监视，显示并记录工作计和中断功能，各项任务数据具备回放和统计功能。设备监控模块提供全面的网络监控功能，记录并显示设备运行参数或状态变化，对异常进行告警提示，提供便携站运行框图显示、通信链路显示以及各类设备单元等人机交互功能，保障业务系统高效运行；宏管理模块具备“一键式”各链路设备工作参数控制的能力和增删查改功能；数据管理模块治理平台融合数量管理、主数据管理、数据资产管理、数据安全管理和数据生命周期管理，通过一定的索引策略查询到目的日志、状态数据和命令数据，具备数据维护策略。数据管理模块获取用户的配置数据，生成配置文件，结合已有的系统架构，根据配置文件或者数据库定义来生成应用模块，然后在此基础上根据对外提供的数据结构定义，制作出相应的数据模型，扩展适应各9种应用的需要；主界面参数显示模块“图示化”各链路设备工作状态和参数，相比传统地面测控系统软件界面简洁，操作简单，大大节约任务前的对参数配置的准备时间。[0023]遥测接收设备4包括：顺次串联的低噪声放大器、滤波器切换单元和遥测接收基带设备，低噪声放大器将定向天线送来得S频段射频信号进行放大处理，把放大后的射频信号送入滤波器切换单元，滤波器切换单元根据地面站监控设备3下发的工作频率，调用频域自适应滤波算法对参数值进行滤波求解，利用快速傅立叶变换(FFT)将输入信号变换到频域，然后用一个干扰抑制模块对频谱进行处理，抑制单频和窄带干扰，完成射频信号滤波处理后输出不同的滤波方式或者同一滤波方式下的不同参数，然后提供给实时曲线模块以描绘滤波后的曲线动向，在航迹显示区显示无人机的飞行轨迹。滤波器切换单元将2200MHz~2240MHz～2270MHz、2260MHz～2290MHz、2280MHz～2300MHz,带外抑制≤-50dBc,滤波后的射频信号通过遥测接收基带设备进行变频和解调，将解调后的数据送入网络交换机，通过报文交换接收和转发数据到目标设备。[0024]参阅图2。遥测接收基带设备包括：捷变频单元231顺次串联的多体制解调模块232、通过基带接口与解密机进行双向通信的位同步模块233、TPC译码模块234、帧同步模块235和通过捷变频单元231顺次串联的多体制调制模块237、TPC编码模块238,经PCM仿真模块239相连上述帧同步模块235形成脉冲编码调制PCM自闭环回路，以及遥测系统参数设置模块。其中，捷变频单元231将滤波器切换单元输出的S频段射频信号，经低噪声放大器LNA、自动增益控制AGC及信号变频等处理后零中频输出I、Q数据，再对两路的I、Q数据进行分集合成，输出中频信号送入多体制解调模块232,在I、Q两路上同时依次进行多体制解调，解调后数据送位同步模块233进行同步，如果遥测数据加密，将位同步数据通过专用接口送解密机进行解密处理，解密后遥测数据送TPC译码模块234;如果遥测数据未加密，将位同步数据直接送TPC译码模块234进行TPC译码，之后再经帧同步模块235进行数据帧同步，将帧同步后的数据通过网络交换机31将数据发送给无人机测控中心进行遥测数据的实时处理、显示、存储，也可在便捷式加固笔记本上显示监控状态数据内容和数据存储管理；同时PCM仿编码后再经多体制调制模块237进行FM多体制调制，调制后的数据237将反馈给捷变频单元231,进行系统的射频闭环自检，任务前通过自检测试来检查设备的工作状态，有效的提高了设备的可靠性。[0025]在本实施例中，遥测参数设置模块240对遥测接收基带各模块设备的工作参数进率、调制度、输出功率及杂波抑制等进行测试和校准，将测试结果与技术指标进行比对，完成对遥测信号编码的动态加载测试和动态校准，供给实时曲线模块自动绘制测试曲线，在航迹显示区生成显示无人机飞行轨迹的测试报告，并打印输出。[0026]电源5连接天伺馈设备1、地面站监控设备3、遥测接收设备4,为整个地面测控设备提供电能，电源5选用艾亚特DR系列宽温版锂电U