一種基于實時嵌入式控制系統(tǒng)的無人機通信干擾對抗方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于實時嵌入式控制系統(tǒng)的無人機通信干擾對抗方法，屬于無人 機通信對抗技術領域。
【背景技術】
[0002] 通信對抗是電子對抗的重要組成部分。無線電通信干擾是針對對方無線電通信而 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特性：當兩個或多個相同頻率 的電磁波共同工作時，接收設備將收到這兩個或多個信號的迭加，從而使接收信號模糊不 清。利用電磁波的這個特性，通過無線電干擾設備發(fā)射與對方電子信號頻率相同的干擾信 號，可以使對方的無線電接收設備失靈。通信干擾通常包括掩蓋真信息和制造假信息兩個 方面。通信干擾是通信對抗領域中使用最廣泛、作用最大的電子進攻手段。實施有效的通 信對抗，可降低敵方的通信、指揮效能。
[0003] 傳統(tǒng)的通信對抗主要著眼于地面的電子通信對抗，其局限性在現(xiàn)代通信戰(zhàn)爭中愈 發(fā)明顯，傳統(tǒng)地面通信對抗技術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)。當定向偵察時使用定向天線。在短波波段，天線尺寸較大，菱 形和對數(shù)周期天線在固定臺中使用較為普遍；但在移動使用時，就很難實現(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數(shù)周期天線應用廣泛。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，有時只能使用低增益的全向天 線，因此其天線調(diào)節(jié)工序復雜，無法達到無人機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時嵌入式控制系統(tǒng)的無人機通信干擾對抗方法，以用于 解決傳統(tǒng)地面通信對抗技術干擾敵我雙方，天線調(diào)節(jié)工序復雜，以及無法達到高空電波傳 播增益的問題。
[0005] 本發(fā)明所述基于實時嵌入式控制系統(tǒng)的無人機通信干擾對抗方法的具體步驟如 下：
[0006] Stepl、構(gòu)建無人機天線模型：利用無人機側(cè)翼本身的大尺寸構(gòu)成共形陣天線來作 為無人機天線模型；由于常規(guī)的VNF干擾天線在無人機機體上安裝比較困難，因此采用共 形陣天線，即利用無人機側(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、利用時域有限差分法分析天線特性：
[0008] Step3、求取固定于坐標系中天線在遠區(qū)某一距離球面上的電場分布：對于某一時 刻的地面坐標系\中處于任意姿態(tài)的無人機天線，它在機體坐標系S b中的位置是固定的， 因此在機體坐標系中用時域有限差分法計算得到它在某一工作頻率下的遠區(qū)球面上的電 場分布；
[0009] Step4、再利用坐標變換，將上面求得的值轉(zhuǎn)換為天線處于任意姿態(tài)時的電場分 布：其中，前提是定義地面坐標系〇xg，yg，zg(Sg，）和機體坐標系O bxbybzb(Sb)，則兩個坐標系 之間的關系由無人機三個飛行姿態(tài)來確定：偏航角α、俯仰角β和滾轉(zhuǎn)角γ，其方向都 以沿相應坐標右旋轉(zhuǎn)為正，記以上三個姿態(tài)角變換所對應的基元旋轉(zhuǎn)矩陣分別為L gbz ( α )、 Lgby ( β )和Lgbx ( γ )，則從機體坐標系Sb到地面坐標系S ,坐標變換矩陣Lgb ( α，β，γ ) 為：
[0010]
[0011] 根據(jù)上面的坐標變換公式，即能求得無人機天線在任意姿態(tài)時的電場分布；
[0012] Step5、最后將球面上的電場分布轉(zhuǎn)換到地面，得出地面坐標與有效干擾功率的 對應關系：在地面坐標系Sg中，N點的坐標為（X g, yg, zg)，記ON與地面的交點N。坐標為 (xg。，yg。，z g。)，則有zg。= -h，h為無人機飛行高度，根據(jù)三角形等比關系得：
[0013]
[0014] 由于地空之間的電波傳播方式視為自由空間，遠區(qū)電場與傳播距離成反比，根據(jù) 這個關系將地面N點的電場轉(zhuǎn)換到N。點，其分量列陣為（E。) g有：
[0015]
[0016] 通過上述變換，求得地面坐標系S1^ z為地面上XgO和ygO與電場EO的對應關 系，即得到了地面上的場強分布；
[0017] Step6、調(diào)節(jié)無人機飛行姿態(tài)進行地面通信干擾：根據(jù)地面接收天線的方向性，結(jié) 合上面計算得到的地面上的場強分布，用于調(diào)節(jié)無人機飛行姿態(tài)，進行有效、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)格技術對天線邊界時域有限差分網(wǎng)格不重合部分進行修 正；
[0020] Step2. 2、利用細導線時域有限差分法對加載細線部分進行處理；
[0021] St印2. 3、激勵源設置采用附加激勵的縫隙饋電法；
[0022] St印2. 4、在有限區(qū)域內(nèi)進行遞推計算，采用Berenger完全匹配層吸收邊界條件；
[0023] Step2. 5、計算天線福射方向圖。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用時域有限差分法，結(jié)合天線不對稱性，針對構(gòu)建 的無人機天線模型進行分析、處理和計算，得出天線最大輻射方向為長臂一端，再根據(jù)坐標 變換將天線處于任意姿態(tài)時的電場分布轉(zhuǎn)換到地面，從而可以有效準確的調(diào)節(jié)無人機飛行 姿態(tài)，以實現(xiàn)無人機對地面通信系統(tǒng)干擾效果的最大化，有效的避免了傳統(tǒng)地面通信對抗 的弊端，在無人機通信對抗領域有著較高的應用價值。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明的無人機天線模型圖；
[0027] 圖3為本發(fā)明的無人機坐標系圖。
【具體實施方式】
[0028] 實施例1 :如圖1-3所示，一種基于實時嵌入式控制系統(tǒng)的無人機通信干擾對抗方 法，所述基于實時嵌入式控制系統(tǒng)的無人機通信干擾對抗方法的具體步驟如下：
[0029] Stepl、構(gòu)建無人機天線模型：利用無人機側(cè)翼本身的大尺寸構(gòu)成共形陣天線來作 為無人機天線模型；由于常規(guī)的VNF干擾天線在無人機機體上安裝比較困難，因此采用共 形陣天線，即利用無人機側(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、利用時域有限差分法分析天線特性：
[0031] Step3、求取固定于坐標系中天線在遠區(qū)某一距離球面上的電場分布：對于某一時 刻的地面坐標系\中處于任意姿態(tài)的無人機天線，它在機體坐標系S b中的位置是固定的， 因此在機體坐標系中用時域有限差分法計算得到它在某一工作頻率下的遠區(qū)球面上的電 場分布；
[0032] Step4、再利用坐標變換，將上面求得的值轉(zhuǎn)換為天線處于任意姿態(tài)時的電場分 布：其中，前提是定義地面坐標系〇xg，y g，zg(Sg，）和機體坐標系0bxby bzb(Sb)，則兩個坐標系 之間的關系由無人機三個飛行姿態(tài)來確定：偏航角α、俯仰角β和滾轉(zhuǎn)角γ，其方向都 以沿相應坐標右旋轉(zhuǎn)為正，記以上三個姿態(tài)角變換所對應的基元旋轉(zhuǎn)矩陣分別為L gbz ( α )、 Lgby ( β )和Lgbx ( γ )，則從機體坐標系Sb到地面坐標系S ,坐標變換矩陣Lgb ( α，β，γ ) 為：
[0033] Lgb(a, β, γ) = Lgbz ( a ) Lgby ( β ) Lgbx ( γ )
[0034] 根據(jù)上面的坐標變換公式，即能求得無人機天線在任意姿態(tài)時的電場分布；
[0035] Step5、最后將球面上的電場分布轉(zhuǎn)換到地面，得出地面坐標與有效干擾功率的 對應關系：在地面坐標系Sg中，N點的坐標為（X g, yg, zg)，記ON與地面的交點N。坐標為 (xg。，yg。，z g。)，則有zg。= -h，h為無人機飛行高度，根據(jù)三角形等比關系得：
[0036]
[0037] 由于地空之間的電波傳播方式視為自由空間，遠區(qū)電場與傳播距離成反比，根據(jù) 這個關系將地面N點的電場轉(zhuǎn)換到N。點，其分量列陣為（E。) g有：
[0038]
[0039] 通過上述變換，求得地面坐標系Sg* z為地面上XgO和ygO與電場EO的對應關 系，即得到了地面上的場強分布；
[0040] Step6、調(diào)節(jié)無人機飛行姿態(tài)進行地面通信干擾：根據(jù)地面接收天線的方向性，結(jié) 合上面計算得到的地面上的場強分布，用于調(diào)節(jié)無人機飛行姿態(tài)，進行有效、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)格技術對天線邊界時域有限差分網(wǎng)格不重合部分進行修 正；
[0043] Step2. 2、利用細導線時域有限差分法對加載細線部分進行處理；
[0044] St印2. 3、激勵源設置采用附加激勵的縫隙饋電法；
[0045] Step2. 4、在有限區(qū)域內(nèi)進行遞推計算，采用Berenger完全匹配層吸收邊界條件；
[0046] Step2. 5、計算天線福射方向圖。
[0047] 實施例2 :如圖1-3所示，一種基于實時嵌入式控制系統(tǒng)的無人機通信干擾對抗方 法，所述基于實時嵌入式控制系統(tǒng)的無人機通信干擾對抗方法的具體步驟如下：
[0048] StepU構(gòu)建無人機天線模型：利用無人機側(cè)翼本身的大尺寸構(gòu)成共形陣天線來作 為無人機天線模型；由于常規(guī)的VNF干擾天線在無人機機體上安裝比較困難，因此采用共 形陣天線，即利用無人機側(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、利用時域有限差分法分析天線特性：
[0050] Step3、求取固定于坐標系中天線在遠區(qū)某一距離球面上的電場分布：對于某一時 刻的地面坐標系\中處于任意姿態(tài)的無人機天線，它在機體坐標系S b中的位置是固定的， 因此在機體坐標系中用時域有限差分法計算得到它在某一工作頻率下的遠區(qū)球面上的電 場分布；
[0051] Step4、再利用坐標變換，將上面求得的值轉(zhuǎn)換為天線處于任意姿態(tài)時的電場分 布：其中，前提是定義地面坐標系〇xg，y g，zg(Sg，）和機體坐標系0bxby bzb(Sb)，則兩個坐標系 之間的關系由無人機三個飛行姿態(tài)來確定：偏航角α、俯仰角β和滾轉(zhuǎn)角γ，其方向都 以沿相應坐標右旋轉(zhuǎn)為正，記以上三個姿態(tài)角變換所對應的基元旋轉(zhuǎn)矩陣分別為L gbz ( α )、 Lgby ( β )和Lgbx ( γ )，則從機體坐標系Sb到地面坐標系S ,坐標變換矩陣Lgb ( α，β，γ ) 為：
[0052] Lgb ( α，β，γ ) = Lgbz ( α ) Lgby ( β ) Lgbx ( γ )
[0053] 根據(jù)上面的坐標變換公式，即能求得無人機天線在任意姿態(tài)時的電場分布；
[0054] Step5、最后將球面上的電場分布轉(zhuǎn)換到地面，得出地面坐標與有效干擾功率的 對應關系：在地面坐標系Sg中，N點的坐標為（X g, yg,