本公开涉及飞行器超视距通讯和安全监测技术领域，尤其涉及一种超音速无人机超视距通讯和安全控制系统。
背景技术：
随着人类航空进入超音速时代，超音速无人机也应运而生，其具有小展弦比、机动性能高、隐身性能好等特点。它最早作为靶机在部队训练和新武器试验定型中起到了不可替代的作用。由于第四代超音速战斗机具备超音速巡航、超机敏性和低可探测性等特点，其对现有防空武器系统的战技术性能提出了更高的挑战，也对如何有效的模拟这些空中目标提出了更高的要求。因此研制能够有效模拟第四代战斗机速度-高度特性、机动特性和隐身特性的高性能靶机成为了研制防空武器系统中的关键环节。
随着航空技术的进步以及气动设计的不断优化，航空飞行器的巡航速度、续航半径、续航时间都有显著的提升。同亚音速无人机相比，超音速无人机的整体战术技术指标有更一步的提高，包括隐身性能更好、飞行性能和机动性能更高，飞行包线更加宽广，机载设备更加先进，武器更加强大，航程和作战半径更远，能够执行更加广泛任务等。
然而，在实现本公开的过程中，本申请发明人发现，目前已有的视距监控系统包括无线数传系统、无线图传系统以及2.4g手持遥控系统等，有效监测范围从100m到300km不等，一般有效距离在100km以内。超音速无人机的航程半径一般可达1000km左右，现有的视距通讯系统由于监测范围的有限性，已经无法满足超音速无人机巡航速度和续航半径的要求，无法有效实现超音速无人机实时的遥控遥调、参数调整、数据回传以及安全监测等；并且在超音速无人机遇到紧急突发情况(例如：包括空中停车、姿态失稳、信号遮挡等)时，无法有效控制超音速无人机实现应急开伞、紧急迫降以及航线调整等动作，容易导致超音速无人机机体损坏、设备损伤、人身伤害等各种突发性安全问题。
公开内容
(一)要解决的技术问题
基于上述技术问题，本公开提供一种超音速无人机超视距通讯和安全控制系统，以缓解现有的视距通讯系统由于监测范围的有限性，无法满足超音速无人机巡航速度和续航半径的要求，无法有效实现超音速无人机实时的遥控遥调、参数调整、数据回传以及安全监测等供能；并且在超音速无人机遇到紧急突发情况时，无法有效控制超音速无人机实现应急开伞以及紧急迫降等动作，容易导致超音速无人机机体损坏、设备损伤、人身伤害等各种突发性安全问题。
(二)技术方案
本公开提供一种超音速无人机超视距通讯和安全控制系统，包括：远程控制子系统，设置在无人机上，其通过铱星通讯网络发送遥测信息和安全监测信息，接收并解析遥控遥调指令和应急指令；安全控制子系统，设置在无人机上，与发动机和降落伞连接，且与所述远程控制子系统连接，用于在所述远程控制子系统故障时，实现发动机关车、降落伞应急开伞和所述遥测信息及所述安全监测信息回传；以及地面控制子系统，其通过所述铱星通讯网络接收并处理所述远程控制子系统传输的所述遥测信息和所述安全监测信息，并向所述远程控制子系统发送所述遥控遥调指令和所述应急指令。
在本公开的一些实施例中，其中：所述远程控制子系统包括：铱星通讯天线，其与所述铱星通讯网络连接，用于发送所述遥测信息和所述安全监测信息，并接收所述遥控遥调指令和所述应急指令；所述地面控制子系统包括：地面铱星通讯天线，其与所述铱星通讯网络连接，用于接收所述遥测信息和所述安全监测信息，并发送所述遥控遥调指令和所述应急指令。
在本公开的一些实施例中，其中：所述远程控制子系统还包括：机载收发装置，与所述铱星通讯天线连接，用于数据传输及格式转换；以及主控计算机，与所述机载收发装置连接，用于对所述机载收发装置传输的所述遥控遥调指令和所述应急指令进行解析处理，并将采集的所述遥测信息和所述安全监测信息发送至所述机载收发装置；所述安全控制子系统包括：安全控制装置，其中：所述安全控制装置与所述主控计算机连接，且与所述主控计算机定时收发数据，接收并备份存储所述主控计算机回传的所述遥测信息和所述安全监测信息，并根据其与所述主控计算机的通讯数据判断主控计算机的工作状态，判断是否需要介入无人机的应急控制；所述安全控制装置与所述发动机和所述降落伞连接，其在所述主控计算机出现故障时，实现发动机关车与降落伞应急开伞；所述安全控制装置还与所述机载收发装置连接，用于在所述主控计算机故障时，将备份存储的所述遥测信息和所述安全监测信息发送至所述地面控制子系统。
在本公开的一些实施例中，其中：所述机载收发装置将所述遥测信息和所述安全监测信息转换成用于铱星通讯网络传输的数据流，并通过所述铱星通讯天线，将该数据流以微波形式传输至所述铱星通讯网络中；以及所述机载收发装置将所述铱星通讯天线接收的微波信号，解析成二进制码，传输至所述主控计算机。
在本公开的一些实施例中，所述铱星通讯天线包含两个，两个所述铱星通讯天线分别设置在无人机机身顶部和机腹底部，所述机载收发装置通过两个所述铱星通讯天线分别定时向铱星通讯网络发送连接信号，以实现和铱星通讯网络的无缝连接。
在本公开的一些实施例中，所述地面控制子系统还包括：地面收发装置，与所述地面铱星通讯天线连接，用于数据传输及格式转换；地面指挥控制设备，与所述地面收发装置连接，用于接收并处理所述遥测信息和所述安全监测信息，以及将所述遥控遥调指令和所述应急指令传输至所述地面收发装置；以及地面交互平台，与所述地面指挥控制设备连接，用于显示所述遥测信息和所述安全监测信息，以及生成所述遥控遥调指令和所述应急指令，实现任务规划和航迹显示、飞行监视与控制、链路监视与控制以及数据管理。
在本公开的一些实施例中，其中：所述地面收发装置将所述遥控遥调指令和所述应急指令转换成用于铱星通讯网络传输的数据流，并通过所述地面铱星通讯天线，将该数据流以微波形式传输至所述铱星通讯网络中；以及所述地面收发装置将所述地面铱星通讯天线接收的微波信号，解析成二进制码，传送至所述地面指挥控制设备。
在本公开的一些实施例中，所述地面控制子系统为电子舱，其中：所述地面铱星通讯天线设置在舱顶；所述地面收发装置、所述地面指挥控制设备以及所述地面交互平台安装于舱内；所述地面收发装置通过网络接口与所述地面交互平台完成所述遥控遥调指令、所述应急指令、所述遥测信息和所述安全监测信地收发；所述地面交互平台设置多个操作席位，该操作席位包括：主控席位，用于下达所述遥控遥调指令和所述应急指令；以及辅助席位，用于配合完成其他目标参数的监视。
在本公开的一些实施例中，其中：所述遥测信息包括：超音速无人机上的传感器数据和任务载荷数据；所述安全监测信息包括：超音速无人机当前姿态数据、发动机转速、飞行速度和飞行高度。
在本公开的一些实施例中，其中：所述安全监测信息还包括：超音速无人机当前地理位置信息；所述安全控制子系统还包括：gnss天线，该gnss天线用于接收超音速无人机当前地理位置信息；和/或所述gnss天线包含两个，两个所述gnss天线设置在无人机机身的顶部，所述安全控制装置通过两个gnss天线分别定时向全球定位系统网络发送连接信号，接收当前无人机位置信息，并解算出当前无人机地理位置数据和当前无人机机头航向，其中两个所述gnss天线的间距不小于1m。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开提供的超音速无人机超视距通讯和安全控制系统具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)通过铱星通讯网络的全方位的数据通信能力，地面控制子系统可以更好地对超音速无人机进行安全监测及应急控制，在铱星通信网络的有效通讯范围内，通信距离的限制将不复存在，超音速无人机将在军事作战、侦查监测、靶标模拟、地理勘测、抢险救灾等领域拥有更加广泛的应用。
(2)超音速无人机机载设备价值重大，当主控计算机出现故障时，可以通过安全控制子系统实现应急开伞，发动机关车，避免造成更大财产和设备损失，同时避免由于超音速的飞行高度较高和飞行速度较快，若不能及时关闭发动机，即使开伞，也无法有效地降低飞行速度，从而导致超音速无人机降落到地面时造成重大人员伤亡和财产损失的情况出现；
(3)安全控制装置与主控计算机进行定时数据传输，能够作为主控计算机的备份控制装置，实现应急控制功能和能够作为机载遥测回传数据的备份存储装置，接收并备份存储主控计算机通过机载收发装置回传给地面控制系统的遥测回传数据，并根据与主控计算机的通讯数据判断主控计算机的工作状态，判断是否需要介入无人机的应急控制；从而可以在主控计算机出现故障时，实现关键信息回传，地面接收人员可以通过相关信息及时寻回无人机；
(4)由于超音速无人机飞行速度普遍可达1.5ma以上，滚转角度可达80°以上，能进行超过6g的大机动过载，很可能在大机动过载的时候出现丢失信号的情况，铱星通讯天线采用双天线组合(垂直线极化)，机顶、机腹位置各设置一个全向天线，地面使用圆极化天线接收，从而使无人机在各种姿态时保持信号畅通；
(5)在超音速无人机出现飞行故障、机体损伤、视距数据链路信号丢失等突发情况，通过铱星通讯网络回传的超音速无人机gnss卫星定位信息，可以及时寻回超音速无人机，避免造成更大损失。
(6)由于超音速无人机一般体积重量较大，起飞前磁航向校准不方便，且机载电气设备较多，电磁环境复杂，磁航向校准工作复杂且结果不够精确，通过安全控制子系统内置的双gnss天线组合，双gnss天线布置在超音速无人机机身顶部，二者间距不小于1m，安全控制子系统在接收到前后gnss天线通过机载收发装置回传的位置信息后，通过数据解算和算法处理，计算出当前超音速无人机的航向，避免了超音速无人机在起飞前必要的的磁罗盘航向校准问题，从而可以实现无需校准即可获得准确的初始航向。
附图说明
图1为本公开实施例提供的超音速无人机超视距通讯和安全控制系统的组成示意图。
图2为图1所示的超音速无人机超视距通讯和安全控制系统中远程控制子系统和安全控制子系统的组成示意图。
图3为图1所示的超音速无人机超视距通讯和安全控制系统中地面控制子系统的组成示意图。
图4为铱星通讯天线和gnss天线在无人机机体上分布位置示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
10-铱星通讯网络；
20-远程控制子系统；
21-铱星通讯天线；
22-机载收发装置；
23-主控计算机；
30-安全控制子系统；
31-安全控制装置；
32-gnss天线
40-地面控制子系统；
41-地面铱星通讯天线；
42-地面收发装置；
43-地面指挥控制设备；
44-地面交互平台。
具体实施方式
本公开实施例提供的超音速无人机超视距通讯和安全控制系统利用铱星通讯网络的全方位的数据通信能力，消除通信距离的限制，使超音速无人机将在军事作战、侦查监测、靶标模拟、地理勘测、抢险救灾等领域拥有更加广泛的应用。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
图1为本公开实施例提供的超音速无人机超视距通讯和安全控制系统的组成示意图。
本公开实施例提供一种超音速无人机超视距通讯和安全控制系统，如图1所示，包括：远程控制子系统20，设置在无人机上，其通过铱星通讯网络10发送遥测信息和安全监测信息，接收并解析遥控遥调指令和应急指令；安全控制子系统30，设置在无人机上，与发动机和降落伞连接，且与远程控制子系统20连接，用于在远程控制子系统20故障时，实现发动机关车、降落伞应急开伞和所述遥测信息及所述安全监测信息回传；以及地面控制子系统40，其通过铱星通讯网络10接收并处理远程控制子系统20传输的遥测信息和安全监测信息，并向远程控制子系统20发送遥控遥调指令和应急指令。通过铱星通讯网络10的全方位的数据通信能力，地面控制子系统40可以更好地对超音速无人机进行安全监测及应急控制，在铱星通信网络10的有效通讯范围内，通信距离的限制将不复存在，超音速无人机将在军事作战、侦查监测、靶标模拟、地理勘测、抢险救灾等领域拥有更加广泛的应用。
图2为图1所示的超音速无人机超视距通讯和安全控制系统中远程控制子系统和安全控制子系统的组成示意图。图3为图1所示的超音速无人机超视距通讯和安全控制系统中地面控制子系统的组成示意图。图4为铱星通讯天线和gnss天线在无人机机体上分布位置示意图。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，其中：远程控制子系统20包括：铱星通讯天线21，其与铱星通讯网络10连接，用于发送遥测信息和安全监测信息，并接收遥控遥调指令和应急指令。
在本公开的一些实施例中，如图3所示，地面控制子系统40包括：地面铱星通讯天线41，其与铱星通讯网络10连接，用于接收遥测信息和安全监测信息，并发送遥控遥调指令和应急指令。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，其中，远程控制子系统20还包括：机载收发装置22，与铱星通讯天线21连接，用于数据传输及格式转换；以及主控计算机23，与机载收发装置22连接，用于对机载收发装置22传输的遥控遥调指令和应急指令进行解析处理，并将采集的遥测信息和安全监测信息发送至机载收发装置22。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，安全控制子系统30包括：安全控制装置31，其中：安全控制装置31与主控计算机23连接，且与主控计算机23定时收发数据，接收并备份存储主控计算机23回传的遥测信息和安全监测信息，并根据其与主控计算机23的通讯数据判断主控计算机23的工作状态，判断是否需要介入无人机的应急控制。
在本公开的一些实施例中，安全控制装置31与发动机和降落伞连接，其在主控计算机23出现故障时，实现发动机关车与降落伞应急开伞。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，安全控制装置31还与机载收发装置22连接，用于在主控计算机23故障时，将备份存储的遥测信息和安全监测信息发送至地面控制子系统40。
超音速无人机机载设备价值重大，当主控计算机23出现故障时，可以通过安全控制子系统30实现应急开伞，发动机关车，避免造成更大财产和设备损失，同时避免由于超音速的飞行高度较高和飞行速度较快，若不能及时关闭发动机，即使开伞，也无法有效地降低飞行速度，从而导致超音速无人机降落到地面时造成重大人员伤亡和财产损失的情况出现；安全控制装置31与主控计算机23进行定时数据传输，能够作为主控计算机的备份控制装置，实现应急控制功能和能够作为机载遥测回传数据的备份存储装置，接收并备份存储主控计算机23通过机载收发装置22回传给地面控制系统的遥测回传数据，并根据与主控计算机23的通讯数据判断主控计算机23的工作状态，判断是否需要介入无人机的应急控制；从而可以在主控计算机23失效时，实现关键信息回传，地面接收人员可以通过相关信息及时寻回无人机。
在本公开的一些实施例中，其中：机载收发装置22将遥测信息和安全监测信息转换成用于铱星通讯网络10传输的数据流，并通过铱星通讯天线21，将该数据流以微波形式传输至铱星通讯网络10中；以及机载收发装置22将铱星通讯天线21接收的微波信号，解析成二进制码，传输至主控计算机23。
在本公开的一些实施例中，如图4所示，铱星通讯天线21包含两个，两个铱星通讯天线21分别设置在无人机机身顶部和机腹底部，机载收发装置22通过两个铱星通讯天线21分别定时向铱星通讯网络10发送连接信号，以实现和铱星通讯网络的无缝连接，并根据两个铱星通讯天线21与铱星通讯网络10之间的连接强弱，选择激活其中至少一个铱星通讯天线21用作数据收发，由于超音速无人机飞行速度普遍可达1.5ma以上，滚转角度可达80°以上，能进行超过6g的大机动过载，很可能在大机动过载的时候出现丢失信号的情况，铱星通讯天线21采用双天线组合(垂直线极化)，机顶、机腹位置各设置一个全向天线，地面使用圆极化天线接收，从而使无人机在各种姿态时保持信号畅通。
在本公开的一些实施例中，如图3所示，地面控制子系统还包括：地面收发装置42，与地面铱星通讯天线41连接，用于数据传输及格式转换；地面指挥控制设备43，地面指挥控制设备43通过usb转422线与地面收发装置42连接，用于接收并处理遥测信息和安全监测信息，以及将遥控遥调指令和应急指令传输至地面收发装置42；以及地面交互平台44，与地面指挥控制设备43连接，用于显示遥测信息和安全监测信息，以及生成遥控遥调指令和应急指令，实现任务规划和航迹显示、飞行监视与控制、链路监视与控制以及数据管理。
在本公开的一些实施例中，其中：地面收发装置42将遥控遥调指令和应急指令转换成用于铱星通讯网络10传输的数据流，并通过地面铱星通讯天线41，将该数据流以微波形式传输至铱星通讯网络10中；以及地面收发装置42将地面铱星通讯天线41接收的微波信号，解析成二进制码，传送至地面指挥控制设备43。
在本公开的一些实施例中，地面控制子系统40为电子舱，其中：地面铱星通讯天线41设置在舱顶；地面收发装置42、地面指挥控制设备43以及地面交互平台44安装于舱内；地面收发装置42通过网络接口与地面交互平台44完成遥控遥调指令、应急指令、遥测信息和安全监测信地收发；地面交互平台44设置多个操作席位，该操作席位包括：主控席位，用于下达遥控遥调指令和应急指令；以及辅助席位，用于配合完成其他目标参数的监视。
在本公开的一些实施例中，其中：遥测信息包括：超音速无人机上的传感器数据和任务载荷数据；安全监测信息包括：超音速无人机当前姿态数据、发动机转速、飞行速度和飞行高度。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，其中：安全监测信息还包括：超音速无人机当前地理位置信息；安全控制子系统30还包括：gnss天线32，该gnss天线32用于接收超音速无人机当前地理位置信息，在超音速无人机出现飞行故障、机体损伤、视距数据链路信号丢失等突发情况，通过铱星通讯网络回传的超音速无人机gnss卫星定位信息，可以及时寻回超音速无人机，避免造成更大损失。
在本公开的一些实施例中，如图4所示，gnss天线32包含两个，两个gnss天线32设置在无人机机身的顶部，安全控制装置30通过两个gnss天线32分别定时向全球定位系统网络发送连接信号，接收当前无人机位置信息，并解算出当前无人机地理位置数据和当前无人机机头航向，其中两个gnss天线32的间距不小于1m，由于超音速无人机一般体积重量较大，起飞前磁航向校准不方便，且机载电气设备较多，电磁环境复杂，磁航向校准工作复杂且结果不够精确，通过安全控制子系统30内置的双gnss天线32组合，双gnss天线32布置在超音速无人机机身顶部，二者间距不小于1m，安全控制子系统在接收到前后gnss天线32通过机载收发装置22回传的位置信息后，通过数据解算和算法处理，计算出当前超音速无人机的航向，避免了超音速无人机在起飞前必要的的磁罗盘航向校准问题，从而可以实现无需校准即可获得准确的初始航向。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开提供的超音速无人机超视距通讯和安全控制系统有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供的超音速无人机超视距通讯和安全控制系统利用铱星通讯网络的全方位的数据通信能力，地面控制子系统可以更好地对超音速无人机进行安全监测及应急控制，在铱星通信网络的有效通讯范围内，通信距离的限制将不复存在，超音速无人机将在军事作战、侦查监测、靶标模拟、地理勘测、抢险救灾等领域拥有更加广泛的应用。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如前面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。