CN104316901B - 用于无线电监测的空中智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于无线电监测的空中智能机器人，将接收天线、电子罗盘、无线电监测接收单元、中央处理单元和导航模块均安装在机体上，所述中央处理单元分别与导航模块、电子罗盘和无线电监测接收单元连接，所述接收天线与无线电监测接收单元连接，所述中央处理单元先通过测向测出无线电信号源所在方向，再根据测向结果自主控制机体的飞行，最后根据在飞行航迹上进一步监测的数据计算出无线电信号源的位置。本发明利用一个中央处理单元同时控制无线电监测与机体的飞行控制，减少了模块数量，其相互干扰降低；而且集成度高，体积大幅缩减，功耗降低，电磁兼容性更好。

Description

用于无线电监测的空中智能机器人

技术领域

本发明涉及空中无线电监测领域，特别是涉及一种利用测向结果自主规划航迹来定位信号源的用于无线电监测的空中智能机器人。

背景技术

空中无线电监测作为传统监测模式的一种补充，在现有的监测网上可以形成远程控制、联合测向、重点监测等多功能现代化立体化监测网，将可实现对所管辖区全频段、全业务、全时段、全方位的监测覆盖，从而全面提升技术管理水平。实现空中监测与以往的监测方式最大的不同在于需要适用于空中监测飞行的载体的配合使用，而不同的监测活动从监测任务的需求、性质和预算方面对所使用的监测载体类型也有不同的要求；根据目前空中监测承担的任务应用场景可以将空中监测任务划分为重大活动保障任务、应急响应任务以及日常巡监任务。

空中无线电监测具有巨大的优势，因为无线电波在地面传播时，会因为种种介质的折射、反射、绕射而变得杂乱无章；而空中传播几乎没有反射，具有直达性，所以通过空中监测得到的无线电信号源方向和位置往往是很准确的；其次，空中监测位置变化快，可以由一个点迅速切换到另一个点，进行立体交叉多点定位，这样得到的位置精确度非常高，所以对空中平台无线电监测的需求越来越多。

目前，在我国国内利用空中机器人对无线电进行监测的装置、方法还很少。对空中机器人的控制大多在停留在地面站远程遥控阶段，现有的空中无线电监测平台主要有:有人驾驶固定翼飞机、有人驾驶单旋翼直升机、单旋翼无人直升机、飞艇四种，均无法实现在空中自主测向定位信号源。

美国各枢纽机场早就装备了有人驾驶固定翼飞机载无线电监测系统，中国也于2010年开始投入使用，其造价在数千万元人民币以上。由于每次飞行成本数十万元以上，并且不能悬停守候；使得该固定翼飞机不仅制造成本非常高，飞行成本也非常高，而且作为较大型的飞机，需要事先申请航路，不便于执行紧急任务。

2007年深圳出现造价在数百万元人民币以上的有人驾驶单旋翼直升机载无线电监测系统，单旋翼直升机的飞行成本为每小时3千元人民币以上；制造成本较高，飞行成本也较高。

2011年云南出现了飞艇载无线电监测系统，虽然飞艇安全性好，但飞行成本较高，每次充氦气费用通常在1万元人民币以上。

2012年中国出现了造价在数十万元人民币以上的单旋翼无人直升机，虽然单旋翼无人直升机与前面的单旋翼直升机、固定翼飞机和飞艇载无线电监测系统相比制造成本和飞行成本较低，但其对于操作人员的技术要求较高，不利于推广和普及，并且容易出现摔机事故，存在较大的安全隐患。

现有空中无线电监测技术仍然存在共同的技术问题：

1、现有的空中无线电监测系统，制造成本高，飞行成本高；

2、现有的空中无线电监测系统操作困难，需要训练有素的专业飞行员或者操作员，不利于推广和普及；

3、现有的空中无线电监测系统在运行时，安全性低，并且难以兼顾安全性和无线电监测所需的灵活性，一旦出现事故，损失很大；

4、现有的空中无线电监测系统结构复杂，机体庞大，存放和维护费用也高。

申请人于2014年6月30日申请了申请号为201410303894.1的中国发明专利“一种基于多旋翼机器人的地面遥控的空中无线电监测系统”和申请号为201410304041.X的中国发明专利“基于多旋翼机器人的空中无线电监测系统”，虽然解决了上述问题，但是还存在以下问题：

A、依然需要地面遥控单元控制多旋翼机器人执行各种飞行姿态，在空中完成无线电监测任务，对操作人员的要求较高；

B、近年来的基于空中机器人的无线电监测，普遍存在操控难度大、风险高和智能化水平低等不足，特别是在空中自主测向、自主规划航迹方面，缺少切实有效的手段；

C、现有的空中无线电监测系统依然采用地面遥控器来控制无人机的飞行航迹，无法实现多旋翼机器人根据测向结果自主规划飞行航迹并通过飞行航迹的变化对无线电信号源进行定位。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提出一种用于无线电监测的空中智能机器人。本发明利用一个中央处理单元同时控制无线电监测与机体的飞行控制，减少了模块数量，使其相互干扰降低；而且集成度高，体积缩减，功耗降低，电磁兼容性更好。

本发明采用以下技术方案来实现：

用于无线电监测的空中智能机器人，其特征在于包括：

用于飞行的机体；

用于获取无线电信号的接收天线；

用于获取接收天线所指方向，实时获取该方向对应的方位角的电子罗盘；

用于接收无线电信号的无线电监测接收单元；

用于调度监测任务、控制机体飞行、调度无线电监测接收单元、分析和记录监测数据的中央处理单元；

用于导航和自身定位的导航模块；

所述接收天线、电子罗盘、无线电监测接收单元、中央处理单元和导航模块均安装在机体上，所述中央处理单元分别与导航模块、电子罗盘和无线电监测接收单元连接，所述接收天线与无线电监测接收单元连接，所述中央处理单元先通过测向测出无线电信号源所在方向，再利用测向结果通过飞行控制模块控制机体的飞行航迹，最后根据继续飞行过程中测量到的数据计算无线电信号源的位置。

所述导航模块为卫星导航模块。

接收天线在不同高度将接收到需要监测的无线电信号传输到无线电监测接收单元；无线电监测接收单元将来自不同高度的无线电信号强度数据发送至中央处理单元；中央处理单元测出不同高度的无线电信号中无线电信号最强的高度；再在无线电信号强度最强的高度进行测向，测出无线电信号源所在方向，中央处理单元再根据测向结果控制机体飞行，最后根据继续飞行过程中测量到的数据计算无线电信号源的位置。

所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括至少一个用于躲避障碍的测距传感器，所述测距传感器与中央处理单元连接，中央处理单元通过测距传感器实时计算空间障碍物是否在机体的飞行航迹上，当中央处理单元计算出空间障碍物在机体的飞行航迹上时，中央处理单元控制机体避开空间障碍物。可有效避免空中无线电监测智能机器人撞上空间障碍物，导致空中无线电监测智能机器人损坏，影响空中无线电监测任务，保证了空中无线电监测智能机器人的安全飞行。

所述测距传感器为超声波测距传感器、激光测距传感器或红外线测距传感器等。

所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括气压计、陀螺仪和加速度传感器，所述中央处理单元分别与气压计、陀螺仪和加速度传感器连接，中央处理单元通过气压计、陀螺仪和加速度传感器自主校正机体的飞行姿态。气压计用于测量空中无线电监测智能机器人的飞行高度，为控制单元提供高度参数；陀螺仪用于防止空中无线电监测智能机器人飞行角速度出现偏差，可用于保持飞行方向，保持飞行稳定；加速度传感器控制空中无线电监测智能机器人的飞行加速度，控制飞行稳定。

所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括用于进行电量检测的电量传感器，所述用于无线电监测的空中智能机器人包括用于为空中无线电监测智能机器人供电的电源，所述电源分别与中央处理单元和电量传感器连接，所述电量传感器与中央处理单元连接，所述中央处理单元通过电量传感器持续检测机体的当前剩余电量，并判断当前电量是否足够继续飞行；当中央处理单元计算出当前剩余电量仅够返回出发地或备降点时，中央处理单元控制机体执行自动返航或备降。可在第一时间保护和收回空中无线电监测智能机器人，有效避免空中无线电监测智能机器人出现电量不足而丢失的情况发生。

所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括降落伞开启单元，降落伞开启单元与中央处理单元连接，所述空中机器人设有降落伞，所述降落伞与降落伞开启单元连接，中央处理单元通过降落伞开启单元打开降落伞。降落伞和降落伞开启单元的增设可在空中无线电监测智能机器人发生机械故障下落时、电量耗尽下落时或者被不明物体击中下落时，打开降落伞使其降落速度减小，安全降落，从而防止其摔坏，便于空中无线电监测智能机器人的回收，有效防止数据丢失，还能节约空中监测成本。

所述接收天线为定向天线，定向天线和电子罗盘固连，定向天线和电子罗盘以相同角速度旋转；或所述接收天线为测向天线阵。

所述飞行航迹为往测出的无线电信号源所在方向继续飞行，飞行距离为D1；或飞行航迹为往测出的无线电信号源所在方向成夹角θ1的方向继续飞行，飞行距离为D2；再或飞行航迹为先往测出的无线电信号源所在方向继续飞行，飞行距离为D3，再往测出的无线电信号源所在方向成夹角θ2的方向继续飞行，飞行距离为D4。

所述无线电监测接收单元为频谱分析仪、监测接收机。

所述中央处理单元为控制无线电监测接收单元执行无线电监测指令，并处理和存储监测数据的具有飞行控制功能的微处理器。

所述空中无线电监测智能机器人的重量为6-12公斤。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明利用一个中央处理单元同时控制无线电监测与机体的飞行控制，减少了模块数量，使其相互干扰降低；而且集成度高，体积缩减，功耗降低，电磁兼容性更好。

2、本发明的卫星导航数据使用最方便，有效避免了多个处理单元之间卫星导航数据相互调用，集成度高，体积缩减，功耗降低，更换方便。

3、本发明采用包括机体、接收天线、电子罗盘、无线电监测接收单元、中央处理单元和导航模块形成的空中无线电监测智能机器人；不需要专业操作人员，操控简单，风险低，智能化水平高，实现了空中无线电监测智能机器人利用监测结果自主规划航迹来测定信号源的位置，更实现了智能化的空中无线电监测。

4、本发明采用所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括用于躲避障碍的多组测距传感器多组测距传感器分别与中央处理单元连接，中央处理单元通过多组测距传感器实时计算空间障碍物是否在机体的飞行航迹上，当中央处理单元计算出空间障碍物在机体的飞行航迹上时，中央处理单元控制机体避开空间障碍物。可有效避免空中无线电监测智能机器人撞上空间障碍物，导致空中无线电监测智能机器人损坏，影响空中无线电监测任务，保证了空中无线电监测智能机器人的安全飞行。

3、本发明采用所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括气压计、陀螺仪和加速度传感器，所述中央处理单元分别与气压计、陀螺仪和加速度传感器连接，中央处理单元通过气压计、陀螺仪和加速度传感器自主校正机体的飞行姿态。气压计用于测量空中无线电监测智能机器人的飞行高度，为控制单元提供高度参数；陀螺仪用于防止空中无线电监测智能机器人飞行角速度出现偏差，可用于保持飞行方向，保持飞行稳定；加速度传感器控制空中无线电监测智能机器人的飞行加速度，控制飞行稳定。

4、本发明采用所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括用于进行电量检测的电量传感器，所述用于无线电监测的空中智能机器人包括用于为空中无线电监测智能机器人供电的电源，所述电源分别与中央处理单元和电量传感器连接，，所述电量传感器与中央处理单元连接，所述中央处理单元通过电量传感器持续检测机体的当前剩余电量，并判断当前电量是否足够继续飞行；当中央处理单元计算出当前剩余电量仅够返回出发地或备降点时，中央处理单元控制机体执行自动返航或备降。可在第一时间保护和收回空中无线电监测智能机器人，有效避免空中无线电监测智能机器人出现电量不足而丢失的情况发生。

5、本发明采用所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括降落伞开启单元，降落伞开启单元与中央处理单元连接，所述空中机器人设有降落伞，所述降落伞与降落伞开启单元连接，中央处理单元通过降落伞开启单元打开降落伞。降落伞和降落伞开启单元的增设可在空中无线电监测智能机器人发生机械故障下落时、电量耗尽下落时或者被不明物体击中下落时，打开降落伞使其降落速度减小，安全降落，从而防止其摔坏，便于空中无线电监测智能机器人的回收，有效防止数据丢失，还能节约空中监测成本。

6、本发明采用所述接收天线为定向天线，定向天线和电子罗盘固连，定向天线和电子罗盘以相同角速度旋转；或所述接收天线为测向天线阵。结构简单，操作方便，而且制造成本低。

7、本发明采用所述飞行航迹为往测出的无线电信号源所在方向继续飞行，飞行距离为D1；或飞行航迹为往测出的无线电信号源所在方向成夹角θ₁的方向继续飞行，飞行距离为D2；再或飞行航迹为先往测出的无线电信号源所在方向继续飞行，飞行距离为D3，再往测出的无线电信号源所在方向成夹角θ₂的方向继续飞行，飞行距离为D4。本发明采用了上述3种飞行航迹，通过监测不同飞行航迹时飞行时空中无线电监测智能机器人的位置变化、空中无线电监测智能机器人测出的无线电信号强度电平变化和无线电信号源的方位计算无线电信号源的位置，实现了空中无线电监测智能机器人利用测向结果自主规划航迹来定位信号源的位置，更实现了智能化的空中无线电监测。

8、本发明采用所述无线电监测接收单元为频谱分析仪或者监测接收机。所述频谱分析仪用于信号频谱参数的测量，能以数字方式将测量结果传送至数据接口；所述监测接收机用于测量空中无线电信号的强度、频率、带宽等。

9、本发明采用所述中央处理单元为控制无线电监测接收单元执行无线电监测指令，并处理和存储监测数据的具有飞行控制功能的微处理器；或所述中央处理单元为控制无线电监测接收单元执行无线电监测指令，并处理和存储监测数据的具有飞行控制功能的手机或具有飞行控制功能的平板电脑，采用具有飞行控制功能的手机或具有飞行控制功能的平板电脑可以将空中无线电监测智能机器人通过网络与控制中心进行互动，实时提供当前监测数据和环境信息，也方便了控制中心对空中无线电监测智能机器人执行空中无线电监测任务进行观察。

10、所述空中无线电监测智能机器人的重量为6-12公斤，整个空中无线电监测智能机器人的重量与现有技术的飞艇、直升机相比十分轻便，而且成本低，轻便的重量保证了空中无线电监测智能机器人能顺利执行空中无线电监测任务，能耗也低，特别适合在空中无线电监测领域推广和普及。

11、本发明的智能度高，在飞行过程中可以自动避开障碍物，任务完成后还可以自动返航或备降。

12、本发明不同于地面监测测向，在空中进行无线电监测不仅克服了反射、折射、绕射等的影响，还能通过自主规划航迹来测量和计算出出无线电信号源的位置，对于查找异常的无线电信号源提供快捷的手段。

13、本发明的灵活性高。本发明采用在空中监测，不受地面障碍物的阻挡，适用于城市、郊区或山地各种环境下的监测。

14、本发明的监测定位效率高。不同于地面车载式或手持式测向，由于空中无线电监测智能机器人起飞、飞行速度较快，没有道路限制和交通堵塞，且在空中能自然避免反射、折射、绕射的影响。

15、本发明提高了飞行安全和飞行效率，解决了现有技术普遍存在的操控难度大、风险高和智能化水平低等问题，同时还解决了现有的用于机载无线电监测系统的无人机均无法根据监测结果自主规划无人机航迹来对无线电信号源进行定位的难题。

附图说明

图1为本发明用于无线电监测的空中智能机器人的结构示意图。

图2为本发明实施例3用于无线电监测的空中智能机器人结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行进一步的说明：

实施例1：

用于无线电监测的空中智能机器人，包括：

用于飞行的机体；

用于获取无线电信号的接收天线；

用于获取接收天线所指方向，实时获取该方向对应的方位角的电子罗盘；

用于接收无线电信号的无线电监测接收单元；

用于调度监测任务、控制机体飞行、调度无线电监测接收单元、分析监测数据和记录监测数据的中央处理单元；

用于导航和自身定位的导航模块；

所述接收天线、电子罗盘、无线电监测接收单元、中央处理单元和导航模块均安装在机体上，所述中央处理单元分别与导航模块、电子罗盘和无线电监测接收单元连接，所述接收天线与无线电监测接收单元连接，所述中央处理单元先通过测向测出无线电信号源所在方向，再利用测向结果通过飞行控制模块控制机体的飞行航迹，最后根据继续飞行过程中测量到的数据计算无线电信号源的位置。

本发明中，所述接收天线为定向天线，定向天线和电子罗盘固连，定向天线和电子罗盘以相同角速度旋转。

本发明中，所述飞行航迹包括往测出的无线电信号源所在方向继续飞行，飞行距离为D1。

本发明中，所述无线电监测接收单元为监测接收机。

本发明中，所述中央处理单元为控制无线电监测接收单元执行无线电监测指令、处理和存储监测数据、控制机体飞行和任务调度的微处理器。

本发明中，所述空中无线电监测智能机器人的重量为6公斤。

本发明在使用时采用申请人同时申请的一种空中无线电监测方法：

该方法包括以下步骤：

1）输入监测定位参数：监测定位参数包括需要监测的无线电信号参数、最大飞行距离Dmax、监测起点高度Hmin和最大飞行高度Hmax；

2）找出测向高度：升空后，空中无线电监测智能机器人从监测起点高度Hmin与最大飞行高度Hmax之间连续进行无线电信号强度检测，直到测出无线电信号强度的最大值对应的高度H；

3）航迹规划和定位无线电信号源：在高度H处空中无线电监测智能机器人先测出无线电信号源所在方向，空中无线电监测智能机器人利用测出的无线电信号源所在方向自主规划飞行航迹，根据继续飞行过程中测量到的数据计算无线电信号源的位置。

所述航迹规划和定位无线电信号源步骤中，在高度H、位置P0处空中无线电监测智能机器人测出无线电信号强度电平S0和无线电信号源所在方向，空中无线电监测智能机器人再沿测出的无线电信号源所在方向飞行距离D1到达位置P1，在高度H、位置P1处空中无线电监测智能机器人测出无线电信号强度电平S1和方向；空中无线电监测智能机器人根据无线电信号强度电平的变化量S1- S0和距离D1，按照电波传播模型推算出无线电信号源的位置PS。

如果在P1处测出的无线电信号源方向不变，则：

在电波传播的自由空间模型下，P1与无线电信号源的位置的距离 = D1/{ [10(S1-S0)/20]-1 }

在电波传播的平面大地模型下，P1与无线电信号源的位置的距离 = D1/{ [10(S1-S0)/40]-1 }

如果在P1处测出的无线电信号源方向改变180度，则：

在自由空间模型下，P1与无线电信号源的位置的距离

= D1/{ [10(S1-S0)/20]+1 }

在平面大地模型下，P1与无线电信号源的位置的距离

= D1/{ [10(S1-S0)/40]+1 }

当飞行高度远远大于所监测的电波波长时，采用电波传播的自由空间模型；否则按平面大地模型。

实施例2：

用于无线电监测的空中智能机器人，其特征在于包括：

用于飞行的机体；

用于获取无线电信号的接收天线；

用于获取接收天线所指方向，实时获取该方向对应的方位角的电子罗盘；

用于接收无线电信号的无线电监测接收单元；

用于调度监测任务、控制机体飞行、调度无线电监测接收单元、分析和记录监测数据的中央处理单元；

用于导航和自身定位的导航模块；

所述接收天线、电子罗盘、无线电监测接收单元、中央处理单元和导航模块均安装在机体上，所述中央处理单元分别与导航模块、电子罗盘和无线电监测接收单元连接，所述接收天线与无线电监测接收单元连接，所述中央处理单元先通过测向测出无线电信号源所在方向，再利用测向结果通过飞行控制模块控制机体的飞行航迹，最后根据继续飞行过程中测量到的数据计算无线电信号源的位置。

本发明中，所述导航模块为卫星导航模块。

本发明中，接收天线在不同高度将接收到需要监测的无线电信号传输到无线电监测接收单元；无线电监测接收单元将来自不同高度的无线电信号强度数据发送至中央处理单元；中央处理单元测出不同高度的无线电信号中无线电信号最强的高度；再在无线电信号强度最强的高度进行测向，测出无线电信号源所在方向，中央处理单元再根据测向结果自主控制机体的飞行，最后通过在飞行航迹上进一步监测的数据计算出无线电信号源的位置。

本发明中，所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括一个用于躲避障碍的测距传感器，所述测距传感器与中央处理单元连接，中央处理单元通过测距传感器实时计算空间障碍物是否在机体的飞行航迹上，当中央处理单元计算出空间障碍物在机体的飞行航迹上时，中央处理单元控制机体避开空间障碍物。可有效避免空中无线电监测智能机器人撞上空间障碍物，导致空中无线电监测智能机器人损坏，影响空中无线电监测任务，保证了空中无线电监测智能机器人的安全飞行。

所述测距传感器为超声波测距传感器。

本发明中，所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括气压计、陀螺仪和加速度传感器，所述中央处理单元分别与气压计、陀螺仪和加速度传感器连接，中央处理单元通过气压计、陀螺仪和加速度传感器自主校正机体的飞行姿态。气压计用于测量空中无线电监测智能机器人的飞行高度，为控制单元提供高度参数；陀螺仪用于防止空中无线电监测智能机器人飞行角速度出现偏差，可用于保持飞行方向，保持飞行稳定；加速度传感器控制空中无线电监测智能机器人的飞行加速度，控制飞行稳定。

本发明中，所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括用于进行电量检测的电量传感器，所述用于无线电监测的空中智能机器人包括用于为空中无线电监测智能机器人供电的电源，所述电源分别与中央处理单元和电量传感器连接，所述电量传感器与中央处理单元连接，所述中央处理单元通过电量传感器持续检测机体的当前剩余电量，并判断当前电量是否足够继续飞行；当中央处理单元计算出当前剩余电量仅够返回出发地或备降点时，中央处理单元控制机体执行自动返航或备降。可在第一时间保护和收回空中无线电监测智能机器人，有效避免空中无线电监测智能机器人出现电量不足而丢失的情况发生。

本发明中，所述接收天线为定向天线，定向天线和电子罗盘固连，定向天线和电子罗盘以相同角速度旋转。

本发明中，所述飞行航迹为往测出的无线电信号源所在方向成夹角θ1的方向继续飞行，飞行距离为D2。

本发明中，所述夹角θ1的角度为0度＜︱θ1︱＜90度。

本发明中，所述无线电监测接收单元为监测接收机。

本发明中，所述中央处理单元为控制无线电监测接收单元执行无线电监测指令，、处理和存储监测数据、控制机体飞行和任务调度的微处理器。

本发明中，所述空中无线电监测智能机器人的重量为8公斤。

本发明在使用时采用申请人同时申请的一种空中无线电监测方法：

该方法包括以下步骤：

1）输入监测定位参数：监测定位参数包括需要监测的无线电信号参数、最大飞行距离Dmax、监测起点高度Hmin和最大飞行高度Hmax；

2）找出测向高度：升空后，空中无线电监测智能机器人从监测起点高度Hmin与最大飞行高度Hmax之间连续进行无线电信号强度检测，直到测出无线电信号强度的最大值对应的高度H；

3）航迹规划和定位无线电信号源：在高度H处空中无线电监测智能机器人先测出无线电信号源所在方向，空中无线电监测智能机器人利用测出的无线电信号源所在方向自主规划飞行航迹，根据继续飞行过程中测量到的数据计算无线电信号源的位置。

所述航迹规划和定位无线电信号源步骤中，在高度H、位置P0处空中无线电监测智能机器人先测出无线电信号源所在方向Ⅰ，空中无线电监测智能机器人沿与无线电信号源所在方向Ⅰ成夹角θ1的方向飞行距离D2到达位置P3，在高度H、位置P3处空中无线电监测智能机器人测出无线电信号源所在方向Ⅱ；空中无线电监测智能机器人根据位置P0、方向Ⅰ和位置P3、方向Ⅱ交绘出无线电信号源的位置PS。

所述0度＜︱θ1︱＜90度。

实施例3：

用于无线电监测的空中智能机器人，其特征在于包括：

用于飞行的机体；

用于获取无线电信号的接收天线；

用于获取接收天线所指方向，实时获取该方向对应的方位角的电子罗盘；

用于接收无线电信号的无线电监测接收单元；

用于控制机体飞行、对测向任务调度、监测数据分析和记录监测数据的中央处理单元；

用于导航和自身定位的导航模块；

所述接收天线、电子罗盘、无线电监测接收单元、中央处理单元和导航模块均安装在机体上，所述中央处理单元分别与导航模块、电子罗盘和无线电监测接收单元连接，所述接收天线与无线电监测接收单元连接，所述中央处理单元先通过测向测出无线电信号源所在方向，再利用测向结果通过飞行控制模块控制机体的飞行航迹，最后根据继续飞行过程中测量到的数据计算无线电信号源的位置。

本发明中，所述导航模块为卫星导航模块。

本发明中，接收天线在不同高度将接收到需要监测的无线电信号传输到无线电监测接收单元；无线电监测接收单元将来自不同高度的无线电信号强度数据发送至中央处理单元；中央处理单元测出不同高度的无线电信号中无线电信号最强的高度；再在无线电信号强度最强的高度进行测向，测出无线电信号源所在方向，中央处理单元再根据测向结果自主控制机体飞行，最后根据继续飞行过程中测量到的数据计算无线电信号源的位置。

本发明中，所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括三个用于躲避障碍的测距传感器，所述每个测距传感器分别与中央处理单元连接，中央处理单元通过三个测距传感器实时计算空间障碍物是否在机体的飞行航迹上，当中央处理单元计算出空间障碍物在机体的飞行航迹上时，中央处理单元控制机体避开空间障碍物。可有效避免空中无线电监测智能机器人撞上空间障碍物，导致空中无线电监测智能机器人损坏，影响空中无线电监测任务，保证了空中无线电监测智能机器人的安全飞行。

所述测距传感器为激光测距传感器。

本发明中，所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括气压计、陀螺仪和加速度传感器，所述中央处理单元分别与气压计、陀螺仪和加速度传感器连接，中央处理单元通过气压计、陀螺仪和加速度传感器自主校正机体的飞行姿态。气压计用于测量空中无线电监测智能机器人的飞行高度，为控制单元提供高度参数；陀螺仪用于防止空中无线电监测智能机器人飞行角方向出现偏差，可用于保持飞行方向，保持飞行稳定；加速度传感器控制空中无线电监测智能机器人的飞行加速度，控制飞行稳定。

本发明中，所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括用于进行电量检测的电量传感器，所述用于无线电监测的空中智能机器人包括用于为空中无线电监测智能机器人供电的电源，所述电源分别与中央处理单元和电量传感器连接，所述电量传感器与中央处理单元连接，所述中央处理单元通过电量传感器持续检测机体的当前剩余电量，并判断当前电量是否足够继续飞行；当中央处理单元计算出当前剩余电量仅够返回出发地或备降点时，中央处理单元控制机体执行自动返航或备降。可在第一时间保护和收回空中无线电监测智能机器人，有效避免空中无线电监测智能机器人出现电量不足而丢失的情况发生。

所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括降落伞开启单元，降落伞开启单元与中央处理单元连接，所述空中机器人设有降落伞，所述降落伞与降落伞开启单元连接，中央处理单元通过降落伞开启单元打开降落伞。降落伞和降落伞开启单元的增设可在空中无线电监测智能机器人发生机械故障下落时、电量耗尽下落时或者被不明物体击中下落时，打开降落伞使其降落速度减小，安全降落，从而防止其摔坏，便于空中无线电监测智能机器人的回收，有效防止数据丢失，还能节约空中监测成本。

本发明中，所述接收天线为定向天线，定向天线和电子罗盘固连，定向天线和电子罗盘以相同角速度旋转。

本发明中，所述飞行航迹为先往测出的无线电信号源所在方向继续飞行，飞行距离为D3，再往测出的无线电信号源所在方向成夹角θ2的方向继续飞行，飞行距离为D4。

本发明中，所述夹角θ2的角度为0度＜︱θ2︱＜90度。

本发明中，所述无线电监测接收单元为监测接收机。

本发明中，所述中央处理单元为控制无线电监测接收单元执行无线电监测指令、处理和存储监测数据、控制机体飞行和任务调度的微处理器。

本发明中，所述空中无线电监测智能机器人的重量为12公斤。

本发明在使用时采用申请人同时申请的一种空中无线电监测方法：

该方法包括以下步骤：

1）输入监测定位参数：监测定位参数包括需要监测的无线电信号参数、最大飞行距离Dmax、监测起点高度Hmin和最大飞行高度Hmax；

2）找出测向高度：升空后，空中无线电监测智能机器人从监测起点高度Hmin与最大飞行高度Hmax之间连续进行无线电信号强度检测，直到测出无线电信号强度的最大值对应的高度H；

3）航迹规划和定位无线电信号源：在高度H处空中无线电监测智能机器人先测出无线电信号源所在方向，空中无线电监测智能机器人利用测出的无线电信号源所在方向自主规划飞行航迹，根据继续飞行过程中测量到的数据计算无线电信号源的位置。

所述航迹规划和定位无线电信号源步骤中，在高度H、位置P0处空中无线电监测智能机器人先测出无线电信号强度电平S0和信号源所在方向Ⅰ；空中无线电监测智能机器人再沿无线电信号源所在方向Ⅰ飞行距离D3到达位置P4，在高度H、位置P4处空中无线电监测智能机器人测出无线电信号强度电平S4和方向Ⅱ，空中无线电监测智能机器人再根据无线电信号强度电平的变化量S4-S0和距离D3按照电波传播模型推算出无线电信号源的位置PS1；空中无线电监测智能机器人再沿与无线电信号源所在方向Ⅰ成夹角θ2的方向飞行距离D4到达位置P5 ，在高度H、位置P5处空中无线电监测智能机器人再测出无线电信号源所在方向Ⅲ，空中无线电监测智能机器人再根据位置P0、方向Ⅰ和位置P5、方向Ⅲ的交绘出无线电信号源的位置PS2；空中无线电监测智能机器人将无线电信号源的位置PS1和无线电信号源的位置PS2通过加权计算得出更准确的无线电信号源位置PS。

优选地，通过推算出的无线电信号源的位置PS1来估算夹角θ2的角度范围，可以提高交绘定位的精度，得到更准确的无线电信号源的位置PS2。

所述30度＜︱θ2︱＜60度，P0和P5之间的直线距离为D5。

如果在P4处测出的无线电信号源方向不变，则

在电波传播的自由空间模型下，P4与无线电信号源的位置PS1的距离 = D3/{ [10(S4-S0)/20]-1 }

在电波传播的平面大地模型下，P4与无线电信号源的位置PS1的距离 = D3/{ [10(S4-S0)/40]-1 }

如果在P4处测出的无线电信号源方向改变180度，则

在自由空间模型下，P4与无线电信号源的位置PS1的距离

= D3/{ [10(S4-S0)/20]+1 }

在平面大地模型下，P4与无线电信号源的位置PS1的距离

= D3/{ [10(S4-S0)/40]+1 }。

实施例4：

与实施例1、2、3的不同之处在于：本发明中，所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括五个用于躲避障碍的测距传感器。

Claims (9)

1.用于无线电监测的空中智能机器人，其特征在于包括：

用于飞行的机体；

用于获取无线电信号的接收天线；

用于获取接收天线所指方向，实时获取该方向对应的方位角的电子罗盘；

用于接收无线电信号的无线电监测接收单元；

用于调度监测任务、控制机体飞行、调度无线电监测接收单元、分析和记录监测数据的中央处理单元；

用于导航和自身定位的导航模块；

所述接收天线、电子罗盘、无线电监测接收单元、中央处理单元和导航模块均安装在机体上，所述中央处理单元分别与导航模块、电子罗盘和无线电监测接收单元连接，所述接收天线与无线电监测接收单元连接，所述中央处理单元先通过测向测出无线电信号源所在方向，再利用测向结果通过飞行控制模块控制机体的飞行航迹，最后根据继续飞行过程中测量到的数据计算无线电信号源的位置；

所述飞行航迹为往测出的无线电信号源所在方向继续飞行，飞行距离为D1；在这种飞行航迹规划和定位无线电信号源步骤中，在高度H、位置P0处空中无线电监测智能机器人测出无线电信号强度电平S0和无线电信号源所在方向，空中无线电监测智能机器人再沿测出的无线电信号源所在方向飞行距离D1到达位置P1，在高度H、位置P1处空中无线电监测智能机器人测出无线电信号强度电平S1和方向；空中无线电监测智能机器人根据无线电信号强度电平的变化量S1- S0和距离D1，按照电波传播模型推算出无线电信号源的位置PS；

如果在P1处测出的无线电信号源方向不变，则：

在电波传播的自由空间模型下，P1与无线电信号源的位置的距离 = D1/{ [10(S1-S0)/20]-1 }

在电波传播的平面大地模型下，P1与无线电信号源的位置的距离 = D1/{ [10(S1-S0)/40]-1 }

如果在P1处测出的无线电信号源方向改变180度，则：

在自由空间模型下，P1与无线电信号源的位置的距离

= D1/{ [10(S1-S0)/20]+1 }

在平面大地模型下，P1与无线电信号源的位置的距离

= D1/{ [10(S1-S0)/40]+1 }

当飞行高度远远大于所监测的电波波长时，采用电波传播的自由空间模型；否则按平面大地模型；

或飞行航迹为先往测出的无线电信号源所在方向继续飞行，飞行距离为D3，再往测出的无线电信号源所在方向成夹角θ2的方向继续飞行，飞行距离为D4；在这种飞行航迹规划和定位无线电信号源步骤中，在高度H、位置P0处空中无线电监测智能机器人先测出无线电信号强度电平S0和信号源所在方向Ⅰ；空中无线电监测智能机器人再沿无线电信号源所在方向Ⅰ飞行距离D3到达位置P4，在高度H、位置P4处空中无线电监测智能机器人测出无线电信号强度电平S4和方向Ⅱ，空中无线电监测智能机器人再根据无线电信号强度电平的变化量S4-S0和距离D3按照电波传播模型推算出无线电信号源的位置PS1；空中无线电监测智能机器人再沿与无线电信号源所在方向Ⅰ成夹角θ2的方向飞行距离D4到达位置P5 ，在高度H、位置P5处空中无线电监测智能机器人再测出无线电信号源所在方向Ⅲ，空中无线电监测智能机器人再根据位置P0、方向Ⅰ和位置P5、方向Ⅲ的交绘出无线电信号源的位置PS2；空中无线电监测智能机器人将无线电信号源的位置PS1和无线电信号源的位置PS2通过加权计算得出更准确的无线电信号源位置PS。

2.根据权利要求1所述的用于无线电监测的空中智能机器人，其特征在于：所述空中智能机器人的重量为6-12公斤。

3.根据权利要求1所述的用于无线电监测的空中智能机器人，其特征在于：接收天线在不同高度将接收到需要监测的无线电信号传输到无线电监测接收单元；无线电监测接收单元将来自不同高度的无线电信号强度数据发送至中央处理单元；中央处理单元测出不同高度的无线电信号中无线电信号最强的高度；再在无线电信号强度最强的高度进行测向，测出无线电信号源所在方向；中央处理单元先通过测向测出无线电信号源所在方向，再根据测向结果控制机体飞行，最后根据继续飞行过程中测量到的数据计算无线电信号源的位置。

4.根据权利要求1所述的用于无线电监测的空中智能机器人，其特征在于：所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括至少一个用于躲避障碍的测距传感器，所述测距传感器与中央处理单元连接，中央处理单元通过测距传感器实时计算空间障碍物是否在机体的飞行航迹上，当中央处理单元计算出空间障碍物在机体的飞行航迹上时，中央处理单元控制机体避开空间障碍物。

5.根据权利要求1所述的用于无线电监测的空中智能机器人，其特征在于：所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括气压计、陀螺仪和加速度传感器，所述中央处理单元分别与气压计、陀螺仪和加速度传感器连接，中央处理单元通过气压计、陀螺仪和加速度传感器自主校正机体的飞行姿态。

6.根据权利要求1所述的用于无线电监测的空中智能机器人，其特征在于：所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括用于进行电量检测的电量传感器，所述用于无线电监测的空中智能机器人包括用于为空中无线电监测智能机器人供电的电源，所述电源分别与中央处理单元和电量传感器连接，所述电量传感器与中央处理单元连接，所述中央处理单元通过电量传感器持续检测机体的当前剩余电量，并判断当前电量是否足够继续飞行；当中央处理单元计算出当前剩余电量仅够返回出发地或备降点时，中央处理单元控制机体执行自动返航或备降。

7.根据权利要求1所述的用于无线电监测的空中智能机器人，其特征在于：所述用于无线电监测的空中智能机器人还包括降落伞开启单元，降落伞开启单元与中央处理单元连接，所述空中机器人设有降落伞，所述降落伞与降落伞开启单元连接，中央处理单元通过降落伞开启单元打开降落伞。

8.根据权利要求1所述的用于无线电监测的空中智能机器人，其特征在于：所述接收天线为定向天线，定向天线和电子罗盘固连，定向天线和电子罗盘以相同角速度旋转；或所述接收天线为测向天线阵。

9.根据权利要求1所述的用于无线电监测的空中智能机器人，其特征在于：所述无线电监测接收单元为频谱分析仪、监测接收机；所述中央处理单元为控制无线电监测接收单元执行无线电监测指令、处理和存储监测数据、控制机体飞行和任务调度的微处理器；所述导航模块为卫星导航模块。