用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人，將接收天線、電子羅盤、無線電監(jiān)測接收單元、中央處理單元和導航模塊均安裝在機體上，所述中央處理單元分別與導航模塊、電子羅盤和無線電監(jiān)測接收單元連接，所述接收天線與無線電監(jiān)測接收單元連接，所述中央處理單元先通過測向測出無線電信號源所在方向，再根據(jù)測向結(jié)果自主控制機體的飛行，最后根據(jù)在飛行航跡上進一步監(jiān)測的數(shù)據(jù)計算出無線電信號源的位置。本實用新型利用一個中央處理單元同時控制無線電監(jiān)測與機體的飛行控制，減少了模塊數(shù)量，其相互干擾降低；而且集成度高，體積大幅縮減，功耗降低，電磁兼容性更好。
【專利說明】用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及空中無線電監(jiān)測領(lǐng)域，特別是涉及一種利用測向結(jié)果自主規(guī)劃航跡來定位信號源的用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人。

【背景技術(shù)】
[0002]空中無線電監(jiān)測作為傳統(tǒng)監(jiān)測模式的一種補充，在現(xiàn)有的監(jiān)測網(wǎng)上可以形成遠程控制、聯(lián)合測向、重點監(jiān)測等多功能現(xiàn)代化立體化監(jiān)測網(wǎng)，將可實現(xiàn)對所管轄區(qū)全頻段、全業(yè)務、全時段、全方位的監(jiān)測覆蓋，從而全面提升技術(shù)管理水平。實現(xiàn)空中監(jiān)測與以往的監(jiān)測方式最大的不同在于需要適用于空中監(jiān)測飛行的載體的配合使用，而不同的監(jiān)測活動從監(jiān)測任務的需求、性質(zhì)和預算方面對所使用的監(jiān)測載體類型也有不同的要求；根據(jù)目前空中監(jiān)測承擔的任務應用場景可以將空中監(jiān)測任務劃分為重大活動保障任務、應急響應任務以及日常巡監(jiān)任務。
[0003]空中無線電監(jiān)測具有巨大的優(yōu)勢，因為無線電波在地面?zhèn)鞑r，會因為種種介質(zhì)的折射、反射、繞射而變得雜亂無章；而空中傳播幾乎沒有反射，具有直達性，所以通過空中監(jiān)測得到的無線電信號源方向和位置往往是很準確的；其次，空中監(jiān)測位置變化快，可以由一個點迅速切換到另一個點，進行立體交叉多點定位，這樣得到的位置精確度非常高，所以對空中平臺無線電監(jiān)測的需求越來越多。
[0004]目前，在我國國內(nèi)利用空中機器人對無線電進行監(jiān)測的裝置、方法還很少。對空中機器人的控制大多在停留在地面站遠程遙控階段，現(xiàn)有的空中無線電監(jiān)測平臺主要有:有人駕駛固定翼飛機、有人駕駛單旋翼直升機、單旋翼無人直升機、飛艇四種，均無法實現(xiàn)在空中自主測向定位信號源。
[0005]美國各樞紐機場早就裝備了有人駕駛固定翼飛機載無線電監(jiān)測系統(tǒng)，中國也于2010年開始投入使用，其造價在數(shù)千萬元人民幣以上。由于每次飛行成本數(shù)十萬元以上，并且不能懸停守候；使得該固定翼飛機不僅制造成本非常高，飛行成本也非常高，而且作為較大型的飛機，需要事先申請航路，不便于執(zhí)行緊急任務。
[0006]2007年深圳出現(xiàn)造價在數(shù)百萬元人民幣以上的有人駕駛單旋翼直升機載無線電監(jiān)測系統(tǒng)，單旋翼直升機的飛行成本為每小時3千元人民幣以上；制造成本較高，飛行成本也較聞。
[0007]2011年云南出現(xiàn)了飛艇載無線電監(jiān)測系統(tǒng)，雖然飛艇安全性好，但飛行成本較高，每次充氦氣費用通常在I萬元人民幣以上。
[0008]2012年中國出現(xiàn)了造價在數(shù)十萬元人民幣以上的單旋翼無人直升機，雖然單旋翼無人直升機與前面的單旋翼直升機、固定翼飛機和飛艇載無線電監(jiān)測系統(tǒng)相比制造成本和飛行成本較低，但其對于操作人員的技術(shù)要求較高，不利于推廣和普及，并且容易出現(xiàn)摔機事故，存在較大的安全隱患。
[0009]現(xiàn)有空中無線電監(jiān)測技術(shù)仍然存在共同的技術(shù)問題:
[0010]1、現(xiàn)有的空中無線電監(jiān)測系統(tǒng)，制造成本高，飛行成本高；
[0011]2、現(xiàn)有的空中無線電監(jiān)測系統(tǒng)操作困難，需要訓練有素的專業(yè)飛行員或者操作員，不利于推廣和普及；
[0012]3、現(xiàn)有的空中無線電監(jiān)測系統(tǒng)在運行時，安全性低，并且難以兼顧安全性和無線電監(jiān)測所需的靈活性，一旦出現(xiàn)事故，損失很大；
[0013]4、現(xiàn)有的空中無線電監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，機體龐大，存放和維護費用也高。
[0014] 申請人:于2014年6月30日申請了申請?zhí)枮?01410303894.1的中國發(fā)明專利“一種基于多旋翼機器人的地面遙控的空中無線電監(jiān)測系統(tǒng)”和申請?zhí)枮?01410304041.X的中國發(fā)明專利“基于多旋翼機器人的空中無線電監(jiān)測系統(tǒng)”，雖然解決了上述問題，但是還存在以下問題:
[0015]A、依然需要地面遙控單元控制多旋翼機器人執(zhí)行各種飛行姿態(tài)，在空中完成無線電監(jiān)測任務，對操作人員的要求較高；
[0016]B、近年來的基于空中機器人的無線電監(jiān)測，普遍存在操控難度大、風險高和智能化水平低等不足，特別是在空中自主測向、自主規(guī)劃航跡方面，缺少切實有效的手段；
[0017]C、現(xiàn)有的空中無線電監(jiān)測系統(tǒng)依然采用地面遙控器來控制無人機的飛行航跡，無法實現(xiàn)多旋翼機器人根據(jù)測向結(jié)果自主規(guī)劃飛行航跡并通過飛行航跡的變化對無線電信號源進行定位。
實用新型內(nèi)容
[0018]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提出一種用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人。本實用新型利用一個中央處理單元同時控制無線電監(jiān)測與機體的飛行控制，減少了模塊數(shù)量，使其相互干擾降低；而且集成度高，體積縮減，功耗降低，電磁兼容性更好。
[0019]本實用新型采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0020]用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人，其特征在于包括:
[0021]用于飛行的機體；
[0022]用于獲取無線電信號的接收天線；
[0023]用于獲取接收天線所指方向，實時獲取該方向?qū)姆轿唤堑碾娮恿_盤；
[0024]用于接收無線電信號的無線電監(jiān)測接收單元；
[0025]用于調(diào)度監(jiān)測任務、控制機體飛行、調(diào)度無線電監(jiān)測接收單元、分析和記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)的中央處理單元；
[0026]用于導航和自身定位的導航模塊；
[0027]所述接收天線、電子羅盤、無線電監(jiān)測接收單元、中央處理單元和導航模塊均安裝在機體上，所述中央處理單元分別與導航模塊、電子羅盤和無線電監(jiān)測接收單元連接，所述接收天線與無線電監(jiān)測接收單元連接，所述中央處理單元先通過測向測出無線電信號源所在方向，再利用測向結(jié)果通過飛行控制模塊控制機體的飛行航跡，最后根據(jù)繼續(xù)飛行過程中測量到的數(shù)據(jù)計算無線電信號源的位置。
[0028]所述導航模塊為衛(wèi)星導航模塊。
[0029]接收天線在不同高度將接收到需要監(jiān)測的無線電信號傳輸?shù)綗o線電監(jiān)測接收單元；無線電監(jiān)測接收單元將來自不同高度的無線電信號強度數(shù)據(jù)發(fā)送至中央處理單元；中央處理單元測出不同高度的無線電信號中無線電信號最強的高度；再在無線電信號強度最強的高度進行測向，測出無線電信號源所在方向，中央處理單元再根據(jù)測向結(jié)果控制機體飛行，最后根據(jù)繼續(xù)飛行過程中測量到的數(shù)據(jù)計算無線電信號源的位置。
[0030]所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括至少一個用于躲避障礙的測距傳感器，所述測距傳感器與中央處理單元連接，中央處理單元通過測距傳感器實時計算空間障礙物是否在機體的飛行航跡上，當中央處理單元計算出空間障礙物在機體的飛行航跡上時，中央處理單元控制機體避開空間障礙物?？捎行П苊饪罩袩o線電監(jiān)測智能機器人撞上空間障礙物，導致空中無線電監(jiān)測智能機器人損壞，影響空中無線電監(jiān)測任務，保證了空中無線電監(jiān)測智能機器人的安全飛行。
[0031]所述測距傳感器為超聲波測距傳感器、激光測距傳感器或紅外線測距傳感器等。
[0032]所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括氣壓計、陀螺儀和加速度傳感器，所述中央處理單元分別與氣壓計、陀螺儀和加速度傳感器連接，中央處理單元通過氣壓計、陀螺儀和加速度傳感器自主校正機體的飛行姿態(tài)。氣壓計用于測量空中無線電監(jiān)測智能機器人的飛行高度，為控制單元提供高度參數(shù)；陀螺儀用于防止空中無線電監(jiān)測智能機器人飛行角速度出現(xiàn)偏差，可用于保持飛行方向，保持飛行穩(wěn)定；加速度傳感器控制空中無線電監(jiān)測智能機器人的飛行加速度，控制飛行穩(wěn)定。
[0033]所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括用于進行電量檢測的電量傳感器，所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人包括用于為空中無線電監(jiān)測智能機器人供電的電源，所述電源分別與中央處理單元和電量傳感器連接，所述電量傳感器與中央處理單元連接，所述中央處理單元通過電量傳感器持續(xù)檢測機體的當前剩余電量，并判斷當前電量是否足夠繼續(xù)飛行；當中央處理單元計算出當前剩余電量僅夠返回出發(fā)地或備降點時，中央處理單元控制機體執(zhí)行自動返航或備降?？稍诘谝粫r間保護和收回空中無線電監(jiān)測智能機器人，有效避免空中無線電監(jiān)測智能機器人出現(xiàn)電量不足而丟失的情況發(fā)生。
[0034]所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括降落傘開啟單元，降落傘開啟單元與中央處理單元連接，所述空中機器人設(shè)有降落傘，所述降落傘與降落傘開啟單元連接，中央處理單元通過降落傘開啟單元打開降落傘。降落傘和降落傘開啟單元的增設(shè)可在空中無線電監(jiān)測智能機器人發(fā)生機械故障下落時、電量耗盡下落時或者被不明物體擊中下落時，打開降落傘使其降落速度減小，安全降落，從而防止其摔壞，便于空中無線電監(jiān)測智能機器人的回收，有效防止數(shù)據(jù)丟失，還能節(jié)約空中監(jiān)測成本。
[0035]所述接收天線為定向天線，定向天線和電子羅盤固連，定向天線和電子羅盤以相同角速度旋轉(zhuǎn)；或所述接收天線為測向天線陣。
[0036]所述飛行航跡為往測出的無線電信號源所在方向繼續(xù)飛行，飛行距離為Dl ;或飛行航跡為往測出的無線電信號源所在方向成夾角Θ I的方向繼續(xù)飛行，飛行距離為D2 ;再或飛行航跡為先往測出的無線電信號源所在方向繼續(xù)飛行，飛行距離為D3，再往測出的無線電信號源所在方向成夾角Θ 2的方向繼續(xù)飛行，飛行距離為D4。
[0037]所述無線電監(jiān)測接收單元為頻譜分析儀、監(jiān)測接收機。
[0038]所述中央處理單元為控制無線電監(jiān)測接收單元執(zhí)行無線電監(jiān)測指令，并處理和存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)的具有飛行控制功能的微處理器。
[0039]所述空中無線電監(jiān)測智能機器人的重量為6-12公斤。
[0040]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0041]1、本實用新型利用一個中央處理單元同時控制無線電監(jiān)測與機體的飛行控制，減少了模塊數(shù)量，使其相互干擾降低；而且集成度高，體積縮減，功耗降低，電磁兼容性更好。
[0042]2、本實用新型的衛(wèi)星導航數(shù)據(jù)使用最方便，有效避免了多個處理單元之間衛(wèi)星導航數(shù)據(jù)相互調(diào)用，集成度高，體積縮減，功耗降低，更換方便。
[0043]3、本實用新型采用包括機體、接收天線、電子羅盤、無線電監(jiān)測接收單元、中央處理單元和導航模塊形成的空中無線電監(jiān)測智能機器人；不需要專業(yè)操作人員，操控簡單，風險低，智能化水平高，實現(xiàn)了空中無線電監(jiān)測智能機器人利用監(jiān)測結(jié)果自主規(guī)劃航跡來測定信號源的位置，更實現(xiàn)了智能化的空中無線電監(jiān)測。
[0044]4、本實用新型采用所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括用于躲避障礙的多組測距傳感器多組測距傳感器分別與中央處理單元連接，中央處理單元通過多組測距傳感器實時計算空間障礙物是否在機體的飛行航跡上，當中央處理單元計算出空間障礙物在機體的飛行航跡上時，中央處理單元控制機體避開空間障礙物?？捎行П苊饪罩袩o線電監(jiān)測智能機器人撞上空間障礙物，導致空中無線電監(jiān)測智能機器人損壞，影響空中無線電監(jiān)測任務，保證了空中無線電監(jiān)測智能機器人的安全飛行。
[0045]3、本實用新型采用所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括氣壓計、陀螺儀和加速度傳感器，所述中央處理單元分別與氣壓計、陀螺儀和加速度傳感器連接，中央處理單元通過氣壓計、陀螺儀和加速度傳感器自主校正機體的飛行姿態(tài)。氣壓計用于測量空中無線電監(jiān)測智能機器人的飛行高度，為控制單元提供高度參數(shù)；陀螺儀用于防止空中無線電監(jiān)測智能機器人飛行角速度出現(xiàn)偏差，可用于保持飛行方向，保持飛行穩(wěn)定；加速度傳感器控制空中無線電監(jiān)測智能機器人的飛行加速度，控制飛行穩(wěn)定。
[0046]4、本實用新型采用所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括用于進行電量檢測的電量傳感器，所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人包括用于為空中無線電監(jiān)測智能機器人供電的電源，所述電源分別與中央處理單元和電量傳感器連接，，所述電量傳感器與中央處理單元連接，所述中央處理單元通過電量傳感器持續(xù)檢測機體的當前剩余電量，并判斷當前電量是否足夠繼續(xù)飛行；當中央處理單元計算出當前剩余電量僅夠返回出發(fā)地或備降點時，中央處理單元控制機體執(zhí)行自動返航或備降。可在第一時間保護和收回空中無線電監(jiān)測智能機器人，有效避免空中無線電監(jiān)測智能機器人出現(xiàn)電量不足而丟失的情況發(fā)生。
[0047]5、本實用新型采用所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括降落傘開啟單元，降落傘開啟單元與中央處理單元連接，所述空中機器人設(shè)有降落傘，所述降落傘與降落傘開啟單元連接，中央處理單元通過降落傘開啟單元打開降落傘。降落傘和降落傘開啟單元的增設(shè)可在空中無線電監(jiān)測智能機器人發(fā)生機械故障下落時、電量耗盡下落時或者被不明物體擊中下落時，打開降落傘使其降落速度減小，安全降落，從而防止其摔壞，便于空中無線電監(jiān)測智能機器人的回收，有效防止數(shù)據(jù)丟失，還能節(jié)約空中監(jiān)測成本。
[0048]6、本實用新型采用所述接收天線為定向天線，定向天線和電子羅盤固連，定向天線和電子羅盤以相同角速度旋轉(zhuǎn)；或所述接收天線為測向天線陣。結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，而且制造成本低。
[0049]7、本實用新型采用所述飛行航跡為往測出的無線電信號源所在方向繼續(xù)飛行，飛行距離為Dl ;或飛行航跡為往測出的無線電信號源所在方向成夾角Θ i的方向繼續(xù)飛行，飛行距離為D2 ;再或飛行航跡為先往測出的無線電信號源所在方向繼續(xù)飛行，飛行距離為D3，再往測出的無線電信號源所在方向成夾角92的方向繼續(xù)飛行，飛行距離為D4。本實用新型采用了上述3種飛行航跡，通過監(jiān)測不同飛行航跡時飛行時空中無線電監(jiān)測智能機器人的位置變化、空中無線電監(jiān)測智能機器人測出的無線電信號強度電平變化和無線電信號源的方位計算無線電信號源的位置，實現(xiàn)了空中無線電監(jiān)測智能機器人利用測向結(jié)果自主規(guī)劃航跡來定位信號源的位置，更實現(xiàn)了智能化的空中無線電監(jiān)測。
[0050]8、本實用新型采用所述無線電監(jiān)測接收單元為頻譜分析儀或者監(jiān)測接收機。所述頻譜分析儀用于信號頻譜參數(shù)的測量，能以數(shù)字方式將測量結(jié)果傳送至數(shù)據(jù)接口 ；所述監(jiān)測接收機用于測量空中無線電信號的強度、頻率、帶寬等。
[0051]9、本實用新型采用所述中央處理單元為控制無線電監(jiān)測接收單元執(zhí)行無線電監(jiān)測指令，并處理和存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)的具有飛行控制功能的微處理器；或所述中央處理單元為控制無線電監(jiān)測接收單元執(zhí)行無線電監(jiān)測指令，并處理和存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)的具有飛行控制功能的手機或具有飛行控制功能的平板電腦，采用具有飛行控制功能的手機或具有飛行控制功能的平板電腦可以將空中無線電監(jiān)測智能機器人通過網(wǎng)絡(luò)與控制中心進行互動，實時提供當前監(jiān)測數(shù)據(jù)和環(huán)境信息，也方便了控制中心對空中無線電監(jiān)測智能機器人執(zhí)行空中無線電監(jiān)測任務進行觀察。
[0052]10、所述空中無線電監(jiān)測智能機器人的重量為6-12公斤，整個空中無線電監(jiān)測智能機器人的重量與現(xiàn)有技術(shù)的飛艇、直升機相比十分輕便，而且成本低，輕便的重量保證了空中無線電監(jiān)測智能機器人能順利執(zhí)行空中無線電監(jiān)測任務，能耗也低，特別適合在空中無線電監(jiān)測領(lǐng)域推廣和普及。
[0053]11、本實用新型的智能度高，在飛行過程中可以自動避開障礙物，任務完成后還可以自動返航或備降。
[0054]12、本實用新型不同于地面監(jiān)測測向，在空中進行無線電監(jiān)測不僅克服了反射、折射、繞射等的影響，還能通過自主規(guī)劃航跡來測量和計算出出無線電信號源的位置，對于查找異常的無線電信號源提供快捷的手段。
[0055]13、本實用新型的靈活性高。本實用新型采用在空中監(jiān)測，不受地面障礙物的阻擋，適用于城市、郊區(qū)或山地各種環(huán)境下的監(jiān)測。
[0056]14、本實用新型的監(jiān)測定位效率高。不同于地面車載式或手持式測向，由于空中無線電監(jiān)測智能機器人起飛、飛行速度較快，沒有道路限制和交通堵塞，且在空中能自然避免反射、折射、繞射的影響。
[0057]15、本實用新型提高了飛行安全和飛行效率，解決了現(xiàn)有技術(shù)普遍存在的操控難度大、風險高和智能化水平低等問題，同時還解決了現(xiàn)有的用于機載無線電監(jiān)測系統(tǒng)的無人機均無法根據(jù)監(jiān)測結(jié)果自主規(guī)劃無人機航跡來對無線電信號源進行定位的難題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0058]圖1為本實用新型用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0059]圖2為本實用新型實施例3用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0060]下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型進行進一步的說明:
[0061]實施例1:
[0062]用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人，包括:
[0063]用于飛行的機體；
[0064]用于獲取無線電信號的接收天線；
[0065]用于獲取接收天線所指方向，實時獲取該方向?qū)姆轿唤堑碾娮恿_盤；
[0066]用于接收無線電信號的無線電監(jiān)測接收單元；
[0067]用于調(diào)度監(jiān)測任務、控制機體飛行、調(diào)度無線電監(jiān)測接收單元、分析監(jiān)測數(shù)據(jù)和記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)的中央處理單元；
[0068]用于導航和自身定位的導航模塊；
[0069]所述接收天線、電子羅盤、無線電監(jiān)測接收單元、中央處理單元和導航模塊均安裝在機體上，所述中央處理單元分別與導航模塊、電子羅盤和無線電監(jiān)測接收單元連接，所述接收天線與無線電監(jiān)測接收單元連接，所述中央處理單元先通過測向測出無線電信號源所在方向，再利用測向結(jié)果通過飛行控制模塊控制機體的飛行航跡，最后根據(jù)繼續(xù)飛行過程中測量到的數(shù)據(jù)計算無線電信號源的位置。
[0070]本實用新型中,所述接收天線為定向天線,定向天線和電子羅盤固連,定向天線和電子羅盤以相同角速度旋轉(zhuǎn)。
[0071]本實用新型中，所述飛行航跡包括往測出的無線電信號源所在方向繼續(xù)飛行，飛行距離為Dl。
[0072]本實用新型中，所述無線電監(jiān)測接收單元為監(jiān)測接收機。
[0073]本實用新型中，所述中央處理單元為控制無線電監(jiān)測接收單元執(zhí)行無線電監(jiān)測指令、處理和存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)、控制機體飛行和任務調(diào)度的微處理器。
[0074]本實用新型中，所述空中無線電監(jiān)測智能機器人的重量為6公斤。
[0075]本實用新型在使用時采用 申請人:同時申請的一種空中無線電監(jiān)測方法:
[0076]該方法包括以下步驟:
[0077]I)輸入監(jiān)測定位參數(shù):監(jiān)測定位參數(shù)包括需要監(jiān)測的無線電信號參數(shù)、最大飛行距離Dmax、監(jiān)測起點高度Hmin和最大飛行高度Hmax ；
[0078]2)找出測向高度:升空后，空中無線電監(jiān)測智能機器人從監(jiān)測起點高度Hmin與最大飛行高度Hmax之間連續(xù)進行無線電信號強度檢測，直到測出無線電信號強度的最大值對應的高度H ；
[0079]3)航跡規(guī)劃和定位無線電信號源:在高度H處空中無線電監(jiān)測智能機器人先測出無線電信號源所在方向，空中無線電監(jiān)測智能機器人利用測出的無線電信號源所在方向自主規(guī)劃飛行航跡，根據(jù)繼續(xù)飛行過程中測量到的數(shù)據(jù)計算無線電信號源的位置。
[0080]所述航跡規(guī)劃和定位無線電信號源步驟中，在高度H、位置PO處空中無線電監(jiān)測智能機器人測出無線電信號強度電平SO和無線電信號源所在方向，空中無線電監(jiān)測智能機器人再沿測出的無線電信號源所在方向飛行距離Dl到達位置P1，在高度H、位置Pl處空中無線電監(jiān)測智能機器人測出無線電信號強度電平SI和方向；空中無線電監(jiān)測智能機器人根據(jù)無線電信號強度電平的變化量S1- SO和距離D1，按照電波傳播模型推算出無線電信號源的位置PS。
[0081]如果在Pl處測出的無線電信號源方向不變，則:
[0082]在電波傳播的自由空間模型下，Pl與無線電信號源的位置的距離=Dl/{[10(Sl-SO)/20]-1 }
[0083]在電波傳播的平面大地模型下，Pl與無線電信號源的位置的距離=Dl/{[10(Sl-SO)/40]-1 }
[0084]如果在Pl處測出的無線電信號源方向改變180度，則:
[0085]在自由空間模型下，Pl與無線電信號源的位置的距離
[0086]= Dl/{ [10 (Sl-SO)/20]+1 }
[0087]在平面大地模型下，Pl與無線電信號源的位置的距離
[0088]= Dl/{ [10 (Sl-SO)/40]+1 }
[0089]當飛行高度遠遠大于所監(jiān)測的電波波長時，采用電波傳播的自由空間模型；否則按平面大地模型。
[0090]實施例2:
[0091]用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人，其特征在于包括:
[0092]用于飛行的機體；
[0093]用于獲取無線電信號的接收天線；
[0094]用于獲取接收天線所指方向，實時獲取該方向?qū)姆轿唤堑碾娮恿_盤；
[0095]用于接收無線電信號的無線電監(jiān)測接收單元；
[0096]用于調(diào)度監(jiān)測任務、控制機體飛行、調(diào)度無線電監(jiān)測接收單元、分析和記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)的中央處理單元；
[0097]用于導航和自身定位的導航模塊；
[0098]所述接收天線、電子羅盤、無線電監(jiān)測接收單元、中央處理單元和導航模塊均安裝在機體上，所述中央處理單元分別與導航模塊、電子羅盤和無線電監(jiān)測接收單元連接，所述接收天線與無線電監(jiān)測接收單元連接，所述中央處理單元先通過測向測出無線電信號源所在方向，再利用測向結(jié)果通過飛行控制模塊控制機體的飛行航跡，最后根據(jù)繼續(xù)飛行過程中測量到的數(shù)據(jù)計算無線電信號源的位置。
[0099]本實用新型中，所述導航模塊為衛(wèi)星導航模塊。
[0100]本實用新型中，接收天線在不同高度將接收到需要監(jiān)測的無線電信號傳輸?shù)綗o線電監(jiān)測接收單元；無線電監(jiān)測接收單元將來自不同高度的無線電信號強度數(shù)據(jù)發(fā)送至中央處理單元；中央處理單元測出不同高度的無線電信號中無線電信號最強的高度；再在無線電信號強度最強的高度進行測向，測出無線電信號源所在方向，中央處理單元再根據(jù)測向結(jié)果自主控制機體的飛行，最后通過在飛行航跡上進一步監(jiān)測的數(shù)據(jù)計算出無線電信號源的位置。
[0101]本實用新型中，所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括一個用于躲避障礙的測距傳感器，所述測距傳感器與中央處理單元連接，中央處理單元通過測距傳感器實時計算空間障礙物是否在機體的飛行航跡上，當中央處理單元計算出空間障礙物在機體的飛行航跡上時，中央處理單元控制機體避開空間障礙物。可有效避免空中無線電監(jiān)測智能機器人撞上空間障礙物，導致空中無線電監(jiān)測智能機器人損壞，影響空中無線電監(jiān)測任務，保證了空中無線電監(jiān)測智能機器人的安全飛行。
[0102]所述測距傳感器為超聲波測距傳感器。
[0103]本實用新型中，所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括氣壓計、陀螺儀和加速度傳感器，所述中央處理單元分別與氣壓計、陀螺儀和加速度傳感器連接，中央處理單元通過氣壓計、陀螺儀和加速度傳感器自主校正機體的飛行姿態(tài)。氣壓計用于測量空中無線電監(jiān)測智能機器人的飛行高度，為控制單元提供高度參數(shù)；陀螺儀用于防止空中無線電監(jiān)測智能機器人飛行角速度出現(xiàn)偏差，可用于保持飛行方向，保持飛行穩(wěn)定；加速度傳感器控制空中無線電監(jiān)測智能機器人的飛行加速度，控制飛行穩(wěn)定。
[0104]本實用新型中，所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括用于進行電量檢測的電量傳感器，所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人包括用于為空中無線電監(jiān)測智能機器人供電的電源，所述電源分別與中央處理單元和電量傳感器連接，所述電量傳感器與中央處理單元連接，所述中央處理單元通過電量傳感器持續(xù)檢測機體的當前剩余電量，并判斷當前電量是否足夠繼續(xù)飛行；當中央處理單元計算出當前剩余電量僅夠返回出發(fā)地或備降點時，中央處理單元控制機體執(zhí)行自動返航或備降?？稍诘谝粫r間保護和收回空中無線電監(jiān)測智能機器人，有效避免空中無線電監(jiān)測智能機器人出現(xiàn)電量不足而丟失的情況發(fā)生。
[0105]本實用新型中，所述接收天線為定向天線，定向天線和電子羅盤固連，定向天線和電子羅盤以相同角速度旋轉(zhuǎn)。
[0106]本實用新型中，所述飛行航跡為往測出的無線電信號源所在方向成夾角Θ I的方向繼續(xù)飛行，飛行距離為D2。
[0107]本實用新型中，所述夾角Θ I的角度為O度< I Θ1|<90度。
[0108]本實用新型中，所述無線電監(jiān)測接收單元為監(jiān)測接收機。
[0109]本實用新型中，所述中央處理單元為控制無線電監(jiān)測接收單元執(zhí)行無線電監(jiān)測指令，、處理和存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)、控制機體飛行和任務調(diào)度的微處理器。
[0110]本實用新型中，所述空中無線電監(jiān)測智能機器人的重量為8公斤。
[0111]本實用新型在使用時采用 申請人:同時申請的一種空中無線電監(jiān)測方法:
[0112]該方法包括以下步驟:
[0113]I)輸入監(jiān)測定位參數(shù):監(jiān)測定位參數(shù)包括需要監(jiān)測的無線電信號參數(shù)、最大飛行距離Dmax、監(jiān)測起點高度Hmin和最大飛行高度Hmax ；
[0114]2)找出測向高度:升空后，空中無線電監(jiān)測智能機器人從監(jiān)測起點高度Hmin與最大飛行高度Hmax之間連續(xù)進行無線電信號強度檢測，直到測出無線電信號強度的最大值對應的高度H ；
[0115]3)航跡規(guī)劃和定位無線電信號源:在高度H處空中無線電監(jiān)測智能機器人先測出無線電信號源所在方向，空中無線電監(jiān)測智能機器人利用測出的無線電信號源所在方向自主規(guī)劃飛行航跡，根據(jù)繼續(xù)飛行過程中測量到的數(shù)據(jù)計算無線電信號源的位置。
[0116]所述航跡規(guī)劃和定位無線電信號源步驟中，在高度H、位置PO處空中無線電監(jiān)測智能機器人先測出無線電信號源所在方向I，空中無線電監(jiān)測智能機器人沿與無線電信號源所在方向I成夾角Θ I的方向飛行距離D2到達位置P3，在高度H、位置P3處空中無線電監(jiān)測智能機器人測出無線電信號源所在方向II ;空中無線電監(jiān)測智能機器人根據(jù)位置PO、方向I和位置P3、方向II交繪出無線電信號源的位置PS。
[0117]所述0度< I Θ I I < 90 度。
[0118]實施例3:
[0119]用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人，其特征在于包括:
[0120]用于飛行的機體；
[0121]用于獲取無線電信號的接收天線；
[0122]用于獲取接收天線所指方向，實時獲取該方向?qū)姆轿唤堑碾娮恿_盤；
[0123]用于接收無線電信號的無線電監(jiān)測接收單元；
[0124]用于控制機體飛行、對測向任務調(diào)度、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)的中央處理單元；
[0125]用于導航和自身定位的導航模塊；
[0126]所述接收天線、電子羅盤、無線電監(jiān)測接收單元、中央處理單元和導航模塊均安裝在機體上，所述中央處理單元分別與導航模塊、電子羅盤和無線電監(jiān)測接收單元連接，所述接收天線與無線電監(jiān)測接收單元連接，所述中央處理單元先通過測向測出無線電信號源所在方向，再利用測向結(jié)果通過飛行控制模塊控制機體的飛行航跡，最后根據(jù)繼續(xù)飛行過程中測量到的數(shù)據(jù)計算無線電信號源的位置。
[0127]本實用新型中，所述導航模塊為衛(wèi)星導航模塊。
[0128]本實用新型中，接收天線在不同高度將接收到需要監(jiān)測的無線電信號傳輸?shù)綗o線電監(jiān)測接收單元；無線電監(jiān)測接收單元將來自不同高度的無線電信號強度數(shù)據(jù)發(fā)送至中央處理單元；中央處理單元測出不同高度的無線電信號中無線電信號最強的高度；再在無線電信號強度最強的高度進行測向，測出無線電信號源所在方向，中央處理單元再根據(jù)測向結(jié)果自主控制機體飛行，最后根據(jù)繼續(xù)飛行過程中測量到的數(shù)據(jù)計算無線電信號源的位置。
[0129]本實用新型中，所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括三個用于躲避障礙的測距傳感器，所述每個測距傳感器分別與中央處理單元連接，中央處理單元通過三個測距傳感器實時計算空間障礙物是否在機體的飛行航跡上，當中央處理單元計算出空間障礙物在機體的飛行航跡上時，中央處理單元控制機體避開空間障礙物。可有效避免空中無線電監(jiān)測智能機器人撞上空間障礙物，導致空中無線電監(jiān)測智能機器人損壞，影響空中無線電監(jiān)測任務，保證了空中無線電監(jiān)測智能機器人的安全飛行。
[0130]所述測距傳感器為激光測距傳感器。
[0131]本實用新型中，所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括氣壓計、陀螺儀和加速度傳感器，所述中央處理單元分別與氣壓計、陀螺儀和加速度傳感器連接，中央處理單元通過氣壓計、陀螺儀和加速度傳感器自主校正機體的飛行姿態(tài)。氣壓計用于測量空中無線電監(jiān)測智能機器人的飛行高度，為控制單元提供高度參數(shù)；陀螺儀用于防止空中無線電監(jiān)測智能機器人飛行角方向出現(xiàn)偏差，可用于保持飛行方向，保持飛行穩(wěn)定；加速度傳感器控制空中無線電監(jiān)測智能機器人的飛行加速度，控制飛行穩(wěn)定。
[0132]本實用新型中，所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括用于進行電量檢測的電量傳感器，所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人包括用于為空中無線電監(jiān)測智能機器人供電的電源，所述電源分別與中央處理單元和電量傳感器連接，所述電量傳感器與中央處理單元連接，所述中央處理單元通過電量傳感器持續(xù)檢測機體的當前剩余電量，并判斷當前電量是否足夠繼續(xù)飛行；當中央處理單元計算出當前剩余電量僅夠返回出發(fā)地或備降點時，中央處理單元控制機體執(zhí)行自動返航或備降?？稍诘谝粫r間保護和收回空中無線電監(jiān)測智能機器人，有效避免空中無線電監(jiān)測智能機器人出現(xiàn)電量不足而丟失的情況發(fā)生。
[0133]所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括降落傘開啟單元，降落傘開啟單元與中央處理單元連接，所述空中機器人設(shè)有降落傘，所述降落傘與降落傘開啟單元連接，中央處理單元通過降落傘開啟單元打開降落傘。降落傘和降落傘開啟單元的增設(shè)可在空中無線電監(jiān)測智能機器人發(fā)生機械故障下落時、電量耗盡下落時或者被不明物體擊中下落時，打開降落傘使其降落速度減小，安全降落，從而防止其摔壞，便于空中無線電監(jiān)測智能機器人的回收，有效防止數(shù)據(jù)丟失，還能節(jié)約空中監(jiān)測成本。
[0134]本實用新型中，所述接收天線為定向天線，定向天線和電子羅盤固連，定向天線和電子羅盤以相同角速度旋轉(zhuǎn)。
[0135]本實用新型中，所述飛行航跡為先往測出的無線電信號源所在方向繼續(xù)飛行，飛行距離為D3，再往測出的無線電信號源所在方向成夾角Θ 2的方向繼續(xù)飛行，飛行距離為D4。
[0136]本實用新型中，所述夾角Θ 2的角度為O度< I Θ2|<90度。
[0137]本實用新型中，所述無線電監(jiān)測接收單元為監(jiān)測接收機。
[0138]本實用新型中，所述中央處理單元為控制無線電監(jiān)測接收單元執(zhí)行無線電監(jiān)測指令、處理和存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)、控制機體飛行和任務調(diào)度的微處理器。
[0139]本實用新型中，所述空中無線電監(jiān)測智能機器人的重量為12公斤。
[0140]本實用新型在使用時采用 申請人:同時申請的一種空中無線電監(jiān)測方法:
[0141]該方法包括以下步驟:
[0142]I)輸入監(jiān)測定位參數(shù):監(jiān)測定位參數(shù)包括需要監(jiān)測的無線電信號參數(shù)、最大飛行距離Dmax、監(jiān)測起點高度Hmin和最大飛行高度Hmax ；
[0143]2)找出測向高度:升空后，空中無線電監(jiān)測智能機器人從監(jiān)測起點高度Hmin與最大飛行高度Hmax之間連續(xù)進行無線電信號強度檢測，直到測出無線電信號強度的最大值對應的高度H ；
[0144]3)航跡規(guī)劃和定位無線電信號源:在高度H處空中無線電監(jiān)測智能機器人先測出無線電信號源所在方向，空中無線電監(jiān)測智能機器人利用測出的無線電信號源所在方向自主規(guī)劃飛行航跡，根據(jù)繼續(xù)飛行過程中測量到的數(shù)據(jù)計算無線電信號源的位置。
[0145]所述航跡規(guī)劃和定位無線電信號源步驟中，在高度H、位置PO處空中無線電監(jiān)測智能機器人先測出無線電信號強度電平SO和信號源所在方向I ;空中無線電監(jiān)測智能機器人再沿無線電信號源所在方向I飛行距離D3到達位置P4，在高度H、位置P4處空中無線電監(jiān)測智能機器人測出無線電信號強度電平S4和方向II，空中無線電監(jiān)測智能機器人再根據(jù)無線電信號強度電平的變化量S4-S0和距離D3按照電波傳播模型推算出無線電信號源的位置PSl ;空中無線電監(jiān)測智能機器人再沿與無線電信號源所在方向I成夾角Θ 2的方向飛行距離D4到達位置P5，在高度H、位置P5處空中無線電監(jiān)測智能機器人再測出無線電信號源所在方向III，空中無線電監(jiān)測智能機器人再根據(jù)位置PO、方向I和位置P5、方向III的交繪出無線電信號源的位置PS2;空中無線電監(jiān)測智能機器人將無線電信號源的位置PSl和無線電信號源的位置PS2通過加權(quán)計算得出更準確的無線電信號源位置PS。
[0146]優(yōu)選地，通過推算出的無線電信號源的位置PSl來估算夾角Θ 2的角度范圍，可以提高交繪定位的精度，得到更準確的無線電信號源的位置PS2。
[0147]所述30度< I Θ 2 I < 60度，PO和P5之間的直線距離為D5。
[0148]如果在P4處測出的無線電信號源方向不變，則
[0149]在電波傳播的自由空間模型下，P4與無線電信號源的位置PSl的距離=D3/{[10(S4-S0)/20]-l }
[0150]在電波傳播的平面大地模型下，P4與無線電信號源的位置PSl的距離=D3/{[10(S4-S0)/40]-l }
[0151]如果在P4處測出的無線電信號源方向改變180度，則
[0152]在自由空間模型下，P4與無線電信號源的位置PSl的距離
[0153]= D3/{ [10(S4-S0)/20]+l }
[0154]在平面大地模型下，P4與無線電信號源的位置PSl的距離
[0155]= D3/{ [10(S4-S0)/40]+l }。
[0156]實施例4:
[0157]與實施例1、2、3的不同之處在于:本實用新型中，所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括五個用于躲避障礙的測距傳感器。
【權(quán)利要求】
1.用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人，其特征在于包括: 用于飛行的機體； 用于獲取無線電信號的接收天線； 用于獲取接收天線所指方向，實時獲取該方向?qū)姆轿唤堑碾娮恿_盤； 用于接收無線電信號的無線電監(jiān)測接收單元； 用于調(diào)度監(jiān)測任務、控制機體飛行、調(diào)度無線電監(jiān)測接收單元、分析和記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)的中央處理單元； 用于導航和自身定位的導航模塊； 所述接收天線、電子羅盤、無線電監(jiān)測接收單元、中央處理單元和導航模塊均安裝在機體上，所述中央處理單元分別與導航模塊、電子羅盤和無線電監(jiān)測接收單元連接，所述接收天線與無線電監(jiān)測接收單元連接，所述中央處理單元先通過測向測出無線電信號源所在方向，再利用測向結(jié)果通過飛行控制模塊控制機體的飛行航跡，最后根據(jù)繼續(xù)飛行過程中測量到的數(shù)據(jù)計算無線電信號源的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人，其特征在于:所述空中智能機器人的重量為6-12公斤。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人，其特征在于:接收天線在不同高度將接收到需要監(jiān)測的無線電信號傳輸?shù)綗o線電監(jiān)測接收單元；無線電監(jiān)測接收單元將來自不同高度的無線電信號強度數(shù)據(jù)發(fā)送至中央處理單元；中央處理單元測出不同高度的無線電信號中無線電信號最強的高度；再在無線電信號強度最強的高度進行測向，測出無線電信號源所在方向；中央處理單元先通過測向測出無線電信號源所在方向，再根據(jù)測向結(jié)果控制機體飛行，最后根據(jù)繼續(xù)飛行過程中測量到的數(shù)據(jù)計算無線電信號源的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人，其特征在于:所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括至少一個用于躲避障礙的測距傳感器，所述測距傳感器與中央處理單元連接，中央處理單元通過測距傳感器實時計算空間障礙物是否在機體的飛行航跡上，當中央處理單元計算出空間障礙物在機體的飛行航跡上時，中央處理單元控制機體避開空間障礙物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人，其特征在于:所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括氣壓計、陀螺儀和加速度傳感器，所述中央處理單元分別與氣壓計、陀螺儀和加速度傳感器連接，中央處理單元通過氣壓計、陀螺儀和加速度傳感器自主校正機體的飛行姿態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人，其特征在于:所述無線電監(jiān)測系統(tǒng)還包括用于進行電量檢測的電量傳感器，所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人包括用于為空中無線電監(jiān)測智能機器人供電的電源，所述電源分別與中央處理單元和電量傳感器連接，所述電量傳感器與中央處理單元連接，所述中央處理單元通過電量傳感器持續(xù)檢測機體的當前剩余電量，并判斷當前電量是否足夠繼續(xù)飛行；當中央處理單元計算出當前剩余電量僅夠返回出發(fā)地或備降點時，中央處理單元控制機體執(zhí)行自動返航或備降。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人，其特征在于:所述用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人還包括降落傘開啟單元，降落傘開啟單元與中央處理單元連接，所述空中機器人設(shè)有降落傘，所述降落傘與降落傘開啟單元連接，中央處理單元通過降落傘開啟單元打開降落傘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人，其特征在于:所述接收天線為定向天線，定向天線和電子羅盤固連，定向天線和電子羅盤以相同角速度旋轉(zhuǎn)；或所述接收天線為測向天線陣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人，其特征在于:所述飛行航跡為往測出的無線電信號源所在方向繼續(xù)飛行，飛行距離為Dl ;或飛行航跡為往測出的無線電信號源所在方向成夾角Θ I的方向繼續(xù)飛行，飛行距離為D2 ;再或飛行航跡為先往測出的無線電信號源所在方向繼續(xù)飛行，飛行距離為D3，再往測出的無線電信號源所在方向成夾角Θ 2的方向繼續(xù)飛行，飛行距離為D4。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線電監(jiān)測的空中智能機器人，其特征在于:所述無線電監(jiān)測接收單元為頻譜分析儀、監(jiān)測接收機；所述中央處理單元為控制無線電監(jiān)測接收單元執(zhí)行無線電監(jiān)測指令、處理和存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)、控制機體飛行和任務調(diào)度的微處理器；所述導航模塊為衛(wèi)星導航模塊。
【文檔編號】G01S5/02GK204203456SQ201420667946
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】崔鎧韜, 馬方立, 裴崢, 孔明明, 何永東, 白宇軍, 邱承躍 申請人:西華大學, 成都點陣科技有限公司