一种基于实时嵌入式控制系统的无人机通信干扰对抗方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于实时嵌入式控制系统的无人机通信干扰对抗方法，属于无人 机通信对抗技术领域。
【背景技术】
[0002] 通信对抗是电子对抗的重要组成部分。无线电通信干扰是针对对方无线电通信而 采取的干扰措施。由于无线电通信的媒介一电磁波具有一个特性：当两个或多个相同频率 的电磁波共同工作时，接收设备将收到这两个或多个信号的迭加，从而使接收信号模糊不 清。利用电磁波的这个特性，通过无线电干扰设备发射与对方电子信号频率相同的干扰信 号，可以使对方的无线电接收设备失灵。通信干扰通常包括掩盖真信息和制造假信息两个 方面。通信干扰是通信对抗领域中使用最广泛、作用最大的电子进攻手段。实施有效的通 信对抗，可降低敌方的通信、指挥效能。
[0003] 传统的通信对抗主要着眼于地面的电子通信对抗，其局限性在现代通信战争中愈 发明显，传统地面通信对抗技术一直存在干扰敌我双方通信的矛盾问题，而且地面通信干 扰，采用的天线要按需调节。当定向侦察时使用定向天线。在短波波段，天线尺寸较大，菱 形和对数周期天线在固定台中使用较为普遍；但在移动使用时，就很难实现，只能以鞭状天 线为主。在超短波、微波波段，抛物面反射体天线和对数周期天线应用广泛。使用定向天线， 可以增加天线的增益，改善接收效果，但在方向上有局限性，有时只能使用低增益的全向天 线，因此其天线调节工序复杂，无法达到无人机高空电波传播的升空增益。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种基于实时嵌入式控制系统的无人机通信干扰对抗方法，以用于 解决传统地面通信对抗技术干扰敌我双方，天线调节工序复杂，以及无法达到高空电波传 播增益的问题。
[0005] 本发明所述基于实时嵌入式控制系统的无人机通信干扰对抗方法的具体步骤如 下：
[0006] Stepl、构建无人机天线模型：利用无人机侧翼本身的大尺寸构成共形阵天线来作 为无人机天线模型；由于常规的VNF干扰天线在无人机机体上安装比较困难，因此采用共 形阵天线，即利用无人机侧翼本身的大尺寸构成共形阵天线，有效的增大辐射面积，提高天 线效率；
[0007] Step2、利用时域有限差分法分析天线特性：
[0008] Step3、求取固定于坐标系中天线在远区某一距离球面上的电场分布：对于某一时 刻的地面坐标系\中处于任意姿态的无人机天线，它在机体坐标系S b中的位置是固定的， 因此在机体坐标系中用时域有限差分法计算得到它在某一工作频率下的远区球面上的电 场分布；
[0009] Step4、再利用坐标变换，将上面求得的值转换为天线处于任意姿态时的电场分 布：其中，前提是定义地面坐标系〇xg，yg，zg(Sg，）和机体坐标系O bxbybzb(Sb)，则两个坐标系 之间的关系由无人机三个飞行姿态来确定：偏航角α、俯仰角β和滚转角γ，其方向都 以沿相应坐标右旋转为正，记以上三个姿态角变换所对应的基元旋转矩阵分别为L gbz ( α )、 Lgby ( β )和Lgbx ( γ )，则从机体坐标系Sb到地面坐标系S ,坐标变换矩阵Lgb ( α，β，γ ) 为：
[0010]
[0011] 根据上面的坐标变换公式，即能求得无人机天线在任意姿态时的电场分布；
[0012] Step5、最后将球面上的电场分布转换到地面，得出地面坐标与有效干扰功率的 对应关系：在地面坐标系Sg中，N点的坐标为（X g, yg, zg)，记ON与地面的交点N。坐标为 (xg。，yg。，z g。)，则有zg。= -h，h为无人机飞行高度，根据三角形等比关系得：
[0013]
[0014] 由于地空之间的电波传播方式视为自由空间，远区电场与传播距离成反比，根据 这个关系将地面N点的电场转换到N。点，其分量列阵为（E。) g有：
[0015]
[0016] 通过上述变换，求得地面坐标系S1^ z为地面上XgO和ygO与电场EO的对应关 系，即得到了地面上的场强分布；
[0017] Step6、调节无人机飞行姿态进行地面通信干扰：根据地面接收天线的方向性，结 合上面计算得到的地面上的场强分布，用于调节无人机飞行姿态，进行有效、最大化的干扰 敌方通信系统。
[0018] 所述步骤Step2中，利用时域有限差分法分析天线特性的具体步骤为：
[0019] Step2. 1、利用共形网格技术对天线边界时域有限差分网格不重合部分进行修 正；
[0020] Step2. 2、利用细导线时域有限差分法对加载细线部分进行处理；
[0021] St印2. 3、激励源设置采用附加激励的缝隙馈电法；
[0022] St印2. 4、在有限区域内进行递推计算，采用Berenger完全匹配层吸收边界条件；
[0023] Step2. 5、计算天线福射方向图。
[0024] 本发明的有益效果是：本发明采用时域有限差分法，结合天线不对称性，针对构建 的无人机天线模型进行分析、处理和计算，得出天线最大辐射方向为长臂一端，再根据坐标 变换将天线处于任意姿态时的电场分布转换到地面，从而可以有效准确的调节无人机飞行 姿态，以实现无人机对地面通信系统干扰效果的最大化，有效的避免了传统地面通信对抗 的弊端，在无人机通信对抗领域有着较高的应用价值。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明的流程图；
[0026] 图2为本发明的无人机天线模型图；
[0027] 图3为本发明的无人机坐标系图。
【具体实施方式】
[0028] 实施例1 :如图1-3所示，一种基于实时嵌入式控制系统的无人机通信干扰对抗方 法，所述基于实时嵌入式控制系统的无人机通信干扰对抗方法的具体步骤如下：
[0029] Stepl、构建无人机天线模型：利用无人机侧翼本身的大尺寸构成共形阵天线来作 为无人机天线模型；由于常规的VNF干扰天线在无人机机体上安装比较困难，因此采用共 形阵天线，即利用无人机侧翼本身的大尺寸构成共形阵天线，有效的增大辐射面积，提高天 线效率；
[0030] Step2、利用时域有限差分法分析天线特性：
[0031] Step3、求取固定于坐标系中天线在远区某一距离球面上的电场分布：对于某一时 刻的地面坐标系\中处于任意姿态的无人机天线，它在机体坐标系S b中的位置是固定的， 因此在机体坐标系中用时域有限差分法计算得到它在某一工作频率下的远区球面上的电 场分布；
[0032] Step4、再利用坐标变换，将上面求得的值转换为天线处于任意姿态时的电场分 布：其中，前提是定义地面坐标系〇xg，y g，zg(Sg，）和机体坐标系0bxby bzb(Sb)，则两个坐标系 之间的关系由无人机三个飞行姿态来确定：偏航角α、俯仰角β和滚转角γ，其方向都 以沿相应坐标右旋转为正，记以上三个姿态角变换所对应的基元旋转矩阵分别为L gbz ( α )、 Lgby ( β )和Lgbx ( γ )，则从机体坐标系Sb到地面坐标系S ,坐标变换矩阵Lgb ( α，β，γ ) 为：
[0033] Lgb(a, β, γ) = Lgbz ( a ) Lgby ( β ) Lgbx ( γ )
[0034] 根据上面的坐标变换公式，即能求得无人机天线在任意姿态时的电场分布；
[0035] Step5、最后将球面上的电场分布转换到地面，得出地面坐标与有效干扰功率的 对应关系：在地面坐标系Sg中，N点的坐标为（X g, yg, zg)，记ON与地面的交点N。坐标为 (xg。，yg。，z g。)，则有zg。= -h，h为无人机飞行高度，根据三角形等比关系得：
[0036]
[0037] 由于地空之间的电波传播方式视为自由空间，远区电场与传播距离成反比，根据 这个关系将地面N点的电场转换到N。点，其分量列阵为（E。) g有：
[0038]
[0039] 通过上述变换，求得地面坐标系Sg* z为地面上XgO和ygO与电场EO的对应关 系，即得到了地面上的场强分布；
[0040] Step6、调节无人机飞行姿态进行地面通信干扰：根据地面接收天线的方向性，结 合上面计算得到的地面上的场强分布，用于调节无人机飞行姿态，进行有效、最大化的干扰 敌方通信系统。
[0041] 所述步骤Step2中，利用时域有限差分法分析天线特性的具体步骤为：
[0042] Step2. 1、利用共形网格技术对天线边界时域有限差分网格不重合部分进行修 正；
[0043] Step2. 2、利用细导线时域有限差分法对加载细线部分进行处理；
[0044] St印2. 3、激励源设置采用附加激励的缝隙馈电法；
[0045] Step2. 4、在有限区域内进行递推计算，采用Berenger完全匹配层吸收边界条件；
[0046] Step2. 5、计算天线福射方向图。
[0047] 实施例2 :如图1-3所示，一种基于实时嵌入式控制系统的无人机通信干扰对抗方 法，所述基于实时嵌入式控制系统的无人机通信干扰对抗方法的具体步骤如下：
[0048] StepU构建无人机天线模型：利用无人机侧翼本身的大尺寸构成共形阵天线来作 为无人机天线模型；由于常规的VNF干扰天线在无人机机体上安装比较困难，因此采用共 形阵天线，即利用无人机侧翼本身的大尺寸构成共形阵天线，有效的增大辐射面积，提高天 线效率；
[0049] Step2、利用时域有限差分法分析天线特性：
[0050] Step3、求取固定于坐标系中天线在远区某一距离球面上的电场分布：对于某一时 刻的地面坐标系\中处于任意姿态的无人机天线，它在机体坐标系S b中的位置是固定的， 因此在机体坐标系中用时域有限差分法计算得到它在某一工作频率下的远区球面上的电 场分布；
[0051] Step4、再利用坐标变换，将上面求得的值转换为天线处于任意姿态时的电场分 布：其中，前提是定义地面坐标系〇xg，y g，zg(Sg，）和机体坐标系0bxby bzb(Sb)，则两个坐标系 之间的关系由无人机三个飞行姿态来确定：偏航角α、俯仰角β和滚转角γ，其方向都 以沿相应坐标右旋转为正，记以上三个姿态角变换所对应的基元旋转矩阵分别为L gbz ( α )、 Lgby ( β )和Lgbx ( γ )，则从机体坐标系Sb到地面坐标系S ,坐标变换矩阵Lgb ( α，β，γ ) 为：
[0052] Lgb ( α，β，γ ) = Lgbz ( α ) Lgby ( β ) Lgbx ( γ )
[0053] 根据上面的坐标变换公式，即能求得无人机天线在任意姿态时的电场分布；
[0054] Step5、最后将球面上的电场分布转换到地面，得出地面坐标与有效干扰功率的 对应关系：在地面坐标系Sg中，N点的坐标为（X g, yg,