一种无人机地面天线波束控制系统的制作方法

本实用新型涉及无人机控制技术领域，具体为一种无人机地面天线波束控制系统。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”(“uav”)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。

天线波束控制可以有效的在阵列天线阵面无需移动的情况下，对天线波束进行控制，通过对信号来波方向进行估计，计算出有效信号的方位，控制数字移相器，使天线波束集中并实时跟踪指向目标，同时可使阵列天线生成多个波束，使其分别对准目标，具有抗衰落、抗干扰的特点。

无人机与地面远距离通信需要地面有阵列天线，伺服跟踪机构解算并跟踪无人机方位的方式过于笨重，不利于维护和运输，而且跟踪目标单一，多架无人机同时执行任务时，多个伺服机构更会使系统复杂，故障率较高。

现有波束控制装置设备复杂，价格昂贵，不便维护，往往应用于航天领域。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种无人机地面天线波束控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题，本实用新型结构简便，利于维护，性价比高。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种无人机地面天线波束控制系统，包括zynq处理器，所述zynq处理器包括zynq-pl处理器和ztnq-ps处理器，所述zynq-pl处理器分别通过spi接口、lvds接口与四片射频收发器ad9361连接，所述zynq-pl处理器通过i/o管脚连接射频收发器sync管脚，每片所述射频收发器的数字端与zynq-pl处理器连接，每片所述射频收发器的模拟端rx1a、tx1a与射频前端连接，每片所述射频收发器的模拟端rx2b、tx2b与自收自发电路连接，所述zynq-pl处理器和ztnq-ps处理器分别与接口模块连接，所述zynq-pl处理器与时钟本振电路连接。

进一步的，所述zynq-ps处理器包括网口、rs232串口；zynq-pl处理器包括4路rs422或8路rs232、hdmi接口。

进一步的，所述网口采用rj45连接器，所述hdmi接口采用hdmi-d连接器，所述rs232串口及供电采用j30j-31tjw连接器。

进一步的，所述自收自发电路选用两片宽带4:1复用器adg904实现，两片所述复用器adg904的rfc端互联，分集端分别连接每片ad9361的rx2b、tx2b端。

进一步的，所述时钟本振电路由外部晶振产生时钟信号，连接到si53302时钟管理器，所述si53302时钟管理器分别产生4路时钟信号连接到ad9361时钟输入管脚，2路时钟信号连接到频率综合器adf5355，1路时钟信号连接器zynq处理器时钟管脚。

进一步的，所述adf5355输出本振信号连接到高速时钟分配器adclk944，由其分出四路本振信号供给ad9361。

进一步的，所述射频前端组件由上行滤波器、下行滤波器、双工器、低噪放、功率放大器组成。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型由板级处理器实现天线对天线波束的数字化控制，大大降低目前无人机远距离通信方面地面设备的复杂度，通过单板可以大大降低系统功耗和成本，结构简便单一，利于维护，可大量推广应用。

附图说明

图1为本实用新型一种无人机地面天线波束控制系统的系统图；

图2为本实用新型一种无人机地面天线波束控制系统的时钟本振电路图；

图3为本实用新型一种无人机地面天线波束控制系统的自收自发校准电路图；

图4为本实用新型一种无人机地面天线波束控制系统的射频前端电路图；

图5为本实用新型一种无人机地面天线波束控制系统的工作模块图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图5所示，一种无人机地面天线波束控制系统，包括zynq处理器，zynq处理器包括zynq-pl处理器和ztnq-ps处理器，zynq-pl处理器分别通过spi接口、lvds接口与四片射频收发器ad9361连接，zynq-pl处理器通过i/o管脚连接射频收发器sync管脚，每片射频收发器的数字端与zynq-pl处理器连接，每片射频收发器的模拟端rx1a、tx1a与射频前端连接，每片射频收发器的模拟端rx2b、tx2b与自收自发电路连接，zynq-pl处理器和ztnq-ps处理器分别与接口模块连接，zynq-pl处理器与时钟本振电路连接。

本实施例中，zynq-ps处理器包括网口、rs232串口；zynq-pl处理器包括4路rs422或8路rs232、hdmi接口。其中，网口采用rj45连接器，hdmi接口采用hdmi-d连接器，rs232串口及供电采用j30j-31tjw连接器。

如图3所示，所述自收自发电路选用两片宽带4:1复用器adg904实现，两片所述复用器adg904的rfc端互联，分集端分别连接每片ad9361的rx2b、tx2b端。

如图2所示，时钟本振电路由外部晶振产生时钟信号，连接到si53302时钟管理器，si53302时钟管理器分别产生4路时钟信号连接到ad9361时钟输入管脚，2路时钟信号连接到频率综合器adf5355，1路时钟信号连接器zynq处理器时钟管脚。adf5355输出本振信号连接到高速时钟分配器adclk944，由其分出四路本振信号供给ad9361。

如图4所示，射频前端组件由上行滤波器、下行滤波器、双工器、低噪放、功率放大器组成。每片ad9361的tx1a连接到射频前端组件tx端，经上行滤波器、功率放大器、双工器连接到天线端，下行天线端输入信号经双工器、低噪放、下行滤波器由rx端连接到ad9361的rx1a通道

如图5所示，系统开机上电后，zynq-pl先将ad9361配置成较低频的自收自发模式，然后通过鉴相模块对四片ad9361内部的pll进行校准，鉴相程序将得到的pll的相位差发给加权模块。加权模块根据此相位差以及预先测试得到的波控板通道相位差和天线单元相位差，计算出一组校准权值。将此校准权值乘到8路接收信号上后，发给协方差矩阵计算模块计算出8路信号的协方差矩阵，然后通过axi4发送给zynq-ps。在zynq-ps进行波束控制算法运算，即先对协方差矩阵进行特征分解，然后进行谱峰搜索，得到来波方向角。根据来波方向角可以计算得到一组波束成形权值，将此权值乘上校准后的信号然后相加，即可得到成形后的信号进行解调调制计算。

本实用新型主要由单个zynq系列处理器和多片ad9361来完成，大大简化了电路设计和设备复杂度，同时可根据需求实现对多目标无人机进行跟踪通信，大大完善了系统功能和提高了性能，可维护性得到改善，成本和功耗得到控制。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。