基于四旋翼無人機的電磁環境監測分析系統

林崇昆

【摘 要】在四旋翼無人機中，我國相關技術研究人員對電磁環境監測系統進行了全面分析，通過將電磁環境監測系統安裝到四旋翼無人機平臺上，并利用自主研發的監測管理軟件以及電磁相關技術算法，自動對測量數據以及測量的結果進行全面分析。

【Abstract】In the four-rotor UAV， the monitoring system of electromagnetic environment has been comprehensively analyzed by the relevant technical researchers in China， and the monitoring system of electromagnetic environment has been installed on the platform of the four rotor UAV. Using the self-developed monitoring and management software and electromagnetic related technology algorithm， the automatic measurement data and measurement results are comprehensively analyzed.

【關鍵詞】四旋翼無人機；電磁環境；監測系統

【Keywords】 four rotor UAV； electromagnetic environment； monitoring system

【中圖分類號】V279+.2 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）07-0137-02

1 引言

無人機可對控制質量、地勢環境、河流中的水資源以及農作物進行全面監測，并具備更加快速以及高效性。在四旋無人機的監測分析系統中，對于現場電磁環境以及根據計算機網絡系統而言，對其進行數據分析，不過，對于地勢較為復雜的山區以及信號較弱的地區，其監測能力也會有所降低。

2 監測控制軟件分析研究

對于電磁環境監測分析系統而言，其主要的功能是對于電磁環境進行自動化全面的檢測，并在監測數據的過程中，能夠對檢測數據做好相關記錄，在此過程中，其主要的測量手段完全是根據電磁環境測量程序而實現的。不過，一般在測量的匯總過程中，測量系統基本暴露在空中，一旦對某較為復雜的地區進行測量時，工作人員將會無法對檢測系統完全進行控制[1]。

電磁環境測量程序主要根據測量系統對其檢測信號進行接收，并控制系統。對于電磁環境監測分析系統而言，需要根據不同的測試結構要求，在測量前，工作人員會對檢測程序設置相應的參數，并在檢測的過程中，對檢測內各個部位之間的頻率以及頻率變動的幅值進行監測[2]。在對部分地區進行監測后，根據不同的測試數據測試頻率以及頻率之間的變動幅值進行明確記錄，并將相應的時間記錄下來。另外，在接收信號后，系統對該地區的部位坐標進行接收，將接收的信息添加到系統內部。并利用電磁環境測量程序，當無人機進行自動飛行監測時，一旦自動輸入信號，并且無人機進入監測地區的范圍時，其測量值達到閾值，則無人機中的檢測系統將直接對監測數據進行收集，并對相應的監測數據進行儲存，工作人員無須對系統進行傳輸指令，并對系統監測數據的儲存進行接收。

3 電磁干擾定位算法以及在系統中的運行

對地區進行測量后，工作人員對所收集的數據進行管理，并生成在監測文件，對其進行保管。由于在進行監測的過程中，所尋取的采樣樣本是有限的，因此，以地區的任意一點作為i，并以i為中心點，進行畫圓。R為半徑，在R以外的區域對監測數據的影響暫且忽略不計，距離i點的距離為iij，并相應地列出公式，其公式為：

公式中Aj的為監測系統的待定參數。

當測量點數量較多時，將其作為N，那么對于測量點i具有一定的影響，其公式2為：

對于該測量點i而言，實測的電磁強度為Ei，則其公式為

對于不同的測試點N而言，根據電磁強度中的公式即可將N的待定參數計算出來為Aj，此時各個監測點的電磁強度計算出來為E，并根據不同的電磁強度，對測量內部的區域進行電磁強度變化走勢圖的畫制，工作人員通過觀察，對于電磁的干擾部位進行粗略的定位。

根據公式2可知，對數據的出力結構進行相應的分析后，其數據的準確值為R，并且與該地區的N的測量點具有一定的關系。通常而言，測量點N值越大，那么測量的結果R值的準確度就越大，N的選取值需要根據不同的實際情況而定。

4 電磁環境監測系統組成軟件分析

對于所研發的監測系統而言，其主要的組成部分分別為四旋翼無人機、可控制電腦主板、數據接收信息天線、數據收集接收卡。四旋翼無人機利用新型技術無線電纜與網絡計算機中的軟件或者計算機中的主板進行連接，通過相應的數據收集接收卡與無人機中含有的導線相互連接，數據接收信息天線電纜之間相互連接，形成頻譜模塊；并定位系統的GPS模塊、數據收集接收卡、依據數據變化模塊全部與計算機中的USB接口相互連接，數具傳輸電線則需要與USB的接口根據電腦的主板以及計算機相互連接。

四旋翼無人機在飛行的過程中，需要對其飛行主板進行供電，當飛入工作人員設置的測量點后，無人機將會在該點的范圍內，應用數據收集接收卡將監測信號進行收集，并且數據接收信息天線將所接收的無線電波信號進行轉化，通過數據信息的轉化，將會直接形成電壓信號輸送到頻率的模塊當中，并對監測數據進行分析處理。數據的分析處理系統主要包含數據傳輸模塊以及計算機，工作人員利用相關的數據傳輸模塊實現了監測數據的傳輸，并且，在此過程中，相關工作人員使用計算機時，可對電磁環境中所使用的軟件進行數據分析處理。在實際對復雜的地區監測前，工作人員必須控制好四旋翼無人機，并利用相關的工作軟件設置好無人機的飛行路線，將測量的參數值確定好，并根據具體的要求設置好測量點。當對監測的任務設置完畢后，監測系統則需要按照工作熱人員所設定的路線，對測量點外的范圍，可關閉所有的檢測系統，當到達測量點的范圍內，四旋翼無人機將會自動對測量系統發出信號，開啟數據接收信號卡以及天線，對數據進行收集，并促使污染及自動自我飛行，并自我進行接受信息，將監測的數據存儲在無人機中的電腦主板中，并對地面人工控制的計算機進行數據信息傳輸，在電磁環境下，可利用系統內部含有的可視化軟件對數據進行相應處理，工作人員可在地面對無人機所到達的方位進行觀察，根據不同時間所收集的數據信息制作出數據走向圖，并在測量點的范圍內，對電磁的輻射源頭進行相應的判定，并粗略地找出源頭的方位以及地區。

5 實驗驗證

為了能夠準確地對四旋翼無人機的電磁環境進行監測、，相關工作人員在北京市的密云區北航科技園進行了實驗驗證。在無人機進行飛行監測的過程中，工作人員可通過電磁環境下的可視化軟件對數據的信息進行處理，并繪制出相應的電磁態勢圖，如圖1所示。

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1 引言

無人機可對控制質量、地勢環境、河流中的水資源以及農作物進行全面監測，并具備更加快速以及高效性。在四旋無人機的監測分析系統中，對于現場電磁環境以及根據計算機網絡系統而言，對其進行數據分析，不過，對于地勢較為復雜的山區以及信號較弱的地區，其監測能力也會有所降低。

2 監測控制軟件分析研究

對于電磁環境監測分析系統而言，其主要的功能是對于電磁環境進行自動化全面的檢測，并在監測數據的過程中，能夠對檢測數據做好相關記錄，在此過程中，其主要的測量手段完全是根據電磁環境測量程序而實現的。不過，一般在測量的匯總過程中，測量系統基本暴露在空中，一旦對某較為復雜的地區進行測量時，工作人員將會無法對檢測系統完全進行控制[1]。

電磁環境測量程序主要根據測量系統對其檢測信號進行接收，并控制系統。對于電磁環境監測分析系統而言，需要根據不同的測試結構要求，在測量前，工作人員會對檢測程序設置相應的參數，并在檢測的過程中，對檢測內各個部位之間的頻率以及頻率變動的幅值進行監測[2]。在對部分地區進行監測后，根據不同的測試數據測試頻率以及頻率之間的變動幅值進行明確記錄，并將相應的時間記錄下來。另外，在接收信號后，系統對該地區的部位坐標進行接收，將接收的信息添加到系統內部。并利用電磁環境測量程序，當無人機進行自動飛行監測時，一旦自動輸入信號，并且無人機進入監測地區的范圍時，其測量值達到閾值，則無人機中的檢測系統將直接對監測數據進行收集，并對相應的監測數據進行儲存，工作人員無須對系統進行傳輸指令，并對系統監測數據的儲存進行接收。

3 電磁干擾定位算法以及在系統中的運行

對地區進行測量后，工作人員對所收集的數據進行管理，并生成在監測文件，對其進行保管。由于在進行監測的過程中，所尋取的采樣樣本是有限的，因此，以地區的任意一點作為i，并以i為中心點，進行畫圓。R為半徑，在R以外的區域對監測數據的影響暫且忽略不計，距離i點的距離為iij，并相應地列出公式，其公式為：

eij=Aj（■ln■+1-■）

公式中Aj的為監測系統的待定參數。

當測量點數量較多時，將其作為N，那么對于測量點i具有一定的影響，其公式2為：

ei=■Aj（■ln■+1-■）

對于該測量點i而言，實測的電磁強度為Ei，則其公式為

Ei=■Aj（■ln■+1-■）

對于不同的測試點N而言，根據電磁強度中的公式即可將N的待定參數計算出來為Aj，此時各個監測點的電磁強度計算出來為E，并根據不同的電磁強度，對測量內部的區域進行電磁強度變化走勢圖的畫制，工作人員通過觀察，對于電磁的干擾部位進行粗略的定位。

根據公式2可知，對數據的出力結構進行相應的分析后，其數據的準確值為R，并且與該地區的N的測量點具有一定的關系。通常而言，測量點N值越大，那么測量的結果R值的準確度就越大，N的選取值需要根據不同的實際情況而定。

4 電磁環境監測系統組成軟件分析

對于所研發的監測系統而言，其主要的組成部分分別為四旋翼無人機、可控制電腦主板、數據接收信息天線、數據收集接收卡。四旋翼無人機利用新型技術無線電纜與網絡計算機中的軟件或者計算機中的主板進行連接，通過相應的數據收集接收卡與無人機中含有的導線相互連接，數據接收信息天線電纜之間相互連接，形成頻譜模塊；并定位系統的GPS模塊、數據收集接收卡、依據數據變化模塊全部與計算機中的USB接口相互連接，數具傳輸電線則需要與USB的接口根據電腦的主板以及計算機相互連接。

四旋翼無人機在飛行的過程中，需要對其飛行主板進行供電，當飛入工作人員設置的測量點后，無人機將會在該點的范圍內，應用數據收集接收卡將監測信號進行收集，并且數據接收信息天線將所接收的無線電波信號進行轉化，通過數據信息的轉化，將會直接形成電壓信號輸送到頻率的模塊當中，并對監測數據進行分析處理。數據的分析處理系統主要包含數據傳輸模塊以及計算機，工作人員利用相關的數據傳輸模塊實現了監測數據的傳輸，并且，在此過程中，相關工作人員使用計算機時，可對電磁環境中所使用的軟件進行數據分析處理。在實際對復雜的地區監測前，工作人員必須控制好四旋翼無人機，并利用相關的工作軟件設置好無人機的飛行路線，將測量的參數值確定好，并根據具體的要求設置好測量點。當對監測的任務設置完畢后，監測系統則需要按照工作熱人員所設定的路線，對測量點外的范圍，可關閉所有的檢測系統，當到達測量點的范圍內，四旋翼無人機將會自動對測量系統發出信號，開啟數據接收信號卡以及天線，對數據進行收集，并促使污染及自動自我飛行，并自我進行接受信息，將監測的數據存儲在無人機中的電腦主板中，并對地面人工控制的計算機進行數據信息傳輸，在電磁環境下，可利用系統內部含有的可視化軟件對數據進行相應處理，工作人員可在地面對無人機所到達的方位進行觀察，根據不同時間所收集的數據信息制作出數據走向圖，并在測量點的范圍內，對電磁的輻射源頭進行相應的判定，并粗略地找出源頭的方位以及地區。

5 實驗驗證

為了能夠準確地對四旋翼無人機的電磁環境進行監測、，相關工作人員在北京市的密云區北航科技園進行了實驗驗證。在無人機進行飛行監測的過程中，工作人員可通過電磁環境下的可視化軟件對數據的信息進行處理，并繪制出相應的電磁態勢圖，如圖1所示。

據圖示，相關技術軟件對于電磁的干擾環境的源頭定位結構與實際地區的源頭地理位置相差無幾，并且能夠對相應的數據進行收集而且能夠傳輸。由此可見，形影的繪制測量，能夠找出電磁干擾的源頭位置。

6 結論

綜上所述，對基于四旋翼無人機的電磁環境監測分析系統，在經過相應的對監測控制軟件分析研究后，電磁干擾定位算法以及在系統中的運行，電磁環境監測系統組成軟件分析以及實驗驗證，實現了對電磁環境的自動定點測量。

【參考文獻】

【1】賈語揚，張凱，盧小祝，等.基于四旋翼無人機的電磁環境監測分析系統[J].遙測遙控，2016，37（5）：6-11.

【2】嚴孝鑫，張航，周鑫，等.基于四旋翼無人機的環境監測系統[J].自動化與儀器儀表，2016，10（10）：85-86.

據圖示，相關技術軟件對于電磁的干擾環境的源頭定位結構與實際地區的源頭地理位置相差無幾，并且能夠對相應的數據進行收集而且能夠傳輸。由此可見，形影的繪制測量，能夠找出電磁干擾的源頭位置。

6 結論

綜上所述，對基于四旋翼無人機的電磁環境監測分析系統，在經過相應的對監測控制軟件分析研究后，電磁干擾定位算法以及在系統中的運行，電磁環境監測系統組成軟件分析以及實驗驗證，實現了對電磁環境的自動定點測量。

【參考文獻】

【1】賈語揚，張凱，盧小祝，等.基于四旋翼無人機的電磁環境監測分析系統[J].遙測遙控，2016，37（5）：6-11.

【2】嚴孝鑫，張航，周鑫，等.基于四旋翼無人機的環境監測系統[J].自動化與儀器儀表，2016，10（10）：85-86.