林崇昆

（深圳市艾特航空科技股份有限公司，廣東深圳518000）

1 引言

無(wú)人機(jī)可對(duì)控制質(zhì)量、地勢(shì)環(huán)境、河流中的水資源以及農(nóng)作物進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，并具備更加快速以及高效性。在四旋無(wú)人機(jī)的監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)中，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境以及根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，不過(guò)，對(duì)于地勢(shì)較為復(fù)雜的山區(qū)以及信號(hào)較弱的地區(qū)，其監(jiān)測(cè)能力也會(huì)有所降低。

2 監(jiān)測(cè)控制軟件分析研究

對(duì)于電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)而言，其主要的功能是對(duì)于電磁環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)化全面的檢測(cè)，并在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的過(guò)程中，能夠?qū)z測(cè)數(shù)據(jù)做好相關(guān)記錄，在此過(guò)程中，其主要的測(cè)量手段完全是根據(jù)電磁環(huán)境測(cè)量程序而實(shí)現(xiàn)的。不過(guò)，一般在測(cè)量的匯總過(guò)程中，測(cè)量系統(tǒng)基本暴露在空中，一旦對(duì)某較為復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，工作人員將會(huì)無(wú)法對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)完全進(jìn)行控制[1]。

電磁環(huán)境測(cè)量程序主要根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)其檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行接收，并控制系統(tǒng)。對(duì)于電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)而言，需要根據(jù)不同的測(cè)試結(jié)構(gòu)要求，在測(cè)量前，工作人員會(huì)對(duì)檢測(cè)程序設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，并在檢測(cè)的過(guò)程中，對(duì)檢測(cè)內(nèi)各個(gè)部位之間的頻率以及頻率變動(dòng)的幅值進(jìn)行監(jiān)測(cè)[2]。在對(duì)部分地區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)后，根據(jù)不同的測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)試頻率以及頻率之間的變動(dòng)幅值進(jìn)行明確記錄，并將相應(yīng)的時(shí)間記錄下來(lái)。另外，在接收信號(hào)后，系統(tǒng)對(duì)該地區(qū)的部位坐標(biāo)進(jìn)行接收，將接收的信息添加到系統(tǒng)內(nèi)部。并利用電磁環(huán)境測(cè)量程序，當(dāng)無(wú)人機(jī)進(jìn)行自動(dòng)飛行監(jiān)測(cè)時(shí)，一旦自動(dòng)輸入信號(hào)，并且無(wú)人機(jī)進(jìn)入監(jiān)測(cè)地區(qū)的范圍時(shí)，其測(cè)量值達(dá)到閾值，則無(wú)人機(jī)中的檢測(cè)系統(tǒng)將直接對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并對(duì)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，工作人員無(wú)須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行傳輸指令，并對(duì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存進(jìn)行接收。

3 電磁干擾定位算法以及在系統(tǒng)中的運(yùn)行

對(duì)地區(qū)進(jìn)行測(cè)量后，工作人員對(duì)所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并生成在監(jiān)測(cè)文件，對(duì)其進(jìn)行保管。由于在進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，所尋取的采樣樣本是有限的，因此，以地區(qū)的任意一點(diǎn)作為i，并以i為中心點(diǎn)，進(jìn)行畫(huà)圓。R為半徑，在R以外的區(qū)域?qū)ΡO(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響暫且忽略不計(jì)，距離i點(diǎn)的距離為iij，并相應(yīng)地列出公式，其公式為：

公式中Aj的為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的待定參數(shù)。

當(dāng)測(cè)量點(diǎn)數(shù)量較多時(shí)，將其作為N，那么對(duì)于測(cè)量點(diǎn)i具有一定的影響，其公式2為：

對(duì)于該測(cè)量點(diǎn)i而言，實(shí)測(cè)的電磁強(qiáng)度為Ei，則其公式為

對(duì)于不同的測(cè)試點(diǎn)N而言，根據(jù)電磁強(qiáng)度中的公式即可將N的待定參數(shù)計(jì)算出來(lái)為Aj，此時(shí)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電磁強(qiáng)度計(jì)算出來(lái)為E，并根據(jù)不同的電磁強(qiáng)度，對(duì)測(cè)量?jī)?nèi)部的區(qū)域進(jìn)行電磁強(qiáng)度變化走勢(shì)圖的畫(huà)制，工作人員通過(guò)觀察，對(duì)于電磁的干擾部位進(jìn)行粗略的定位。

根據(jù)公式2可知，對(duì)數(shù)據(jù)的出力結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的分析后，其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確值為R，并且與該地區(qū)的N的測(cè)量點(diǎn)具有一定的關(guān)系。通常而言，測(cè)量點(diǎn)N值越大，那么測(cè)量的結(jié)果R值的準(zhǔn)確度就越大，N的選取值需要根據(jù)不同的實(shí)際情況而定。

4 電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成軟件分析

對(duì)于所研發(fā)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，其主要的組成部分分別為四旋翼無(wú)人機(jī)、可控制電腦主板、數(shù)據(jù)接收信息天線、數(shù)據(jù)收集接收卡。四旋翼無(wú)人機(jī)利用新型技術(shù)無(wú)線電纜與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)中的軟件或者計(jì)算機(jī)中的主板進(jìn)行連接，通過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)收集接收卡與無(wú)人機(jī)中含有的導(dǎo)線相互連接，數(shù)據(jù)接收信息天線電纜之間相互連接，形成頻譜模塊；并定位系統(tǒng)的GPS模塊、數(shù)據(jù)收集接收卡、依據(jù)數(shù)據(jù)變化模塊全部與計(jì)算機(jī)中的USB接口相互連接，數(shù)具傳輸電線則需要與USB的接口根據(jù)電腦的主板以及計(jì)算機(jī)相互連接。

四旋翼無(wú)人機(jī)在飛行的過(guò)程中，需要對(duì)其飛行主板進(jìn)行供電，當(dāng)飛入工作人員設(shè)置的測(cè)量點(diǎn)后，無(wú)人機(jī)將會(huì)在該點(diǎn)的范圍內(nèi)，應(yīng)用數(shù)據(jù)收集接收卡將監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行收集，并且數(shù)據(jù)接收信息天線將所接收的無(wú)線電波信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，通過(guò)數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)化，將會(huì)直接形成電壓信號(hào)輸送到頻率的模塊當(dāng)中，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。數(shù)據(jù)的分析處理系統(tǒng)主要包含數(shù)據(jù)傳輸模塊以及計(jì)算機(jī)，工作人員利用相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，并且，在此過(guò)程中，相關(guān)工作人員使用計(jì)算機(jī)時(shí)，可對(duì)電磁環(huán)境中所使用的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。在實(shí)際對(duì)復(fù)雜的地區(qū)監(jiān)測(cè)前，工作人員必須控制好四旋翼無(wú)人機(jī)，并利用相關(guān)的工作軟件設(shè)置好無(wú)人機(jī)的飛行路線，將測(cè)量的參數(shù)值確定好，并根據(jù)具體的要求設(shè)置好測(cè)量點(diǎn)。當(dāng)對(duì)監(jiān)測(cè)的任務(wù)設(shè)置完畢后，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則需要按照工作熱人員所設(shè)定的路線，對(duì)測(cè)量點(diǎn)外的范圍，可關(guān)閉所有的檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)測(cè)量點(diǎn)的范圍內(nèi)，四旋翼無(wú)人機(jī)將會(huì)自動(dòng)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，開(kāi)啟數(shù)據(jù)接收信號(hào)卡以及天線，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并促使污染及自動(dòng)自我飛行，并自我進(jìn)行接受信息，將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在無(wú)人機(jī)中的電腦主板中，并對(duì)地面人工控制的計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸，在電磁環(huán)境下，可利用系統(tǒng)內(nèi)部含有的可視化軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，工作人員可在地面對(duì)無(wú)人機(jī)所到達(dá)的方位進(jìn)行觀察，根據(jù)不同時(shí)間所收集的數(shù)據(jù)信息制作出數(shù)據(jù)走向圖，并在測(cè)量點(diǎn)的范圍內(nèi)，對(duì)電磁的輻射源頭進(jìn)行相應(yīng)的判定，并粗略地找出源頭的方位以及地區(qū)。

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了能夠準(zhǔn)確地對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)的電磁環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)、，相關(guān)工作人員在北京市的密云區(qū)北航科技園進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛行監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，工作人員可通過(guò)電磁環(huán)境下的可視化軟件對(duì)數(shù)據(jù)的信息進(jìn)行處理，并繪制出相應(yīng)的電磁態(tài)勢(shì)圖，如圖1所示。

圖1 電磁環(huán)境分布態(tài)勢(shì)圖

據(jù)圖示，相關(guān)技術(shù)軟件對(duì)于電磁的干擾環(huán)境的源頭定位結(jié)構(gòu)與實(shí)際地區(qū)的源頭地理位置相差無(wú)幾，并且能夠?qū)ο鄳?yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集而且能夠傳輸。由此可見(jiàn)，形影的繪制測(cè)量，能夠找出電磁干擾的源頭位置。

6 結(jié)論

綜上所述，對(duì)基于四旋翼無(wú)人機(jī)的電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，在經(jīng)過(guò)相應(yīng)的對(duì)監(jiān)測(cè)控制軟件分析研究后，電磁干擾定位算法以及在系統(tǒng)中的運(yùn)行，電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成軟件分析以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電磁環(huán)境的自動(dòng)定點(diǎn)測(cè)量。