一種基于實(shí)時(shí)嵌入式控制系統(tǒng)的無人機(jī)通信干擾對(duì)抗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于實(shí)時(shí)嵌入式控制系統(tǒng)的無人機(jī)通信干擾對(duì)抗方法，屬于無人 機(jī)通信對(duì)抗技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 通信對(duì)抗是電子對(duì)抗的重要組成部分。無線電通信干擾是針對(duì)對(duì)方無線電通信而 采取的干擾措施。由于無線電通信的媒介一電磁波具有一個(gè)特性：當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)相同頻率 的電磁波共同工作時(shí)，接收設(shè)備將收到這兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)的迭加，從而使接收信號(hào)模糊不 清。利用電磁波的這個(gè)特性，通過無線電干擾設(shè)備發(fā)射與對(duì)方電子信號(hào)頻率相同的干擾信 號(hào)，可以使對(duì)方的無線電接收設(shè)備失靈。通信干擾通常包括掩蓋真信息和制造假信息兩個(gè) 方面。通信干擾是通信對(duì)抗領(lǐng)域中使用最廣泛、作用最大的電子進(jìn)攻手段。實(shí)施有效的通 信對(duì)抗，可降低敵方的通信、指揮效能。
[0003] 傳統(tǒng)的通信對(duì)抗主要著眼于地面的電子通信對(duì)抗，其局限性在現(xiàn)代通信戰(zhàn)爭中愈 發(fā)明顯，傳統(tǒng)地面通信對(duì)抗技術(shù)一直存在干擾敵我雙方通信的矛盾問題，而且地面通信干 擾，采用的天線要按需調(diào)節(jié)。當(dāng)定向偵察時(shí)使用定向天線。在短波波段，天線尺寸較大，菱 形和對(duì)數(shù)周期天線在固定臺(tái)中使用較為普遍；但在移動(dòng)使用時(shí)，就很難實(shí)現(xiàn)，只能以鞭狀天 線為主。在超短波、微波波段，拋物面反射體天線和對(duì)數(shù)周期天線應(yīng)用廣泛。使用定向天線， 可以增加天線的增益，改善接收效果，但在方向上有局限性，有時(shí)只能使用低增益的全向天 線，因此其天線調(diào)節(jié)工序復(fù)雜，無法達(dá)到無人機(jī)高空電波傳播的升空增益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種基于實(shí)時(shí)嵌入式控制系統(tǒng)的無人機(jī)通信干擾對(duì)抗方法，以用于 解決傳統(tǒng)地面通信對(duì)抗技術(shù)干擾敵我雙方，天線調(diào)節(jié)工序復(fù)雜，以及無法達(dá)到高空電波傳 播增益的問題。
[0005] 本發(fā)明所述基于實(shí)時(shí)嵌入式控制系統(tǒng)的無人機(jī)通信干擾對(duì)抗方法的具體步驟如 下：
[0006] Stepl、構(gòu)建無人機(jī)天線模型：利用無人機(jī)側(cè)翼本身的大尺寸構(gòu)成共形陣天線來作 為無人機(jī)天線模型；由于常規(guī)的VNF干擾天線在無人機(jī)機(jī)體上安裝比較困難，因此采用共 形陣天線，即利用無人機(jī)側(cè)翼本身的大尺寸構(gòu)成共形陣天線，有效的增大輻射面積，提高天 線效率；
[0007] Step2、利用時(shí)域有限差分法分析天線特性：
[0008] Step3、求取固定于坐標(biāo)系中天線在遠(yuǎn)區(qū)某一距離球面上的電場分布：對(duì)于某一時(shí) 刻的地面坐標(biāo)系\中處于任意姿態(tài)的無人機(jī)天線，它在機(jī)體坐標(biāo)系S b中的位置是固定的， 因此在機(jī)體坐標(biāo)系中用時(shí)域有限差分法計(jì)算得到它在某一工作頻率下的遠(yuǎn)區(qū)球面上的電 場分布；
[0009] Step4、再利用坐標(biāo)變換，將上面求得的值轉(zhuǎn)換為天線處于任意姿態(tài)時(shí)的電場分 布：其中，前提是定義地面坐標(biāo)系〇xg，yg，zg(Sg，）和機(jī)體坐標(biāo)系O bxbybzb(Sb)，則兩個(gè)坐標(biāo)系 之間的關(guān)系由無人機(jī)三個(gè)飛行姿態(tài)來確定：偏航角α、俯仰角β和滾轉(zhuǎn)角γ，其方向都 以沿相應(yīng)坐標(biāo)右旋轉(zhuǎn)為正，記以上三個(gè)姿態(tài)角變換所對(duì)應(yīng)的基元旋轉(zhuǎn)矩陣分別為L gbz ( α )、 Lgby ( β )和Lgbx ( γ )，則從機(jī)體坐標(biāo)系Sb到地面坐標(biāo)系S ,坐標(biāo)變換矩陣Lgb ( α，β，γ ) 為：
[0010]
[0011] 根據(jù)上面的坐標(biāo)變換公式，即能求得無人機(jī)天線在任意姿態(tài)時(shí)的電場分布；
[0012] Step5、最后將球面上的電場分布轉(zhuǎn)換到地面，得出地面坐標(biāo)與有效干擾功率的 對(duì)應(yīng)關(guān)系：在地面坐標(biāo)系Sg中，N點(diǎn)的坐標(biāo)為（X g, yg, zg)，記ON與地面的交點(diǎn)N。坐標(biāo)為 (xg。，yg。，z g。)，則有zg。= -h，h為無人機(jī)飛行高度，根據(jù)三角形等比關(guān)系得：
[0013]
[0014] 由于地空之間的電波傳播方式視為自由空間，遠(yuǎn)區(qū)電場與傳播距離成反比，根據(jù) 這個(gè)關(guān)系將地面N點(diǎn)的電場轉(zhuǎn)換到N。點(diǎn)，其分量列陣為（E。) g有：
[0015]
[0016] 通過上述變換，求得地面坐標(biāo)系S1^ z為地面上XgO和ygO與電場EO的對(duì)應(yīng)關(guān) 系，即得到了地面上的場強(qiáng)分布；
[0017] Step6、調(diào)節(jié)無人機(jī)飛行姿態(tài)進(jìn)行地面通信干擾：根據(jù)地面接收天線的方向性，結(jié) 合上面計(jì)算得到的地面上的場強(qiáng)分布，用于調(diào)節(jié)無人機(jī)飛行姿態(tài)，進(jìn)行有效、最大化的干擾 敵方通信系統(tǒng)。
[0018] 所述步驟Step2中，利用時(shí)域有限差分法分析天線特性的具體步驟為：
[0019] Step2. 1、利用共形網(wǎng)格技術(shù)對(duì)天線邊界時(shí)域有限差分網(wǎng)格不重合部分進(jìn)行修 正；
[0020] Step2. 2、利用細(xì)導(dǎo)線時(shí)域有限差分法對(duì)加載細(xì)線部分進(jìn)行處理；
[0021] St印2. 3、激勵(lì)源設(shè)置采用附加激勵(lì)的縫隙饋電法；
[0022] St印2. 4、在有限區(qū)域內(nèi)進(jìn)行遞推計(jì)算，采用Berenger完全匹配層吸收邊界條件；
[0023] Step2. 5、計(jì)算天線福射方向圖。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用時(shí)域有限差分法，結(jié)合天線不對(duì)稱性，針對(duì)構(gòu)建 的無人機(jī)天線模型進(jìn)行分析、處理和計(jì)算，得出天線最大輻射方向?yàn)殚L臂一端，再根據(jù)坐標(biāo) 變換將天線處于任意姿態(tài)時(shí)的電場分布轉(zhuǎn)換到地面，從而可以有效準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)無人機(jī)飛行 姿態(tài)，以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)對(duì)地面通信系統(tǒng)干擾效果的最大化，有效的避免了傳統(tǒng)地面通信對(duì)抗 的弊端，在無人機(jī)通信對(duì)抗領(lǐng)域有著較高的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明的無人機(jī)天線模型圖；
[0027] 圖3為本發(fā)明的無人機(jī)坐標(biāo)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 實(shí)施例1 :如圖1-3所示，一種基于實(shí)時(shí)嵌入式控制系統(tǒng)的無人機(jī)通信干擾對(duì)抗方 法，所述基于實(shí)時(shí)嵌入式控制系統(tǒng)的無人機(jī)通信干擾對(duì)抗方法的具體步驟如下：
[0029] Stepl、構(gòu)建無人機(jī)天線模型：利用無人機(jī)側(cè)翼本身的大尺寸構(gòu)成共形陣天線來作 為無人機(jī)天線模型；由于常規(guī)的VNF干擾天線在無人機(jī)機(jī)體上安裝比較困難，因此采用共 形陣天線，即利用無人機(jī)側(cè)翼本身的大尺寸構(gòu)成共形陣天線，有效的增大輻射面積，提高天 線效率；
[0030] Step2、利用時(shí)域有限差分法分析天線特性：
[0031] Step3、求取固定于坐標(biāo)系中天線在遠(yuǎn)區(qū)某一距離球面上的電場分布：對(duì)于某一時(shí) 刻的地面坐標(biāo)系\中處于任意姿態(tài)的無人機(jī)天線，它在機(jī)體坐標(biāo)系S b中的位置是固定的， 因此在機(jī)體坐標(biāo)系中用時(shí)域有限差分法計(jì)算得到它在某一工作頻率下的遠(yuǎn)區(qū)球面上的電 場分布；
[0032] Step4、再利用坐標(biāo)變換，將上面求得的值轉(zhuǎn)換為天線處于任意姿態(tài)時(shí)的電場分 布：其中，前提是定義地面坐標(biāo)系〇xg，y g，zg(Sg，）和機(jī)體坐標(biāo)系0bxby bzb(Sb)，則兩個(gè)坐標(biāo)系 之間的關(guān)系由無人機(jī)三個(gè)飛行姿態(tài)來確定：偏航角α、俯仰角β和滾轉(zhuǎn)角γ，其方向都 以沿相應(yīng)坐標(biāo)右旋轉(zhuǎn)為正，記以上三個(gè)姿態(tài)角變換所對(duì)應(yīng)的基元旋轉(zhuǎn)矩陣分別為L gbz ( α )、 Lgby ( β )和Lgbx ( γ )，則從機(jī)體坐標(biāo)系Sb到地面坐標(biāo)系S ,坐標(biāo)變換矩陣Lgb ( α，β，γ ) 為：
[0033] Lgb(a, β, γ) = Lgbz ( a ) Lgby ( β ) Lgbx ( γ )
[0034] 根據(jù)上面的坐標(biāo)變換公式，即能求得無人機(jī)天線在任意姿態(tài)時(shí)的電場分布；
[0035] Step5、最后將球面上的電場分布轉(zhuǎn)換到地面，得出地面坐標(biāo)與有效干擾功率的 對(duì)應(yīng)關(guān)系：在地面坐標(biāo)系Sg中，N點(diǎn)的坐標(biāo)為（X g, yg, zg)，記ON與地面的交點(diǎn)N。坐標(biāo)為 (xg。，yg。，z g。)，則有zg。= -h，h為無人機(jī)飛行高度，根據(jù)三角形等比關(guān)系得：
[0036]
[0037] 由于地空之間的電波傳播方式視為自由空間，遠(yuǎn)區(qū)電場與傳播距離成反比，根據(jù) 這個(gè)關(guān)系將地面N點(diǎn)的電場轉(zhuǎn)換到N。點(diǎn)，其分量列陣為（E。) g有：
[0038]
[0039] 通過上述變換，求得地面坐標(biāo)系Sg* z為地面上XgO和ygO與電場EO的對(duì)應(yīng)關(guān) 系，即得到了地面上的場強(qiáng)分布；
[0040] Step6、調(diào)節(jié)無人機(jī)飛行姿態(tài)進(jìn)行地面通信干擾：根據(jù)地面接收天線的方向性，結(jié) 合上面計(jì)算得到的地面上的場強(qiáng)分布，用于調(diào)節(jié)無人機(jī)飛行姿態(tài)，進(jìn)行有效、最大化的干擾 敵方通信系統(tǒng)。
[0041] 所述步驟Step2中，利用時(shí)域有限差分法分析天線特性的具體步驟為：
[0042] Step2. 1、利用共形網(wǎng)格技術(shù)對(duì)天線邊界時(shí)域有限差分網(wǎng)格不重合部分進(jìn)行修 正；
[0043] Step2. 2、利用細(xì)導(dǎo)線時(shí)域有限差分法對(duì)加載細(xì)線部分進(jìn)行處理；
[0044] St印2. 3、激勵(lì)源設(shè)置采用附加激勵(lì)的縫隙饋電法；
[0045] Step2. 4、在有限區(qū)域內(nèi)進(jìn)行遞推計(jì)算，采用Berenger完全匹配層吸收邊界條件；
[0046] Step2. 5、計(jì)算天線福射方向圖。
[0047] 實(shí)施例2 :如圖1-3所示，一種基于實(shí)時(shí)嵌入式控制系統(tǒng)的無人機(jī)通信干擾對(duì)抗方 法，所述基于實(shí)時(shí)嵌入式控制系統(tǒng)的無人機(jī)通信干擾對(duì)抗方法的具體步驟如下：
[0048] StepU構(gòu)建無人機(jī)天線模型：利用無人機(jī)側(cè)翼本身的大尺寸構(gòu)成共形陣天線來作 為無人機(jī)天線模型；由于常規(guī)的VNF干擾天線在無人機(jī)機(jī)體上安裝比較困難，因此采用共 形陣天線，即利用無人機(jī)側(cè)翼本身的大尺寸構(gòu)成共形陣天線，有效的增大輻射面積，提高天 線效率；
[0049] Step2、利用時(shí)域有限差分法分析天線特性：
[0050] Step3、求取固定于坐標(biāo)系中天線在遠(yuǎn)區(qū)某一距離球面上的電場分布：對(duì)于某一時(shí) 刻的地面坐標(biāo)系\中處于任意姿態(tài)的無人機(jī)天線，它在機(jī)體坐標(biāo)系S b中的位置是固定的， 因此在機(jī)體坐標(biāo)系中用時(shí)域有限差分法計(jì)算得到它在某一工作頻率下的遠(yuǎn)區(qū)球面上的電 場分布；
[0051] Step4、再利用坐標(biāo)變換，將上面求得的值轉(zhuǎn)換為天線處于任意姿態(tài)時(shí)的電場分 布：其中，前提是定義地面坐標(biāo)系〇xg，y g，zg(Sg，）和機(jī)體坐標(biāo)系0bxby bzb(Sb)，則兩個(gè)坐標(biāo)系 之間的關(guān)系由無人機(jī)三個(gè)飛行姿態(tài)來確定：偏航角α、俯仰角β和滾轉(zhuǎn)角γ，其方向都 以沿相應(yīng)坐標(biāo)右旋轉(zhuǎn)為正，記以上三個(gè)姿態(tài)角變換所對(duì)應(yīng)的基元旋轉(zhuǎn)矩陣分別為L gbz ( α )、 Lgby ( β )和Lgbx ( γ )，則從機(jī)體坐標(biāo)系Sb到地面坐標(biāo)系S ,坐標(biāo)變換矩陣Lgb ( α，β，γ ) 為：
[0052] Lgb ( α，β，γ ) = Lgbz ( α ) Lgby ( β ) Lgbx ( γ )
[0053] 根據(jù)上面的坐標(biāo)變換公式，即能求得無人機(jī)天線在任意姿態(tài)時(shí)的電場分布；
[0054] Step5、最后將球面上的電場分布轉(zhuǎn)換到地面，得出地面坐標(biāo)與有效干擾功率的 對(duì)應(yīng)關(guān)系：在地面坐標(biāo)系Sg中，N點(diǎn)的坐標(biāo)為（X g, yg,