万向节稳定系统的制作方法

1.本技术涉及用于飞行器诸如无人驾驶飞行器(uav)的万向节稳定系统的系统、装置和方法，用于测试被测天线(aut)及其应用。


背景技术：

2.存在用于天线测量的解决方案，其中发射和/或接收探头天线安装在飞行器上，例如但不限于无人飞行器(uav)。这些系统通常使用固定安装的探头天线系统，可用于测量广播和电信环境。由于uav上的定向探头天线通常用于测量，增益将根据探测天线指向的位置而变化。
3.虽然现有技术使用固定安装在uav结构上的定向探头天线，但是当uav移动时，它将不能指向被测天线，因此探头天线的相对增益将根据uav的翻滚、俯仰和偏航运动而变化。当执行aut的相对测量时，这是一个问题，在这种情况下，当探头在aut周围移动时，要求用于进行测量的探头具有恒定的增益。可替代地，uav的飞行需要预先编程和/或手动调整，使得固定探头天线指向aut。这很难在uav飞行期间手动保持，以便通过固定探头天线进行精确测量。
4.此外，对于线极化rf传输，重要的是aut和用于测量的uav上的探头天线对准。这将允许aut的同极和跨极测量。然而，uav在飞行时会有姿态运动，例如俯仰、翻滚和偏航。如果探头天线与uav的结构固定在一起，这些运动以及飞行路径可能会导致探头天线不对准。同样，这种对准在uav飞行期间难以手动保持，以便通过固定探头天线进行精确测量。
5.希望有一种更加改进的飞行器/uav天线探头系统，克服这些缺点中的至少一个或多个。
6.下面描述的实施例不限于解决上述已知方法的任何或所有缺点的实现。


技术实现要素：

7.提供本发明内容是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于确定所要求保护的主题的范围；促进本发明的工作和/或用于实现基本相似的技术效果的变型和替代特征应被认为落入本文公开的本发明的范围内。
8.本公开提供了用于控制万向节结构的方法、装置和系统，以确保当安装在飞行器上时，有效载荷联接到万向节结构，所述飞行器例如但不限于无人驾驶飞行器指向和/或对准被测天线(aut)。有效载荷可配置成并可操作成在天线性能程序(ape)期间用于测试和/或测量aut的性能。有效载荷的指向和/或对准是基于接收到的位置信息例如但不限于飞行器/万向节结构的位置/地点、姿态、航向和/或速度以及接收到的位置信息例如但不限于aut的位置/地点来计算和调整的。由此，对万向节结构进行调整，以调整/保持/控制有效载荷在aut的方向上的指向和/或对准。例如，至少在飞行器飞行时的ape期间，用于调整/控制和/或保持有效载荷的第一部分朝向aut的指向和对准。以这种方式调整有效负载可确保用
aut进行准确的ape测试。
9.在第一方面，本公开提供了一种在用于测试被测天线(aut)的天线测试系统中控制飞行器的万向节稳定系统的计算机实现的方法，该万向节稳定系统包括可旋转地联接到包括有效载荷的万向节组件的控制组件，该有效载荷包括包含用于测试aut的通信传感器接口的第一部分和可旋转地联接到万向节组件的第二部分，该控制组件包括控制器，由控制器执行的该方法还包括：在aut测试期间接收飞行器的飞行中位置；接收aut相对于飞行器的位置；以及通过以下方式控制万向节组件：基于所接收的飞行器位置和所接收的aut位置，计算有效载荷的第一部分相对于aut的指向和对准；以及基于所计算的有效载荷的第一部分的指向和对准，保持有效载荷的第一部分朝向aut的指向和对准。
10.作为选择，计算机实现的方法，其中接收飞行器的飞行中位置还包括接收代表飞行器的全球定位系统gps、位置、航向、高度和/或姿态的数据。作为另一选择，计算机实现的方法还包括接收aut的位置还包括接收表示与aut的位置相关的信息的数据。作为进一步选择，计算机实现的方法，其中通信传感器接口还包括以下组中的至少一个：接收器；发射器；收发器；和/或配置用于测试aut的任何其他通信接口和/或通信传感器接口。
11.作为选择，计算机实现的方法还包括控制有效载荷围绕至少两个旋转轴线的指向和/或对准，其中控制组件可旋转地联接到万向节组件，有效载荷可旋转地联接到万向节组件。作为另一选择，计算机实现的方法还包括控制有效载荷围绕至少三个旋转轴线的指向和/或对准，其中控制组件可旋转地联接到万向节组件，有效载荷可旋转地联接到万向节组件，其中万向节组件包括用于控制有效载荷的指向和/或对准的另一旋转轴线。作为另一选择，计算机实现的方法，其中控制组件通过第一马达可旋转地联接到万向节组件，万向节组件还包括：联接到第一马达的第一旋转臂，第一马达配置成围绕第一旋转轴线旋转第一旋转臂，第一旋转臂在远离第一旋转臂到第一马达的联接的第一旋转臂的一端联接到第二马达；联接到第二马达的第二旋转臂，第二马达配置为围绕第二旋转轴线旋转第二旋转臂，第二旋转轴线正交于第一旋转轴线，第二旋转臂联接到第三马达，其中第三马达配置为围绕第三旋转轴线旋转在有效载荷的第二部分处联接到第三马达的有效载荷，其中第三旋转轴线不同于第二旋转轴线；并且控制组件的控制器电连接到第一马达、第二马达和第三马达；其中控制万向节组件还包括：保持有效载荷的第一部分的指向和对准还包括基于计算的有效载荷的第一部分朝向aut的指向和对准来控制第一马达、第二马达和第三马达中的一个或多个。
12.作为选择，计算机实现的方法，其中第一旋转轴线是相对于万向节组件的偏航旋转轴线，第二旋转轴线是相对于万向节组件的俯仰旋转轴线，第三旋转轴线是相对于万向节组件的翻滚旋转轴线。
13.作为另一选择，计算机实现的方法，其中第一、第二和第三马达各自包括以下组中的至少一个：万向节马达；无刷马达；无刷万向节马达；万向节驱动马达；和/或用于调整和/或保持有效载荷的第一部分在aut的方向上的指向和/或对准的任何合适的马达。作为选择，计算机实现的方法，其中第一、第二和第三马达分别对应于偏航马达、俯仰马达和翻滚马达。
14.作为选择，计算机实现的方法，其中控制组件通过偏航马达可旋转地联接到万向节组件，万向节组件还包括：联接到偏航马达的偏航旋转臂，偏航马达配置成围绕偏航旋转
轴线旋转偏航旋转臂，偏航旋转臂在远离偏航旋转臂到偏航马达的联接的偏航旋转臂的一端联接到俯仰马达；联接到俯仰马达的俯仰旋转臂，俯仰马达配置为围绕俯仰旋转轴线旋转俯仰旋转臂，俯仰旋转轴线正交于偏航旋转轴线，俯仰旋转臂联接到翻滚马达，其中翻滚马达配置为围绕翻滚旋转轴线旋转在有效载荷的第二部分联接到翻滚马达的有效载荷，其中翻滚旋转轴线正交于俯仰旋转轴线；以及控制组件的控制器电连接到偏航马达、俯仰马达和翻滚马达；其中控制万向节组件还包括：保持有效载荷的第一部分的指向和对准还包括基于计算的有效载荷的第一部分朝向aut的指向和对准来控制偏航马达、俯仰马达和翻滚马达中的一个或多个。
15.作为另一选择，计算机实现的方法，其中控制万向节组件还包括：计算有效载荷相对于aut的偏航、俯仰和翻滚的理论角度；基于将来自代表飞行器当前接收位置的数据的反馈与飞行器的姿态和航向参考系统进行比较，计算万向节组件的漂移偏移量，以校正万向节组件中的漂移；以及向万向节控制器发送角度命令和漂移偏移量，用于基于将漂移偏移量与偏航、俯仰和翻滚的理论角度相结合来控制第一马达、第二马达和第三马达中的一个或多个。
16.作为另一选择，计算机实现的方法，其中控制万向节组件还包括：当使用有效载荷测试线极化系统时，通过以下方式控制万向节组件以保持有效载荷通信传感器接口极化与aut极化的极化对准：将接收到的飞行器的飞行中的位置与接收到的aut的位置进行比较；基于用于保持极化对准的比较，计算理论翻滚调整值，用于至少调整有效载荷相对于aut的翻滚角；并且向万向节组件的翻滚马达发送翻滚角度命令。
17.作为选择，计算机实现的方法，其中基站位于相对于aut的地理位置，基站的位置定义了在aut测试期间飞行器的参考位置，并且接收aut的位置还包括：接收基站的位置；基于aut相对于基站位置的地理位置来计算aut的位置。
18.作为另一选择，计算机实现的方法，其中有效载荷还包括位于有效载荷的第一端的相机，并且接收aut的位置还包括：分析来自相机的一个或多个图像以识别aut的位置；以及基于aut在所述一个或多个分析图像中的识别位置来计算aut的位置。
19.作为进一步选择，计算机实现的方法，其中：分析来自相机的一个或多个图像以识别aut的位置还包括分析来自相机的一个或多个图像以识别aut；以及基于所识别的aut在所述一个或多个分析图像中的位置来计算aut的位置。
20.作为另一选择，计算机实现的方法，其中：分析来自相机的一个或多个图像以识别aut的位置还包括分析来自相机的一个或多个图像以识别基站；以及基于在所述一个或多个分析的图像中识别的基站位置，并且基于aut相对于识别的基站位置的地理位置，计算aut的位置。
21.作为选择，计算机实现的方法，其中aut包括信标信号，并且接收aut的位置还包括：接收与aut相关的信标信号；以及基于接收的信标信号确定aut的位置。
22.作为另一选择，计算机实现的方法，其中基站包括信标信号，并且接收aut的位置还包括：接收与基站相关的信标信号；以及基于接收到的来自基站的信标信号和aut相对于基站位置的地理位置来确定aut的位置。
23.作为进一步选择，计算机实现的方法还包括保持有效载荷的第一部分指向相对于aut的指定位置。
24.作为另一选择，计算机实现的方法，其中通信传感器接口是收发器，并且该方法还包括控制有效载荷的收发器执行以下组中的至少一个或多个：以期望的频率生成和发射连续波或调制测试信号；接收所需频率的连续波或调制测试信号；产生并向aut发射线极化信号；产生并向aut发射圆极化信号；接收来自aut的线极化信号；并接收来自aut的圆极化信号；ape测试aut天线所需的任何其他信号或波的产生、发射和/或接收。
25.作为选择，计算机实现的方法，其中通信传感器接口是收发器，所述方法还包括控制万向节组件执行以下组中的至少一个或多个：将收发器的rf传输喇叭天线指向与aut相关的特定几何点；取消飞行器的任何移动或运动，以保持rf传输喇叭天线指向指定的几何点或aut；在aut测试期间保持rf收发器喇叭天线极化与相应的aut收发器喇叭天线极化的对准。
26.作为进一步选择，计算机实现的方法，其中，当测试aut时，该方法还包括：在飞行器相对于aut的飞行测试路线(例如预编程的飞行测试路线)期间，调整和/或保持有效载荷的第一部分朝向aut的指向和/或对准；在通信传感器接口处接收与aut的至少主波束相关的测量值；并且收集与aut的至少主波束方位角和仰角相关的测量数据点；将所收集的测量数据点和飞行器位置发送到控制站，用于基于对所收集的测量数据点的分析来确定至少aut指向。
27.在第二方面，本公开提供了一种用于飞行器的万向节稳定系统，包括可旋转地联接到包括有效载荷的万向节组件的控制组件，该控制组件包括控制器，其配置为操作万向节组件以保持有效载荷的第一部分指向被测天线aut，有效载荷的第二部分可旋转地联接到万向节组件，其中第一部分包括用于测试aut的通信传感器接口。
28.作为选择，第二方面的万向节稳定系统，万向节组件还包括基于根据第一方面的任何特征、其组合、对其的修改和/或如本文所述的计算机实现的方法操作万向节稳定系统的控制器。
29.在第三方面，本公开提供了一种装置，包括处理器单元、存储器单元和通信接口，处理器单元连接到存储器单元和通信接口，其中处理器单元、存储器单元和通信接口适于实现根据第一方面的任何特征、其组合、对其的修改和/或如本文所述的计算机实现的方法。
30.在第四方面，本公开提供了一种系统，包括：飞行器，包括根据第二或第三方面、其组合、对其的修改和/或如本文所述的万向节稳定装置；以及被测天线，其中飞行器配置成使用万向节稳定装置执行aut的测试。
31.作为选择，第一、第二、第三和/或第四方面，其中飞行器是无人驾驶飞行器。
32.在第五方面，本公开提供了一种包括存储在其上的计算机代码或指令的计算机可读介质，当在处理器上执行时，该计算机代码或指令使处理器执行根据第一方面的任何特征、其组合、对其的修改和/或如本文所述的计算机实现的方法。
33.在第六方面，本公开提供了一种如本文参照附图描述的系统。
34.在第七方面，本公开提供了一种如本文参照附图描述的方法。
35.在第八方面，本公开提供了一种如本文参照附图描述的装置。
36.在第九方面，本公开提供了一种如本文参照附图描述的计算机程序产品。
37.这里描述的方法和/或过程可以由有形存储介质上的机器可读形式的软件来执
行，例如以计算机程序的形式，该计算机程序包括计算机程序代码装置，当程序在计算机上运行时，该计算机程序代码装置适于执行这里描述的任何方法的所有步骤，并且其中计算机程序可以在计算机可读介质上实现。有形(或非暂时性)存储介质的示例包括磁盘、拇指驱动器、存储卡等，并且不包括传播信号。该软件可以适用于在并行处理器或串行处理器上执行，使得方法步骤可以任何合适的顺序或同时执行。
38.本技术承认固件和软件可以是有价值的、可单独交易的商品。它旨在包含运行或控制“哑”或标准硬件的软件，以执行所需的功能。它还旨在包含“描述”或定义硬件配置的软件，例如hdl(硬件描述语言)软件，如用于设计硅芯片或用于配置通用可编程芯片，以执行期望的功能。
39.对技术人员来说显而易见的是，优选特征可以适当地组合，并且可以与本发明的任何方面组合。
附图说明
40.本发明的实施例将参照以下附图通过举例的方式进行描述，其中：
41.图1a是示出根据本发明一些实施例的用于测试被测天线(aut)的示例万向节稳定系统的示意图；
42.图1b是示出根据本发明一些实施例的用于图1a的示例万向节稳定过程的流程图；
43.图2a和2b是示出根据本发明一些实施例的具有万向节组件和有效载荷的示例万向节稳定系统的侧视图和前视图的示意图；
44.图2c是示出根据本发明一些实施例的示例万向节稳定系统的透视图的另一示意图；
45.图2d是示出根据本发明一些实施例的图2a至2c的示例万向节稳定系统的侧视截面图的另一示意图；
46.图3a是示出根据本发明一些实施例的用于测试aut的另一示例万向节稳定系统的示意图；
47.图3b是示出根据本发明一些实施例的用于图3a的另一示例万向节稳定过程的流程图；
48.图3c是示出使用根据本发明一些实施例的万向节稳定系统的测试系统的示意图；
49.图4a和4b是示出根据本发明一些实施例的用于万向节稳定系统的示例有效载荷的透视图的示意图；
50.图5是示出根据本发明一些实施例的使用万向节稳定系统的用于aut的示例测试过程的示意图；
51.图6a是示出根据本发明一些实施例的示例计算系统、设备或装置的示意图；以及
52.图6b是示出根据本发明一些实施例的示例uav-ape系统的示意图。
53.在所有附图中，使用相同的附图标记来表示相似的特征。
具体实施方式
54.以下仅通过示例的方式描述本发明的实施例。这些示例代表了申请人目前已知的实施本发明的最佳模式，尽管它们不是实现此的唯一方式。该描述阐述了示例的功能以及
构造和操作示例的步骤顺序。然而，相同或等同的功能和顺序可以通过不同的示例来实现。
55.本公开提供了用于飞行器安装的万向节稳定系统的方法、装置和系统，该万向节稳定系统包括天线测试有效载荷，其配置成在天线性能评估(ape)过程等期间引导天线测试有效载荷与被测天线(aut)的指向和/或对准。优选地，飞行器可以是其上安装有万向节稳定系统的无人驾驶飞行器(uav),该万向节稳定系统包括控制器，其配置用于在与aut相关的天线评估过程期间，引导和保持天线测试有效载荷朝向被测天线(aut)的指向和/或对准。万向节稳定系统配置成接收与aut相关的位置信息、与uav相关的位置信息，并计算对万向节稳定系统的必要调整，以在天线评估过程中保持天线测试有效载荷朝向aut的指向和/或对准。万向节稳定系统包括安装到uav上的万向节机构，其中万向节机构包括由控制器控制的可旋转结构元件的组合，其使天线测试有效载荷能够独立于飞行器或uav的飞行路径、路线和/或姿态可控地调整、指向和/或对准aut。
56.本质上，具有有效载荷的万向节稳定系统提供至少多个以下功能和/或能力：在任何期望的频率等(例如在ku频带频率)产生、发射和/或接收测试信号；使用线或圆极化；将有效载荷(例如rf喇叭天线)的通信接口指向与aut相关的特定几何/地理点(例如aut所处的位置)；取消uav的任何移动，以保持通信接口持续指向aut(例如保持rf喇叭天线始终指向aut)；和/或保持/维持通信接口与aut的相应通信接口/天线的对准(例如在测试期间保持喇叭天线极化(线)与aut的天线极化的对准)。
57.飞行器可以包括或代表能够飞行的任何交通工具。飞行器的示例可以包括，仅作为示例，但不限于，固定翼飞行器、旋翼飞行器、直升机、飞机、无人飞行器(uav)，例如但不限于，无人驾驶飞行器、商用/民用无人驾驶飞行器等。为简单起见，将参照uav描述万向节稳定系统，这是本发明的优选实施例。例如uav能够配置和/或可操作为具有安装在其上的万向节稳定系统和有效载荷(如本文所述),并且能够执行天线性能评估(ape),用于测试如本文所述的aut的性能。尽管这里描述的uav与万向节稳定系统一起使用，但这仅仅是示例性的，本发明并不限于此，本领域技术人员应理解，万向节稳定系统可以应用于、安装在任何类型的飞行器上和/或使用其操作成执行天线性能评估程序等和/或根据应用需求。然而，使用能够与万向节稳定系统/有效载荷一起安装的uav来执行天线性能评估(ape)程序提供的优点是能够在现场、在测试地点、和/或在安装之前在测试地点等处测试aut性能的成本有效且便携的方法。此外，用于在aut上执行ape的带有有效载荷的万向节系统的重量在uav有效载荷能力范围内。此外，uav比有人驾驶飞行器更具成本效益，uav的尺寸意味着它们可以很容易地运输到可以测试aut的任何地方。
58.万向节稳定系统的结构可以包括控制组件和万向节组件，该控制组件和万向节组件被构造和配置用于控制有效载荷围绕至少两个旋转轴线的指向和/或对准。例如，控制组件可以可旋转地联接到万向节组件，有效载荷可以可旋转地联接到万向节组件。作为另一示例，控制组件可以可旋转地联接到万向节组件，有效载荷可旋转地联接到万向节组件。万向节组件可以包括至少一个另外旋转轴线，用于控制有效载荷的指向和/或对准。以这种方式，万向节稳定系统可被构造和/或配置用于控制有效载荷围绕至少三个旋转轴线的指向和/或对准。
59.例如，当uav执行ape程序(uav-ape)时，uav的万向节稳定系统配置为使用有效载荷，其基于但不限于例如定向探头天线(或其他合适的通信接口/通信传感器接口)与万向
节稳定系统的3轴万向节稳定配置相结合，其中来自uav的运动可以在aut的ape期间被抵消。通过这样做，可以保持恒定的相对探头增益，例如但不限于探头天线和被测天线系统(或天线)的轴向指向和/或极化对准。万向节稳定系统的优点当与uav系统一起使用时，rf技术提供了一种高效、精确和成本有效的系统，用于在各种情况下对aut执行ape程序。这种情况可以包括但不限于例如：天线类型批准；工厂天线验收测试；预防性天线维护；天线安装；天线验证；天线对比。测试和/或ape程序的类型可以包括但不限于例如：在共极化和交叉极化平面中测量电磁传播/接收场；天线失准评估：增益测量；天线阻塞区的定义；天线主波束和/或旁瓣测量等；和/或任何其他类型的合适的测量/测试，用于根据应用需求测试aut的性能。
60.尽管有万向节稳定系统、控制组件和/或万向节组件的结构的多个示例，它们被构造和配置成控制有效载荷围绕两个或三个旋转轴线的指向，但这仅仅是作为示例，本发明并不限于此，本领域技术人员应理解，万向节稳定系统、控制组件和/或万向节组件的结构和/或配置可以根据应用需要进一步修改、构造和/或配置成包括两个、三个和/或更多个旋转轴线。
61.例如，万向节稳定系统可以包括通过第一马达可旋转地联接到万向节组件的控制组件，其中万向节组件包括有效载荷。万向节组件可以包括联接到第一马达的第一旋转臂，第一马达配置为围绕第一旋转轴线旋转第一旋转臂。第一旋转臂可以在远离第一旋转臂与第一马达的联接的第一旋转臂的一端与第二马达联接。万向节组件包括联接到第二马达的第二旋转臂，第二马达配置为围绕第二旋转轴线旋转第二旋转臂，第二旋转轴线正交于第一旋转轴线。第二旋转臂联接到第三马达，其中第三马达配置为围绕第三旋转轴线旋转在有效载荷的第二部分处联接到第三马达的有效载荷，其中第三旋转轴线不同于第二旋转轴线。例如，第三旋转轴线可以正交于第二旋转轴线。控制组件的控制器电连接到第一马达、第二马达和第三马达，并且配置为基于使用与uav(例如飞行器)和aut相关的位置信息相对于计算/估计的有效载荷的第一部分朝向aut的指向和对准来控制第一马达、第二马达和第三马达中的一个或多个从而控制万向节组件以保持有效载荷的第一部分的指向和/或对准。
62.第一旋转轴线可被认为是相对于万向节组件和/或飞行器的偏航旋转轴线，第二旋转轴线可被认为是相对于万向节组件和/或飞行器的俯仰旋转轴线，第三旋转轴线可被认为是相对于万向节组件和/或飞行器的翻滚旋转轴线。因此，第一、第二和第三马达可以分别对应于偏航马达、俯仰马达和翻滚马达。此外，第一、第二和第三马达可以基于但不限于例如以下组中的至少一个：万向节马达；无刷马达；无刷万向节马达；万向节驱动马达；电动马达；和/或用于调整和/或保持有效载荷的第一部分在aut的方向上的指向和/或对准的任何合适的马达。
63.尽管这里可能描述了偏航旋转轴线、俯仰旋转轴线和翻滚旋转轴线，但这仅仅是示例性的，本发明并不限于此，本领域技术人员应理解，这里描述的万向节稳定系统和/或方法可被设计和/或修改成使用两个、三个或更多个旋转轴线来控制有效载荷的第一部分的指向和/或对准、对其的修改、其组合和/或根据应用需求。尽管在此描述了偏航马达(或第一马达)、俯仰马达(或第二马达)、翻滚马达(或第三马达)，但这仅是示例性的，本发明不限于此，本领域技术人员应理解，在此描述的万向节稳定系统、装置和/或方法可以使用能
够或可操作用于旋转万向节稳定系统的所需部件的其他机构或装置，以控制有效载荷的第一部分在aut的方向上的指向和/或对准和/或根据应用需要。
64.图1a是示出根据本发明一些实施例的示例天线测试系统(例如uav-ape系统)100的示意图，其中飞行器(例如uav)102安装有万向节稳定系统104，用于测试被测天线(aut)106。在该示例中，飞行器是uav102，其中万向节稳定系统104包括可旋转地联接到万向节组件104b的控制组件104a，其中万向节组件104b包括用于测试aut106的有效载荷108，即天线测试有效载荷。例如，有效载荷108可包括第一部分108a和第二部分108b，第一部分108a包括用于测试aut106的通信传感器接口110，第二部分108b可旋转地联接到万向节组件104b。有效载荷控制组件104a可以包括控制器112和/或位置接收装置/接收器113。控制器112配置成接收与uav102和/或aut106相关的位置信息，用于控制万向节组件104b，以在aut106的ape程序期间的适当时间保持有效载荷的第一部分108a朝向aut106的指向/对准。
65.通信接口或通信传感器接口可以包括或代表用于在ape程序中测试aut的任何类型的传感器和/或装置。通信接口或通信传感器接口的示例可以包括，仅作为示例，但不限于，一个或多个接收器；发射器；收发器；用于接收来自aut的rf传输的接收器；配置用于向aut发射rf传输的发射器；配置为从aut接收rf传输和/或向aut发射rf传输的收发器；和/或配置用于在例如但不限于ape程序期间测试aut的任何其他通信接口和/或通信传感器接口。
66.在该示例中，万向节组件104b可旋转地安装在uav102上，使得万向节组件104b可经由第一旋转机构绕第一旋转轴线114a相对于uav102可控地旋转。控制组件104a或万向节组件104b可以包括第一旋转机构，其中控制器112配置为操作用于绕第一旋转轴线114a旋转万向节组件104b。万向节组件104b还包括第二旋转机构，其配置用于绕第二旋转轴线114b可移动地旋转有效载荷108，其中第二旋转轴线114b与第一旋转轴线114a基本不同。例如，第一和第二旋转轴线可以彼此正交。万向节组件104b还包括第三旋转机构，其配置用于绕第三旋转轴线114c可移动地旋转有效载荷108，该第三旋转轴线114c例如沿着有效载荷108的纵向轴线，但不限于此。第三旋转机构可以附接到有效载荷108的第二部分108b。因此，第一、第二和第三旋转机构可由控制器112基于代表与uav102和/或aut106相关的位置信息的数据可移动地控制，以用于在aut106的ape程序期间引导和/或保持万向节组件104b的有效载荷108的第一部分108a朝向aut106的指向/对准。第一、第二和第三旋转轴线可以是但不限于例如相对于有效载荷和/或万向节组件的偏航旋转轴线、俯仰旋转轴线和翻滚旋转轴线。
67.在操作中，控制器112配置成在aut106中和/或周围飞行期间和/或在aut106的ape测试期间，例如从位置接收装置113接收代表uav102的飞行中定位信息的数据，位置接收装置113是万向节稳定系统的一部分(例如虚线框)或者可以位于uav中(例如实线框)。uav102的定位信息可以包括或表示用于确定uav102在三维空间中的位置的任何类型的信息。例如，根据本发明实施例的uav102的定位信息包括但不限于，例如代表一种或多种以下类型的定位信息的数据：uav102的全球定位系统(gps)坐标；uav102的高度；uav102的速度或速率；uav102的航向；uav102的姿态；与uav102相关的惯性测量单元(imu)数据；和/或用于根据应用需求确定uav102在三维空间中的位置的任何其他类型的定位信息。
68.控制器112还配置成从位置接收装置113接收代表aut106的定位信息的数据，该数
据可以在aut106中和/或周围在uav102飞行期间和/或在aut106的ape测试期间与uav102相关。aut106的定位信息可包括或表示用于确定aut106相对于uav102的位置的任何类型的信息。uav102使用aut106的定位信息来确定在uav102飞行期间aut106相对于uav102的位置在哪里。例如，根据本发明的一些实施例，aut106的定位信息可包括但不限于例如代表一种或多种以下类型的定位信息的数据：aut106的地理和/或gps坐标；离aut106已知距离116的基站114的地理和/或gps坐标；从处理来自识别aut106的uav102的成像系统的图像得到的定位信息；基于aut106的无线电定位/三角测量的定位信息；基于使用uav102的有效载荷108的通信接口110检测aut106的一个或多个波束瓣和/或来自aut106的rf传输的最大rf传输强度的定位信息；aut106的高度；aut106的速度或速率(例如对于移动/非静止aut)；aut106的航向；aut106的姿态；与aut106相关的imu数据；和/或用于根据应用需要确定aut106在三维空间中的位置的任何其他类型的定位信息；它们的组合；对其的修改；和/或用于在uav102飞行期间和/或在uav102对aut106进行ape期间根据应用需求确定aut106相对于uav102的位置的任何其他类型的定位信息。
69.在该示例中，控制器112处理接收到的与uav102相关的定位信息以及与aut106相关的定位信息，以确定对万向节稳定系统104的第一、第二和第三旋转机构中的一个或多个的所需调整/更新，从而确保有效载荷108的第一部分108a指向aut106的方向，并且在一些情况下，有效载荷108与aut106对准(例如，有效载荷108的通信接口110的rf极化接收/发射与aut106的相应rf极化发射/接收对准)。当uav102在飞行中执行与aut106相关的ape程序时，确定和/或保持uav102的有效载荷108的第一部分108a的指向特别重要。在这种情况下，uav102通常可被实时指示和/或配置为在一个或多个飞行路径上飞行，同时使用有效载荷108在aut106上执行ape程序，其中控制器112配置为处理uav102的实时定位信息以及aut106的定位信息，以确保有效载荷108使用万向节稳定系统104高效且准确地指向aut106和/或相对于aut106对准。
70.例如，ape程序可配置成确定aut106在车辆上运动时相对于卫星通信的指向精度，以确定aut106是否满足一组标准要求和/或相对于aut106是否需要调整。例如，ape程序可能要求aut106在测量其电磁辐射模式时保持不动。此后，ape程序可能要求aut106的基座(例如汽车、船只和飞机)保持不动，但aut106的天线可配置成随着uav102穿越模拟使用时aut106经历的运动的飞行路径而跟随uav102。这与aut的正常操作相反，在aut的正常操作中，卫星相对于地球保持固定，而船只/汽车/飞机移动。
71.在这样的ape程序中，uav102配置成使用uav102的有效载荷108的通信接口110来模拟卫星。因此，uav102和有效载荷108的通信接口110可配置成模拟与aut106的卫星通信，同时aut106的基座保持不动，但是uav102沿着模拟正常操作时aut106的运动的飞行路径移动。在ape程序期间，aut106的基座可以保持不动，但是aut106的天线可以跟随uav102，同时uav102被指示在模拟aut106在正常卫星通信和/或操作条件期间可能经历的相对真实世界运动的飞行路径上飞行。例如，aut106可以是船上的天线系统，使得飞行路径模拟船在海上时可能经历的真实世界运动(例如涌浪、波浪、风暴、平静条件)。可替代地，aut106可以是地面交通工具上的天线系统，使得飞行路径模拟地面交通工具在使用时经历的真实世界运动(例如崎岖地形、平坦地形等)。模拟aut106的运动同时保持aut106不动意味着uav102的飞行路径可能非常不稳定。在这种情况下，重要的是，uav102能够在ape程序期间(例如当在
ape期间测量aut106的rf性能时)经由万向节稳定系统104连续地将有效载荷108的通信接口110准确地指向/对准aut106的方向和/或对准，以确保ape的准确rf测量，从而在该示例中确定aut106在运动时的指向性能和/或可能需要的与aut106的天线系统相关的任何必要调整/校准。
72.以这种方式，万向节稳定系统104的控制器112通过基于接收到的与uav102相关的位置信息和接收到的与aut106相关的位置信息计算有效载荷108的第一部分108a相对于aut106的指向和/或对准的必要定位调整来控制万向节组件104b。基于所计算的关于uav102的有效载荷108的第一部分108a的指向和/或对准的定位调整，控制器112配置成控制万向节稳定系统104、控制组件104b和/或万向节组件的第一、第二和/或第三旋转机构中的至少一个或多个，以可旋转地调整和/或保持有效载荷108的第一部分108a朝向aut106的指向和/或对准。
73.图1b是示出根据本发明的一些实施例的示例万向节稳定过程120的流程图，该万向节稳定过程120与安装在图1a的飞行器102(例如uav)上的具有控制器112的万向节稳定系统104一起使用。为简单起见，与图1a相关的附图标记将用于相似或相同的部件和/或特征等。万向节稳定过程120可以包括以下步骤：在步骤122，在aut106的测试期间接收代表飞行器102的飞行中位置的数据；在步骤124，接收代表aut106相对于飞行器102的位置的数据；在步骤126，基于接收到的表示飞行器102的位置和aut106的位置的数据，计算飞行器102的有效载荷108的第一部分108a相对于aut106的指向和/或对准；在步骤128，基于所计算的有效载荷108的第一部分108a的指向和/或对准，调整和/或保持有效载荷108的第一部分108a朝向aut106的指向和/或对准。
74.步骤126还可以包括以下一个或多个：计算有效载荷108相对于aut106的偏航、俯仰和翻滚的理论角度；基于将来自代表飞行器102的当前接收位置的数据的反馈与飞行器102的姿态和航向参考系统进行比较，计算万向节组件104b的漂移偏移量，以校正万向节组件104b中的漂移；以及向万向节控制器发送角度命令和漂移偏移量，用于基于将漂移偏移量与偏航、俯仰和翻滚的理论角度相结合来控制第一、第二和/或第三旋转机构。作为选择，第一、第二和/或第三旋转机构可以分别是偏航马达、俯仰马达和/或翻滚马达。尽管在此描述了偏航马达(或第一旋转机构)、俯仰马达(或第二旋转机构)、翻滚马达(或第三旋转机构)，但这仅仅是示例性的，本发明并不限于此，本领域技术人员应该理解，如本文描述的万向节稳定系统、装置和/或方法可以使用能够或可操作用于旋转和/或移动万向节稳定系统的所需部件的其他机构或装置，用于控制有效载荷108的第一部分108a在aut106的方向上的指向和/或对准和/或根据应用需要。
75.另外和/或可替代地，当使用有效载荷108来测试线极化aut系统时，控制万向节组件以基于以下来保持有效载荷108通信传感器接口极化与aut极化的极化对准：将接收到的飞行器102的飞行中位置与接收到的aut106的位置进行比较；基于用于保持极化对准的比较计算理论翻滚调整值；并且向万向节组件104b的第三旋转机构(例如翻滚马达)发送翻滚角度命令。
76.参考图1a和1b，aut106的位置可以基于使用位于相对于aut106的几何/地理位置的基站115。也就是说，基站115可位于离aut106已知距离和航向116处。基站115的几何/地理位置或基站115的地点可用于在测试aut106期间定义飞行器102的参考位置。因此，飞行
器102仅需要具有基站115的精确位置估计，在用于保持有效载荷108指向/对准aut106的计算期间，飞行器102可以从该精确位置估计推断或计算aut106的精确位置估计。因此，接收aut106的位置还可以包括：接收代表基站108位置的数据；使用基站115距aut106的已知距离116和/或航向，基于基站115相对于aut106的几何/地理位置的位置来计算aut106的位置。
77.飞行器102还可以包括其他类型的定位系统或传感器和/或处理能力，用于确定aut106相对于飞行器102的定位。例如，飞行器102还可以包括相机或成像系统，其可以是有效载荷108的一部分或飞行器102的机身的一部分，其中图像被实时处理以利用aut106识别那些图像。给定图像的时间戳和aut106的图像内的识别位置，成像系统可以确定aut106的当前位置估计，并将该定位信息发送给控制器112。例如，如果成像系统的相机位于有效载荷108的第一部分108a上，那么当有效载荷108的第一部分108a大致指向aut106的方向时，图像的分析可以基于识别aut106在图像中的位置并确定对万向节组件104b和/或万向节稳定系统104的调整使得aut106位于图像内和/或由成像系统捕获的aut106的任何进一步或后续图像内的特定目标位置而允许有效载荷108被瞄准。以这种方式，可以使用图像处理技术来可视地跟踪aut106，并且相应地保持和/或调整有效载荷108的第一部分108a在aut106的方向上的指向/对准的控制。
78.可替代地或另外，相机或成像系统可位于有效载荷108的第一部分108a，其中接收aut106的位置的步骤122还可以包括：分析由相机/成像系统捕获的一个或多个图像，以识别aut106在图像内的位置；以及基于aut106在所述一个或多个分析图像中的识别位置计算aut106的地理/几何位置。作为另一示例，分析来自相机的一个或多个图像以识别aut106的位置还可以包括分析来自相机的一个或多个图像以识别aut106，并基于所述一个或多个分析图像中识别的aut106的位置计算aut106的位置。
79.如果飞行器102(例如uav)使用基站单元115作为用于确定aut106的位置的参考点，则成像系统可配置成分析或图像处理由成像系统的相机捕获的一个或多个图像，以通过但不限于例如分析由相机捕获的一个或多个图像来识别aut106的位置，以识别基站115，从而基于所述一个或多个分析图像中识别的基站的位置并基于aut106相对于识别的基站115的位置的几何/地理位置来计算aut106的位置或位置信息。
80.可替代地或另外，aut106的位置可基于使用信标信号来确定。例如，aut106可包括发送信标信号的功能，有效载荷108或飞行器102可包括接收所述信标信号的功能。因此，控制器112接收代表aut106的位置的数据可包括接收与aut106相关的信标信号，并基于接收到的信标信号确定aut106相对于飞行器102的位置。可替代地或另外，如果使用包括用于发射信标信号的功能的基站115，则接收代表aut106的位置信息的数据的控制器112可包括接收与基站115相关的信标信号的有效载荷108和/或飞行器102(例如uav),并基于从基站115接收的信标信号和aut106相对于基站115的几何/地理位置的几何/地理位置来确定aut106的位置。
81.图2a至2d是示出根据本发明的示例万向节稳定系统204的各种视图202a、202b、202c、202d的示意图。图2a和2b是示出根据本发明的示例万向节稳定系统204的侧视图202a和前视图202b的示意图，该万向节稳定系统204具有控制器组件204a、可旋转地联接到有效载荷208的万向节组件204b；图2c是示出根据本发明的示例万向节稳定系统200的向后透视
图的另一示意图；图2d是示出根据本发明的示例万向节稳定系统200在图2c的箭头d的方向上观察时的侧视截面图的另一示意图。万向节稳定系统200基于参照图1a和1b描述的万向节稳定系统104，具有进一步的修改，示出了万向节稳定系统200的控制组件202、万向节组件204和/或有效载荷208的进一步的示例结构特征。控制组件204a和万向节组件204b配置为提供3个轴或自由度，以使万向节组件204b的有效载荷208的第一部分208a能够被控制和调整，从而在ape程序中保持其与aut的方向和/或对准。有效载荷208包括有效载荷208的第一部分208a和有效载荷208的第二部分208b，其中在该示例中，有效载荷208的第二部分208b可旋转地联接到万向节组件204b。
82.参考图2a至2d，万向节稳定系统200包括控制组件204a，其通过第一旋转机构(例如偏航马达)可旋转地联接到万向节组件204b，并且可相对于控制组件204a绕第一旋转轴线a(例如相对于控制组件204a的偏航旋转轴线)旋转。控制组件204a包括具有第一表面207a和第二表面207b的壳体。在该示例中，第一表面207a与第二表面207b间隔开，并且基本平行于控制组件204a的壳体的第二表面207a。第一旋转轴线a也基本正交于控制组件204a的第一和第二表面207a和207b。控制组件204a包括在控制组件204a的第一表面207a上的一个或多个安装机构205a-205d。在该示例中，安装机构205a-205d包括多个安装螺栓或固定件，其配置用于将万向节稳定系统200安装到例如但不限于飞行器(例如uav)的机身。万向节组件204b使用第一旋转机构通过控制组件204a的第二表面207b可旋转地联接到控制组件204a。
83.万向节组件204b包括偏航臂组件210，第一偏航旋转臂210a和第二偏航旋转臂210b连接到偏航臂组件210。偏航臂组件210可以包括偏航马达，其中偏航马达轴经由控制组件204a的第二表面207b连接到偏航马达，或者控制组件204a可以包括偏航马达，其中偏航马达轴连接到偏航臂组件210。在任何情况下，当偏航马达被激活时，它使偏航马达轴围绕第一旋转轴线a旋转，使得偏航组件210围绕第一旋转轴线a旋转。在该示例中，第一偏航旋转臂210a的第一部分211a连接到偏航旋转组件210的第一部分，并且第二偏航旋转臂210b的第一部分211b连接到偏航旋转组件210的另一部分。随着偏航旋转组件210围绕第一旋转轴线a旋转，第一和第二偏航旋转臂210a和210b也围绕第一旋转轴线a(例如偏航旋转轴线)旋转。
84.在该示例中，第一偏航旋转臂210a沿基本沿着第一旋转轴线a的方向和远离控制组件204a的第二表面207b的方向从偏航组件210向外延伸。类似地，第二偏航旋转臂210b以与第一偏航旋转臂210a类似的方式延伸。在第一偏航旋转臂210a的范围的末端是第一偏航旋转臂210a的第二部分211c，其远离第一偏航旋转臂210a的第一部分211a。第一偏航旋转臂210a的第二部分211c可旋转地联接到俯仰旋转臂组件212的第一俯仰臂212a。类似地，第二偏航旋转臂210b具有第二偏航旋转臂210b的第二部分211d，其远离第二偏航旋转臂210b的第一部分211b。第二偏航旋转臂210b的第二部分211d可旋转地联接到俯仰旋转臂组件212的第二俯仰臂212b。第一和第二偏航旋转臂210a和210b的第二部分211c和211d分别配置成可旋转地联接到俯仰旋转组件212的第一和第二俯仰臂212a和212b，使得第一和第二俯仰臂212a和212b可以围绕相同的第二旋转轴线b(例如俯仰旋转轴线)旋转。第二旋转轴线b基本正交于第一旋转轴线a。例如，第一偏航旋转臂210a的第二部分211c可以通过俯仰马达可旋转地联接到俯仰旋转臂组件212的第一俯仰臂212a，而第二偏航旋转臂的第二部
分211d可通过轴承等可旋转地联接到俯仰旋转组件212的第二俯仰臂212b，其中俯仰马达可用于可控地使俯仰旋转组件212围绕第二旋转轴线b旋转。可替代地，第一偏航旋转臂210a的第二部分211c和第二偏航旋转臂的第二部分211d都可以通过相应的俯仰马达分别可旋转地联接到俯仰旋转臂组件212的第一俯仰臂212a和第二俯仰臂212b，这可以是可控的，以使俯仰臂组件212围绕第二旋转轴线b旋转。这可以位于偏航旋转臂210a的末端，其远离偏航旋转臂210a到偏航组件210和/或偏航马达等的联接。
85.俯仰旋转组件212还包括俯仰旋转环212c，其配置成引导有效载荷208绕第三旋转轴线c(例如翻滚旋转轴线)旋转，其中第三旋转轴线c基本正交或垂直于第二旋转轴线b。俯仰旋转组件的后部212d联接到包括翻滚马达214a的翻滚马达组件214，翻滚马达214a配置成当在有效载荷208的第二部分208b的区域中联接到翻滚马达214a时，围绕第三旋转轴线c(例如翻滚旋转轴线)旋转有效载荷208。因此，有效载荷208相对于偏航轴线、俯仰轴线和翻滚轴线具有三个自由度。有效载荷208可以包括用于与aut相关的ape程序中的通信传感器接口。在该示例中，如图2c和2d所示，有效载荷208的通信传感器接口包括伪卫星组件，用于在与aut相关的ape程序中模拟卫星。
86.控制组件包括控制器，其电连接到偏航马达、俯仰马达和翻滚马达214a，并且配置成调整和/或控制偏航马达、俯仰马达和翻滚马达214a，用于保持有效载荷208的第一部分208a在朝向基于地面的目标的方向上的指向和/或对准，该基于地面的目标例如但不限于aut和/或其他基站单元等，如参考图1a和/或1b、3a-3c和5描述，和/或如本文描述和/或根据应用需求。控制器配置成基于有效载荷208的第一部分208a朝向但不限于例如aut的指向和/或对准的计算调整来控制偏航马达、俯仰马达和翻滚马达214中的一个或多个。
87.在该示例中，如图2d所示，有效载荷208的伪卫星组件可以包括但不限于例如有效载荷208的第二部分208b区域中的信号发生器215a、双极化喇叭天线215b(例如具有10dbi增益)和有效载荷208的第一部分208a区域中的天线罩215c等，它们连接在一起以模拟卫星收发器。有效载荷208还可以包括但不限于例如gps天线215d、10mhz gpsdo模块215e；惯性运动/测量单元(imu)215f；用于确定/提供飞行器和/或安装在飞行器上的万向节稳定系统200的定位信息和/或与万向节稳定系统200相关的任何漂移或位置信息。有效载荷208的伪卫星组件可用于测试通常与卫星有效载荷通信的aut。当万向节稳定系统200安装在诸如但不限于uav的飞行器上时，uav可以充当伪卫星“总线”(例如卫星由“总线”和由“总线”承载的有效载荷构成)，并且万向节稳定系统200的有效载荷208是伪卫星组件有效载荷。因此，可以控制uav使用伪卫星组件有效载荷208来确定在ape程序中aut的指向精度和/或性能。仅作为示例，示出了另一示例有效载荷208，但本发明不限于此，如参考图4a和4b所述。尽管在该示例中，有效载荷208被描述为伪卫星组件，但这仅是示例性的，并且本发明不限于此，本领域技术人员应理解，有效载荷208可以是任何类型的通信接口或通信传感器接口，用于与aut相关的一个或多个ape程序，该aut能够安装/联接到万向节组件204b的翻滚马达等。
88.特别地，在该示例中，万向节稳定系统200的配置为有效载荷208提供了3个自由度，其中这3个自由度在图2a-2d中示出为处于万向节组件104b的高效和有效操作的特定顺序。3个自由度的旋转轴线的顺序如下，从顶部开始：偏航(例如第一旋转轴线a)、俯仰(例如第二旋转轴线b)和翻滚(例如第三旋转轴线c)。图2a-2d所示的特定结构是万向节组件104a结构的优选示例，该结构相对于有效载荷208围绕这三个轴构建。已经发现，这种具有偏航、
俯仰和翻滚轴线以及偏航、俯仰和翻滚马达的联接的结构提供了有效载荷208的最佳机动性，以确保对于uav(或其他飞行器)在aut上执行ape程序时可能采取和/或经历的大多数(如果不是全部)飞行路径和/或姿态，有效载荷208能够指向和/或与aut对准。尽管已经描述了3个自由度的旋转轴线的特定顺序，但这仅是示例性的，本发明并不限于此，本领域技术人员应理解，可以进一步修改万向节稳定系统200的结构和/或设计，以包括但不限于例如在相应的两个、三个或更多个自由度中和/或根据应用需要的两个、三个或更多个旋转轴线的不同顺序。
89.如上所述，万向节稳定系统200包括控制组件204a和万向节组件204b。在该示例中，控制组件204a是电子壳体，其包括但不限于例如电路板(例如一个或多个控制器)和与uav(或其他飞行器结构)和/或万向节组件204b的电气线束接口。如参考图2a-2d简要描述，控制组件204a包括用于将万向节稳定系统200安装到uav的安装系统205a-205d，uav还可以包括振动阻尼系统。振动阻尼系统可以吸收来自uav的振动，否则该振动会导致通信接口、传感器和万向节稳定组件200的结构中的振动的问题。
90.万向节组件204b通过连接到万向节组件204b的偏航旋转臂组件210的偏航马达附接到控制组件204a。万向节组件204a的结构可以通过偏航旋转臂210a和210b使用复合板在内部加强，并且剩余的结构元件212、212a-212d可以不受限制地例如由非导电聚合物材料和/或能够承受uav振动同时保持有效载荷的任何其他材料制成。
91.在第一偏航旋转臂210a的第二部分211c中，可以定位俯仰马达，其中在万向节组件204b的相对侧上的第二偏航旋转臂210b的第二部分211d可以定位轴承和轴组件。俯仰组件212附接到第二部分211c内的俯仰马达，俯仰组件212包括俯仰旋转臂212a、212b和/或俯仰旋转环212d，俯仰旋转环212d为有效载荷208壳体和俯仰旋转臂212c的可调节滑靴提供结构支撑。在该示例中，有效载荷208是伪卫星。俯仰旋转臂212a或212b可以在俯仰旋转环212c中调节，以围绕第二旋转轴线c(例如俯仰轴线)平衡有效载荷208(例如伪卫星组件)。
92.有效载荷208可以由uav通过控制组件204a的电气壳体内部的接口电缆供电。uav的控制器操作可以由控制器供电和/或执行，该控制器可以包括但不限于例如万向节控制器板和集成在控制组件204a的电气壳体中的母板上的微型计算机。母板在但不限于例如万向节控制器板、微型计算机、控制/万向节组件204a/204b的马达、编码器、传感器和到有效载荷208中的设备的串行连接之间分配电力和信号通道。电气线束连接到控制组件204a中的母板，该电气线束穿过万向节组件204b和偏航组件210(例如偏航旋转壳体),经由第一偏航旋转臂210a到达俯仰马达，并且经由相对的第二偏航旋转臂210b上的轴承。线束终止于俯仰组件212的后部212d，例如但不限于俯仰旋转臂212c。翻滚马达组件214联接或附接到俯仰组件212的后部212d，翻滚马达组件214包括但不限于例如翻滚马达214a和相应的n通道滑环214b。有效载荷208通过有效载荷208的第二部分208b附接到翻滚马达组件214。到伪卫星组件的有效载荷208的第二部分208a的连接可以经由但不限于例如位于包括翻滚马达214a等的翻滚马达组件214内部的n通道滑环214b(例如12通道滑环)。在一些示例中，来自滑环214b(固定的)的外部电缆连接到俯仰旋转臂212a/212b上的线束接口pcb，来自滑环214b的旋转电缆连接到有效载荷208的第二部分208b，在这种情况下，第二部分208b可以是有效载荷208的伪卫星组件的频率合成器壳体(例如信号发生器215a)的后部上的电力和信号配电盘。电力和信号配电盘可以转换来自母板的电力，并将串行连接从控制器组件204a
的控制器分配给设备和传感器，控制器包括但不限于例如微控制器和/或万向节控制器等。
93.有效载荷208包括通信接口和/或通信传感器接口。在该示例中，通信接口可以包括但不限于例如rf系统，其包括位于有效载荷208的第二部分208b的区域中的双通道微波信号发生器215a，第二部分208b联接到翻滚马达组件214的翻滚马达214a和位于有效载荷的第一部分208a的区域中的双极化线喇叭天线215b。有效载荷208的第一部分208a由控制器使用控制组件204a和/或万向节组件204b来引导，以在ape期间指向和/或对准aut的方向。有效载荷208还可以包括gps训练振荡器(gpsdo)215e，包括但不限于例如10mhz参考时钟。在该示例中，信号发生器215a可以10mhz和24ghz之间的单一频率提供干净波信号。信号发生器的幅度可以在-40dbm到+18dbm之间调节。信号发生器215a使用10mhz gpsdo215e进行频率稳定。该模块连接到gps天线215d，10mhz参考信号输出连接到信号发生器215a。信号发生器215a的每个通道连接到有效载荷208的第一部分208a的线极化喇叭天线215b上的每个单独通道。在该示例中，喇叭天线215b是线极化双通道喇叭天线215b。两个线极化通道相互垂直。喇叭天线215b的增益通常为12db，3db波束宽度为77-24
°
(取决于频率),交叉极化隔离度为最小30db。天气保护天线罩215c附接在喇叭天线215b的前面。
94.图3a是示出根据本发明一些实施例的用于测试aut的另一示例万向节稳定系统300的示意图。万向节稳定系统300基于参照图1a至2d描述的万向节稳定系统104、200、对其的修改、它们的组合和/或根据应用需求。在该示例中，万向节稳定系统300联接到uav302，并且包括用于控制有效载荷308的控制组件304a和万向节组件304b。控制组件304a连接到uav302、万向节组件304b和有效载荷308。控制组件304a包括控制器，在该示例中，该控制器包括连接在一起的微控制器305a和万向节控制器305b。控制组件304a还连接到万向节组件304b，其包括连接到万向节控制器305b的偏航马达310a、俯仰马达310b和翻滚马达310c，并且配置成在万向节控制器305b和/或微控制器305a的控制下在ape程序期间调整、引导和/或保持有效载荷308的第一部分308a朝向aut的指向和/或对准。如本文所述，有效载荷308的第一部分308a可以是喇叭天线，有效载荷308的连接到喇叭天线的第二部分308b可以是频率合成器，其也连接到控制组件304a的控制器的微控制器305a。万向节组件304b的惯性测量单元(imu)312可以连接到万向节控制器305b，用于提供ahrs数据，用于确定对偏航、俯仰和翻滚马达310a-310c的调整。此外，偏航、俯仰和翻滚马达310a-310c也可以将马达位置反馈给万向节控制器305b，用于确定所需的调整。
95.万向节稳定系统300的万向节控制器305b可由万向节微控制器板供电，其可通过串行接口连接至微控制器305a(例如微型计算机)。万向节控制器305b连接到控制组件304a和/或万向节组件304b的马达310a-310c，以及传感器，例如但不限于惯性测量单元(imu)312和/或绝对编码器。万向节控制器305b可以包括一个或多个万向节控制模块/部件和/或万向节控制软件/硬件，其利用来自传感器312和/或马达310a-310c的信息使用反馈回路控制来控制马达310a-301c，马达310a-301c又移动但不限于例如万向节偏航旋转组件、偏航旋转臂、俯仰旋转组件、俯仰旋转臂、俯仰旋转环、翻滚组件和/或其他万向节接头结构。万向节控制器305a的主要功能是针对uav的外部运动(例如飞行路径、姿态、空气湍流、航向、方向等)稳定万向节组件/控制组件，并且在与这种外部运动相关的ape程序期间保持/调整有效载荷朝向aut的指向和/或对准。万向节控制器305b的第二功能是接受来自微控制器305a(例如机载微型计算机)的移动命令。微控制器305a包括配置成向万向节控制器305b发
送移动命令的软件/硬件部件。
96.例如，控制组件304a的控制器包括微控制器305a和万向节控制器305b。控制器配置成操作以接收与uav/飞行器相关的位置信息(例如与uav/飞行器和/或aut等相关的gps/ahrs数据)，并接收与aut相关的位置信息，计算对万向节组件/控制组件的旋转机构(例如偏航、俯仰、翻滚马达和万向节组件臂/旋转环等)的调整，用于在ape程序期间保持万向节稳定系统300的有效载荷308的喇叭天线308a在aut的方向上的指向/对准，在ape程序中，微控制器305a相应地操作频率合成器308b/308a以执行ape测试等。
97.在操作中，微控制器305a配置成基于但不限于例如uav和/或aut的全球定位系统(gps)和/或姿态航向参考系统(ahrs)等来接收和/或检索uav的位置信息和/或与aut相关的位置信息。如参考图1a-1b所述，根据应用需要，与aut相关的位置信息可以从其他来源和/或位置/成像系统等获得。微控制器305a处理接收到的或检索到的位置信息，以计算并向万向节微控制器305b发送命令，万向节微控制器305b又配置成控制万向节组件304b的偏航、俯仰和/或翻滚马达310a-310c，以将万向节组件304b的有效载荷308(例如喇叭天线308a)指向与aut相关的预定位置坐标(例如gps坐标)。微控制器305a还能够以可以由使用万向节稳定系统300的uav/飞行器的用户定义的任何方式命令万向节控制器305b，这可以包括但不限于例如根据应用要求的极化调节和/或校准程序等。作为选择，uav的微控制器305a和/或微型计算机可配置成存储数据，包括但不限于例如飞行数据、rf数据位置数据和/或ape程序所需的用于分析来自传感器(例如喇叭天线、imu、gps、通信套件等)的aut等和uav/飞行器的其他数据，其可用于aut的实时处理和/或后处理和绘图性能，不限于例如aut rf辐射模式、波束瓣、指向、方向性、对准和需要性能评估等和/或根据应用需求的aut的任何其他属性、参数和/或特征。
98.图3b是流程图，示出了根据本发明的一些实施例的另一示例万向节稳定过程320，用于图3a的万向节稳定系统300和/或参照图1a至2d描述的万向节稳定系统100和/或200、其组合、它们的修改和/或如本文描述。万向节稳定过程320可以由万向节稳定系统300的控制器来执行，该控制器仅作为示例包括但不限于微控制器305a和万向节控制器305b。微控制器305a可以执行与确定万向节组件304b所需的校正相关的大部分处理，以引导和/或保持有效载荷308(例如有效载荷308的喇叭天线308a)的指向和/或有效载荷308与aut的对准。万向节稳定过程320可以包括以下步骤：在步骤322a，接收与飞行器/uav相关的位置信息，例如但不限于uav gps位置和高度。在步骤322b，接收与aut相关的位置信息，例如但不限于aut gps位置和/或高度。在步骤322c，接收与正在aut上执行的aut和/或ape程序相关的进一步位置信息，包括但不限于例如aut方位角、aut仰角和/或aut极化。在步骤324，处理在步骤322a-322c中接收的与uav/飞行器和aut相关的所接收的位置信息，其中计算用于将有效载荷308(例如喇叭天线)的第一部分308a指向目标(例如aut)的相对角度。目标可能是在ape程序中正在测试的aut。因此，可以基于接收到的uav和/或aut的位置信息来计算有效载荷308的第一部分308a相对于aut的指向和/或对准。然后，这用于控制万向节组件304b的偏航、俯仰和翻滚马达310a-310b。在步骤326，还基于在步骤332从万向节组件控制器305b反馈的当前计算的角度和/或马达位置310a-310c来计算漂移补偿。
99.在步骤328，基于步骤324和326的相对角度和计算的漂移补偿来计算一个或多个偏移，偏移可用于控制和调整万向节组件304b的偏航、俯仰和/或翻滚马达，以调整有效载
荷308相对于aut的指向和/或对准。在步骤330，角度命令、漂移补偿和/或万向节角度控制指令被发送到万向节控制器305b，其根据接收的角度命令、漂移补偿和/或万向节角度控制指令执行万向节组件304b的偏航、俯仰和/或翻滚马达310a-310c的马达控制。因此，可以实现有效载荷308的第一部分308a(例如喇叭天线)朝向aut的指向和/或对准的调整和/或维持。这是基于有效载荷308的第一部分308a的计算的指向和/或对准。万向节组件304b还可以提供状态/位置反馈，包括但不限于代表例如万向节偏航、俯仰和/或翻滚马达编码器、偏航、俯仰和/或翻滚马达位置的数据，和/或uav的ahrs数据，例如但不限于uav的航向、姿态和其他飞行数据。这可以通过但不限于例如万向节马达310a-310c和/或imu312或其他传感器等来提供。在步骤332，可以从万向节控制器305b接收与万向节组件304b相关的状态/位置反馈数据(例如代表ahrs、编码器、航向、姿态等的数据)，其被馈送到漂移补偿步骤326，用于计算与马达和/或uav等的位置相关的漂移，该漂移可以与将有效载荷指向目标(例如aut)所需的相对角度相结合。
100.在该示例中，在步骤322a-322c，万向节稳定过程320通过从uav和aut获取关于gps位置、航向和姿态的位置数据以及关于aut的信息来操作。利用该位置数据，万向节稳定过程320在步骤324计算确保有效载荷308指向aut和/或与aut对准所需的偏航、俯仰和翻滚的理论角度。在计算理论角度值之后，在步骤326，漂移补偿例程/算法检查万向节控制器305a从偏航、俯仰、翻滚马达310a-310c和/或imu312以及其他传感器接收的任何反馈数据，包括代表马达位置、当前uav航向和姿态等的数据，并将其与例如uav罗盘系统和/或gps坐标等进行比较。这样，万向节稳定过程320配置为参考uav ahrs和gps位置来校正系统中的任何潜在漂移。在步骤326之后，与要相对于uav的偏航、俯仰和/或翻滚马达310a-310c和/或位置进行补偿的任何漂移相关的偏移可以应用于所计算的角度，然后在步骤330作为角度命令/指令等输出到万向节控制器305b。例如，所应用的偏移可以基于但不限于例如恒定偏移、机械结构偏移或传感器错位/误校准等。万向节控制器305b根据来自微控制器305a的相应角度指令/命令向偏航、俯仰和/或翻滚马达310a-310c发送控制指令。因此，保持了有效载荷308的第一部分308a相对于aut的指向和/或对准，尤其是在uav飞行时相对于aut的ape程序期间。
101.在该示例中，万向节稳定过程320可以由微控制器305a和/或部分由万向节控制器305b执行。尽管参考微控制器305a和万向节控制器305b描述和示出了控制组件的控制器，但这仅是示例性的，本发明不限于此，本领域技术人员将理解，万向节稳定系统300的控制器可以使用但不限于例如一个或多个处理器、传感器、微控制器和/或任何其他硬件/软件解决方案、其组合、它们的修改和/或根据应用需要来实现。
102.图3c是示出根据本发明的一些实施例在与aut342相关的ape程序中使用图3b的万向节稳定过程320和万向节稳定系统300的uav测试系统340的示意图。在该示例中，uav测试系统340配置用于测试线极化天线系统，因此万向节稳定过程320和有效载荷308被进一步修改，以考虑在uav302在ape程序期间穿过飞行路径/路线344时确保uav302的有效载荷308与aut342对准。这是为了确保在有效载荷308的喇叭天线308a和aut342的相应天线之间存在极化对准。因此，万向节稳定系统300和过程320可被进一步修改以跟踪喇叭天线308a和/或万向节组件304b的姿态，从而确保喇叭天线308a与aut342的线极化天线对准。
103.在图3c中，uav302测试系统340正在测试aut342的线极化天线，其中uav302穿过飞
行路径弧344。uav302由分别由正交的h极化和v极化线302a和302b构成的十字表示(称为uav h-v十字302a/302b)，其表示uav有效载荷308的喇叭天线308a的定向。aut342的线极化天线也分别具有h极化和v极化线342a和342b(称为aut h-v十字342a/342b)。可以看出，在飞行路径弧344上的uav302的第一时刻346a，uav h-v十字302a/302b与aut h-v十字342a/342b未对准，因此有效载荷308的喇叭天线308a可能没有执行精确的ape程序。如上所述，为了准确测试线极化天线系统，需要对准uav有效载荷308的喇叭天线308a。在这种情况下，当uav穿过飞行路径弧344时，不仅有效载荷308的第一部分308a(例如有效载荷308的喇叭天线308a)应该指向aut342的方向，它还应该将aut馈电极化与有效载荷308的测试探头/喇叭天线极化对准。也就是说，uav h-v十字302a/302b也应该与aut h-v十字342a/342b对准。当aut342具有》0
°
的仰角时，当uav302相对于地面围绕aut342移动/飞行时，将存在相对的极化角度差。在这种情况下，为了确保极化对准，即uav h-v十字302a/302b与aut h-v十字342a/342b对准，喇叭天线308a相对于地面的角度也必须相应地改变。
104.因此，万向节稳定过程320可以包括以下进一步的修改：在步骤324，可以由微控制器305a执行的万向节稳定过程320可被进一步修改，以基于以下来控制有效载荷308的极化对准：从uav302读取gps位置；将uav302的gps位置与aut gps坐标进行比较；基于该比较，计算有效载荷308的喇叭天线308a应被调整朝向的理论对准角度；和/或基于该比较计算理论翻滚调整值；并且在步骤330向万向节控制器305b发送翻滚角指令/命令(例如在过程320的步骤326和328考虑任何漂移/偏移等)。万向节控制器305b可以接收翻滚角指令/命令，并控制/操作万向节组件304b的翻滚马达310a，以相应地调整其定向。因此，uav302的喇叭天线308a可以与极化对准。如果uav302移动到主平面(例如与aut的h和v极化对准的平面)之外，例如在时间步骤346c，则极化调整的数学方法可以替代地应用于步骤324，用于计算uav302上的有效载荷308的发射探头或喇叭天线308a的校正翻滚(极化)角。极化调整的数学方法背后的原理在a.ludwig的发表在ieee transactions on antennas and propagation,vol.21,no.1,pp.116-1 19,january1973中的文章“the definition of cross polarization”中有所描述，该文章在此引入作为参考。
105.图4a和4b是示意图，分别示出了根据本发明的一些实施例的示例有效载荷400的透视图402和404，该有效载荷400用于参照图1a至3c描述的万向节稳定系统100、200和/或300、其修改、它们的组合和/或如本文描述。在该示例中，有效载荷400是伪卫星组件(或定向喇叭和信号发生器/接收器组件),并且与参照图2a至2d描述的万向节稳定系统200的示例有效载荷208相似或相同。为了简单起见，图2a至2d的附图标记可以重复用于相同和/或相似的部件。在该示例中，翻滚马达组件214的翻滚马达214a示出为附接到伪卫星组件400。翻滚马达214a附接到万向节组件204b的俯仰旋转组件212的俯仰旋转环212c的翻滚马达组件214。参考图4a和4b，在该示例中，伪卫星组件400包括如图4b所示的电力和信号分配pcb板406、由承载rf信号发生器壳体覆盖的rf信号发生器408(或频率合成器),双极化喇叭天线410也附接到该壳体。此外，有容纳惯性测量单元(imu)的安装装置412和容纳gpsdo组件的另一安装装置414。伪卫星组件400可配置成产生用于具有aut的ape程序的ku波段连续波(cw)测试信号，其中uav模拟卫星。
106.尽管这里描述的uav-ape有效载荷400基于产生ku波段连续波(cw)测试信号(例如类型1)，但这仅是作为示例，本发明不限于此，本领域技术人员应理解，有效载荷400有许多
其他变型，它们可以使用相同或相似的原理，例如但不限于以下一个或多个：配置成产生ku波段连续波测试信号的uav-ape类型1有效载荷；配置成产生ka波段单频或调制信号的uav-ape类型2有效载荷；配置成组合来自喇叭天线的线极化rf传输以产生圆极化信号的uav-ape类型3有效载荷；配置成产生ku波段单频或调制信号的uav-ape类型4有效载荷；配置成电子和机械转向波束的组合(相控阵天线)的uav-ape类型5有效载荷；配置成使用电子转向波束(相控阵天线)的uav-ape类型6有效载荷；与测试aut的任何类型的天线相关的可以配置用于使用uav/飞行器的ape测试程序的具有通信接口和/或通信传感器接口的任何其他类型的有效载荷，包括但不限于例如收发器、接收器、发射器和其他传感器/电路等；其组合；它们的修改；如本文所述；和/或根据应用需要。
107.尽管uav-ape有效载荷400已被描述为可配置和/或可操作用于在不同类型的ape测试中使用各种类型的ku/ka波段连续波测试信号等，但这仅仅是示例性的，本发明并不限于此，本领域技术人员应理解，uav-ape有效载荷400可以配置为包括任何类型的通信接口/通信传感器接口是收发器、接收器和/或发射器，并且是可控的，以产生、发射和/或接收不限于通信信号、测试信号、rf信号、连续波等，和/或根据应用需求以任何期望的一个或多个频率和/或任何期望的一个或多个极化等。例如，有效载荷400的收发器、接收器和/或发射器可操作成在相关的情况下执行以下组中的至少一个或多个：以期望的频率产生和发射连续波或调制测试信号；接收所需频率的连续波或调制测试信号；产生并向aut发射线极化信号；产生并向aut发送圆极化信号；接收来自aut的线极化信号；并接收来自aut的圆极化信号；基于用于测试aut天线的ape类型和/或应用需求的/或根据其要求的信号或波等的任何其他产生、发射和/或接收。
108.图5是示出使用uav502进行aut506的ape测试程序的示例uav测试系统500的示意图，其中uav502配置为使用万向节稳定系统100、200、300，如参考图1a至4b所述、其修改、其组合和/或如根据本发明的一些实施例在此所述。在该示例中，uav测试系统500配置成使用uav502来执行与aut506相关的ape程序。在ape测试程序之前，需要设置uav测试系统500。uav502的用户(例如技术人员、操作员、ape测试操作员等)可以到达aut506所在的测试地点501，aut506的天线将在该测试地点501被测试。用户可以携带其上安装有万向节稳定系统100、200、300和/或如本文所述的uav(例如无人驾驶飞行器)。万向节稳定系统具有为万向节组件中的测试而配置的合适的有效载荷。用户也可以提供其他测试设备和基站504。例如，基站504可包括控制站，用于接收但不限于例如来自uav502的任何rf测量、飞行数据等，用于与aut506的ape程序相关的实时和/或后续分析。基站504还可配置成在与aut506的ape程序期间控制uav502的操作和飞行路径/路线等。基站504可以是便携式设备。
109.基站504可以是实时动态(rtk)基站，它是uav测试系统500的参考位置。因此，它将在整个ape测试中保持在同一位置，并可用于计算本地定位误差。这也允许uav(例如无人驾驶飞行器)502知道它在哪里，并且当测试aut506时，帮助uav502执行关于ape程序的准确的自动飞行。用户还可以参考rtk基站504来测量aut506的天线的位置。这将确保aut506的天线位于所有测量飞行路径的中心。用户还可以通过为uav502选择安全的起飞和着陆点来识别和定义测试环境501，并且如果必要的话，还可以决定aut506(如果它足够便携，或者还没有就位或安装在车辆中等)和ape程序所需的任何其他设备的放置。一旦所有设备都准备好了，包括测试设备的预热，aut506就可以为ape测试程序做准备。这可以包括但不限于例如
识别其位置、确保测试期间的正确功能以及将测试接收设备放置在aut506上等。同样，确定ape测试的方位角(az)和仰角(el)的精确估计，以提供清晰的视线，即避开卫星弧、任何高大建筑物、天线、树木或可能阻碍相对于uav502的天线视线的其他结构。用户还可以检查任何局部干扰，并相应地校准/补偿ape测试程序(例如uav502的有效载荷)。用户还可以通过粗略地找到aut506的天线指向的az和el来开始或引导对准。基于这种粗略对准，uav502可以配置成穿过执行光栅扫描测量的飞行路径，在该光栅扫描测量中，aut506的正确az和el角度被识别。可以执行进一步的验证，以确保最佳精度。
110.一旦已经设置了uav测试系统500并且uav502能够精确地确定aut506的az和el角度，就可以执行uav ape测试。因此，从基站504，用户可以实时引导uav飞行路径以基于ape测试执行任何期望的测量，同时万向节稳定组件自动保持/调整uav502的有效载荷的第一部分(例如喇叭天线)在aut506的方向上的指向，和/或保持/调整uav502的有效载荷的第一部分(例如喇叭天线)与aut506的天线的对准(例如极化对准)。因此，在ape测试期间，用户不需要基于uav502的飞行路径和/或姿态等来调整或连续补偿有效载荷的位置。相反，用户可以专注于执行ape测试。例如，用户可以基于但不限于例如方位切割508、仰角切割510或光栅扫描中的一个或多个来计划许多ape测试，以及改变安装在uav502上的万向节稳定系统的万向节组件中的有效载荷的喇叭天线的频率和信号幅度。
111.ape测试可以通过在飞行中手动和/或自动执行uav502的飞行路径的实时引导来执行。uav502可配置成进行任何期望的测量，用于执行与aut506相关的ape测试，例如但不限于：执行方位切割508、仰角切割510和/或光栅扫描，和/或任何其他飞行路径或切割等，同时改变有效载荷的喇叭天线的频率和信号幅度等。最初，从uav502返回的第一测试结果可以揭示aut506的天线的方向性如何，和/或另外，提供足够的信息用于显示aut506的辐射模式的形状。实际天线增益的测量是通过使用由最终期望的测量精度确定的不同方法来实现的。作为另一示例ape测试，可以执行模式切割，其中预编程的测试路线(其中uav502沿着保持aut506(基于主波束512az和el)和每个rf数据点之间的恒定距离的飞行路径)被测量和收集，并且被传输/存储用于由例如但不限于基站504等进一步处理。uav502和接收的信号状态可被持续监控，并且所产生的结果可被图形化绘制用于视觉检查或者以数据格式提供。
112.最初，对于这些测试方法，功率记录器是相对的，以dbm为单位，并且基本第一组结果可以揭示aut506的天线的方向性如何以及辐射模式的形状。可能需要进一步的测试方法，例如但不限于执行以下一个或多个：测量实际天线增益；使用正确的屏蔽，其中可以使用已知增益天线；或者使用3db波束宽度规则计算增益；和/或仔细计算系统的链路预算；和/或根据应用需要的任何其他类型的测试等。所选择的测试方法取决于最终所需的测量精度。另一种类型的测试方法例如模式切割可以由uav在预编程的测试路线上执行。例如，该路线可被构建/设计为aut506前面的半圆形线(基于主波束512az和el),并且所有点距离aut506相等。uav502的飞行速度可以由离aut506的距离因素和用于分析的期望收集的数据点的数量来确定。在飞行期间，从基站504(例如地面控制站)监控uav502的状态和接收的信号。该系统可以记录uav gnss位置。接收测量设备可以在峰值功率电平(ppl)模式下进行记录。通过将关于天线指向和位置的信息与uav502位置和记录的功率水平相结合来生成结果。结果可以用图形绘制，以便目视检查，或者以数据格式提供，以便在其他第三方软件中
使用。
113.使用uav502来执行与aut506相关的ape测试程序可以提供许多优点，例如uav502的灵活性和机动性；模拟相对于aut506的运动；选择环境以及天线的方向和仰角；uav502允许在更宽的远场距离范围内进行测量，范围从几十米到几千米；和/或便携性。此外，使用如参照图1a至6b所述的具有万向节稳定系统的uav来执行天线性能评估(ape)程序提供了以下优点，即能够实现在现场、在测试地点和/或在安装等之前在测试地点测试aut性能的准确、成本有效和便携的方法。用于在aut上执行ape的带有效载荷的万向节稳定系统的重量在uav有效载荷能力范围内。因此，uav比有人驾驶飞行器更具成本效益，而且uav的尺寸意味着它们可以很容易地运输到可以测试aut的任何地方。
114.图6a是示出示例计算系统600的示意图，该系统包括至少一个计算设备602，其可用于实现根据本发明的万向节稳定系统、uav、飞行器、控制器的一个或多个方面和/或任何其他方面，和/或包括参考图1a-5描述的方法/过程/系统和装置。计算设备602包括一个或多个处理器单元604、存储器单元606和通信接口608，其中一个或多个处理器单元604连接到存储器单元606和通信接口608。通信接口608可以将计算设备602连接到一个或多个其他设备、命令和控制单元、一个或多个传感器、rf站、外部或云存储或处理系统等。存储器单元606可以存储一个或多个程序指令、代码或部件，例如，仅作为示例但不限于，用于操作计算设备602的操作系统606a，以及数据存储606b，用于存储附加数据和/或其他程序指令、与实现以下相关的代码和/或部件：所述功能性和/或一个或多个功能或根据本发明的与万向节稳定系统相关的功能和/或控制器组件、万向节组件、控制器、偏航、俯仰和/或翻滚马达、飞行控制系统和/或有效载荷中的一个或多个的功能、方法、过程、飞行器/uav的任何其他功能、参考图1a-5描述的ape程序、其组合、它们的修改和/或如本文描述等。
115.存储器单元可以包括具有数据或指令代码的计算机可读介质，当在处理器单元上执行时，使处理器单元实现本文描述的控制器、控制组件、万向节组件和/或万向节稳定系统、过程/方法的功能和/或其修改。该装置或计算设备可以进一步配置为实现如本文所述的万向节稳定系统、uav/飞行器、用户界面和/或传感器套件/有效载荷或与传感器套件/有效载荷的界面的功能和/或其修改。
116.图6b是示出根据本发明一些实施例的具有万向节稳定系统612的示例uav-ape系统610的示意图。用于飞行器/uav的万向节稳定系统612包括可旋转地联接到包括有效载荷的万向节组件的控制组件，该控制组件包括控制器，其配置用于在ape期间从定位uav/aut模块614接收与uav和/或aut相关的定位信息，该控制器还包括万向节/有效载荷控制模块/部件616，其配置成基于定位信息操作控制组件/万向节组件和/或万向节稳定系统的偏航、俯仰和/或翻滚马达，并调整/保持有效载荷的第一部分在aut的方向上或朝向aut的指向和/或对准，其中有效载荷的第二部分可旋转地联接到万向节稳定系统612的万向节组件。uav/控制器还可配置成包括测试/控制aut模块618，其配置成操作有效载荷和/或执行与aut相关的ape程序。有效载荷的第一部分包括通信接口/通信传感器接口，用于在ape程序等期间测试aut。万向节稳定系统612包括参考图1a至6b描述的功能、过程、方法、装置、控制组件、万向节组件、有效载荷和其他传感器/通信传感器等，其组合、它们的修改，和/或如本文描述，和/或根据应用要求。
117.本发明的其他方面可以包括一个或多个装置和/或设备，其包括通信接口、存储单
元和处理器单元，处理器单元连接到通信接口和存储单元，其中处理器单元、存储单元、通信接口配置为执行或实现万向节稳定系统控制器/控制组件、万向节组件、飞行控制系统、偏航、俯仰和/或翻滚马达/控制、方法、过程的功能，万向节稳定系统的任何其他功能，如参考图1a至6b所述的有效载荷和/或uav/飞行器、其组合、其修改和/或如本文所述。
118.在上述实施例和示例中，飞行控制系统和/或操作控制中心可以包括计算设备和/或一个或多个服务器，其可以包括单个服务器或服务器网络。在一些示例中，计算设备和/或服务器的功能或部分功能可以由分布在地理区域上的服务器网络来提供，例如全球分布式服务器网络，并且用户可以基于用户位置连接到服务器网络中的适当一个。
119.可以提供包括数据或指令代码的计算机可读介质，当在一个或多个处理器上执行时，使一个或多个处理器根据本发明实现所述功能性和/或一个或多个功能或与万向节稳定系统、控制组件、万向节组件、偏航、俯仰和/或翻滚马达相关的功能、方法、过程、如参照图1a至6b描述的uav/飞行器的任何其他功能、有效载荷、操作中心/命令和控制站、其组合、它们的修改和/或如本文描述。
120.在上述实施例中，服务器可以包括单个服务器或服务器网络。在一些示例中，服务器的功能可以由跨地理区域分布的服务器网络来提供，例如全球分布式服务器网络，并且用户可以基于用户位置连接到服务器网络中的适当一个。
121.为了清楚起见，以上描述参考单个用户讨论了本发明的实施例。应当理解，在实践中，该系统可以由多个用户共享，并且可能同时由非常多的用户共享。
122.上述实施例是全自动的。在一些示例中，系统的用户或操作者可以手动指示要执行的方法的一些步骤。
123.在本发明的所述实施例中，该系统可被实现为任何形式的计算和/或电子设备。这种设备可以包括一个或多个处理器，其可以是微处理器、控制器或任何其他合适类型的处理器，用于处理计算机可执行指令来控制设备的操作，以便收集和记录路线信息。在一些示例中，例如在使用片上系统架构的情况下，处理器可以包括一个或多个固定功能块(也称为加速器)，其在硬件(而不是软件或固件)中实现该方法的一部分。可以在基于计算的设备处提供包括操作系统的平台软件或任何其他合适的平台软件，以使得应用软件能够在该设备上执行。
124.这里描述的各种功能可以用硬件、软件或其任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码来存储或传输。计算机可读介质可以包括例如计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的信息的任何方法或技术实现的易失性或非易失性、可移动或不可移动介质。计算机可读存储介质可以是可由计算机访问的任何可用存储介质。作为示例而非限制，这种计算机可读存储介质可以包括ram、rom、eeprom、闪存或其他存储设备、cd-rom或其他光盘存储设备、磁盘存储设备或其他磁存储设备，或者可以用于以指令或数据结构的形式携带或存储期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。这里使用的盘和碟包括压缩盘(cd)、激光盘、光盘、数字多功能盘(dvd)、软盘和蓝光盘(bd)。此外，传播的信号不包括在计算机可读存储介质的范围内。计算机可读介质还包括通信介质，包括便于将计算机程序从一个地方转移到另一个地方的任何介质。例如，连接可以是通信媒介。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl或无线技术(如红外
线、无线电和微波)从网站、服务器或其他远程源传输软件，则通信介质的定义中包括这些技术。上述的组合也应该包括在计算机可读介质的范围内。
125.可替代地或另外，这里描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如但不限于，可以使用的硬件逻辑部件可以包括现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑器件(cpld)等。
126.尽管被示为单个系统，但应当理解，计算设备可以是分布式系统。因此，例如，多个设备可以通过网络连接进行通信，并且可以共同执行被描述为由计算设备执行的任务。
127.尽管被示为本地设备，但应该理解，计算设备可以位于远程，并且可以经由网络或其他通信链路(例如使用通信接口)来访问。
128.这里使用的术语“计算机”指的是具有处理能力从而能够执行指令的任何设备。本领域技术人员将意识到，这种处理能力被结合到许多不同的设备中，因此术语“计算机”包括pc、服务器、移动电话、个人数字助理和许多其他设备。
129.本领域技术人员将认识到，用于存储程序指令的存储设备可以分布在网络上。例如，远程计算机可以存储被描述为软件的过程的示例。本地或终端计算机可以访问远程计算机并下载部分或全部软件来运行程序。可替代地，本地计算机可以根据需要下载软件，或者在本地终端执行一些软件指令，在远程计算机(或计算机网络)执行一些软件指令。本领域技术人员还将认识到，通过利用本领域技术人员已知的传统技术，所有或部分软件指令可以由专用电路来执行，例如dsp、可编程逻辑阵列等。
130.应当理解，上述益处和优点可能涉及一个实施例，或者可能涉及多个实施例。实施例不限于解决任何或所有所述问题的实施例，或者具有任何或所有所述益处和优点的实施例。变体应被认为包括在本发明的范围内。
131.对“一个”项目的任何引用是指那些项目中的一个或多个。术语“包括”在本文中用于表示包括所确定的方法步骤或元素，但是这些步骤或元素不包括排他的列表，并且方法或装置可以包含额外的步骤或元素。
132.如本文所用，术语“部件”和“系统”旨在包含配置有计算机可执行指令的计算机可读数据存储，这些指令在由处理器执行时使得某些功能得以执行。计算机可执行指令可以包括例程、函数等。还应当理解，部件或系统可以位于单个设备上，或者分布在多个设备上。
133.此外，如本文所用，术语“示例性”意在表示“用作某事的说明或示例”。
134.此外，就详细描述或权利要求中使用的术语“包括”而言，该术语旨在以类似于术语“包含”在权利要求中用作过渡词时所解释的方式来包括。
135.附图示出了示例性方法。虽然这些方法被示出和描述为以特定顺序执行的一系列动作，但应当理解和明白，这些方法不受顺序的限制。例如，一些动作可以不同于这里描述的顺序发生。此外，一个动作可以与另一个动作同时发生。此外，在一些情况下，可能不需要所有动作来实现这里描述的方法。
136.此外，本文描述的动作可包括可由一个或多个处理器实现和/或存储在计算机可读介质上的计算机可执行指令。计算机可执行指令可以包括例程、子程序、程序、执行线程等。此外，方法的动作的结果可以存储在计算机可读介质中，显示在显示设备上等。
137.这里描述的方法的步骤顺序是示例性的，但这些步骤可以任何合适的顺序执行，或者在适当的情况下同时执行。另外，在不脱离本文描述的主题的范围的情况下，可以在任
何方法中添加或替换步骤，或者可以从任何方法中删除单独的步骤。上述任何示例的方面可以与所描述的任何其他示例的方面相结合，以形成进一步的示例，而不会失去所寻求的效果。
138.应当理解，优选实施例的上述描述仅作为示例给出，本领域技术人员可以进行各种修改。以上描述包括一个或多个实施例的示例。当然，不可能为了描述上述方面而描述上述设备或方法的每一种可能的修改和变更，但本领域普通技术人员可以认识到，各种方面的许多进一步的修改和置换是可能的。因此，所描述的方面旨在包含落入所附权利要求书的范围内的所有这样的变更、修改和变化。

技术特征：
1.一种在用于测试被测天线aut的天线测试系统中控制飞行器的万向节稳定系统的计算机实现的方法，该万向节稳定系统包括可旋转地联接到包括有效载荷的万向节组件的控制组件，该有效载荷包括包含用于测试aut的通信传感器接口的第一部分和可旋转地联接到万向节组件的第二部分，该控制组件包括控制器，由控制器执行的该方法还包括：在aut测试期间接收飞行器的飞行中位置；接收aut相对于飞行器的位置；以及通过以下方式控制万向节组件：基于所接收的飞行器位置和所接收的aut位置，计算有效载荷的第一部分相对于aut的指向和对准；以及基于所计算的有效载荷的第一部分的指向和对准，保持有效载荷的第一部分朝向aut的指向和对准。2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，接收所述飞行器的飞行中位置还包括接收代表飞行器的全球定位系统gps、位置、航向、高度和/或姿态的数据。3.根据权利要求1或2所述的计算机实现的方法，还包括接收所述aut的位置还包括接收代表与aut的位置相关的信息的数据。4.根据权利要求1至3中任一项所述的计算机实现的方法，其中，所述通信传感器接口还包括以下组中的至少一个：接收器；发射器；收发器；和/或配置成用于测试所述aut的任何其他通信接口和/或通信传感器接口。5.根据任一前述权利要求所述的计算机实现的方法，还包括控制所述有效载荷围绕至少两个旋转轴线的指向和/或对准，其中，所述控制组件可旋转地联接到所述万向节组件，有效载荷可旋转地联接到万向节组件。6.根据任一前述权利要求所述的计算机实现的方法，还包括控制所述有效载荷围绕至少三个旋转轴线的指向和/或对准，其中，所述控制组件可旋转地联接到所述万向节组件，有效载荷可旋转地联接到万向节组件，其中万向节组件包括用于控制有效载荷的指向和/或对准的另一旋转轴线。7.根据权利要求1至6中任一项所述的计算机实现的方法，其中，所述控制组件通过第一马达可旋转地联接到所述万向节组件，所述万向节组件还包括：联接到第一马达的第一旋转臂，第一马达配置为围绕第一旋转轴线旋转第一旋转臂，第一旋转臂在远离第一旋转臂到第一马达的联接的第一旋转臂的一端联接到第二马达；联接到第二马达的第二旋转臂，第二马达配置为围绕第二旋转轴线旋转第二旋转臂，第二旋转轴线正交于第一旋转轴线，第二旋转臂联接到第三马达，其中第三马达配置为围绕第三旋转轴线旋转在所述有效载荷的第二部分处联接到第三马达的有效载荷，其中第三旋转轴线不同于第二旋转轴线；以及控制组件的控制器电连接到第一马达、第二马达和第三马达；其中控制万向节组件还包括：保持有效载荷的第一部分的指向和对准还包括基于所计算的有效载荷的第一部分朝
向所述aut的指向和对准来控制第一马达、第二马达和第三马达中的一个或多个。8.根据权利要求7所述的计算机实现的方法，其中，所述第一旋转轴线是相对于所述万向节组件的偏航旋转轴线，所述第二旋转轴线是相对于万向节组件的俯仰旋转轴线，所述第三旋转轴线是相对于万向节组件的翻滚旋转轴线。9.根据权利要求7或8所述的计算机实现的方法，其中，所述第一、第二和第三马达各自包括以下组中的至少一个：万向节马达；无刷马达；无刷万向节马达；万向节驱动马达；和/或用于调整和/或保持所述有效载荷的第一部分在所述aut的方向上的指向和/或对准的任何合适的马达。10.根据权利要求7至9中任一项所述的计算机实现的方法，其中，所述第一、第二和第三马达分别对应于偏航马达、俯仰马达和翻滚马达。11.根据权利要求7至10中任一项所述的计算机实现的方法，其中，控制所述万向节组件还包括：计算所述有效载荷相对于所述aut的偏航、俯仰和翻滚的理论角度；基于将来自代表所述飞行器的当前接收位置的数据的反馈与飞行器的姿态和航向参考系统进行比较，计算万向节组件的漂移偏移量，以校正万向节组件中的漂移；以及向万向节控制器发送角度命令和漂移偏移量，用于基于将漂移偏移量与偏航、俯仰和翻滚的理论角度相结合来控制所述第一马达、第二马达和第三马达中的一个或多个。12.根据权利要求7至11中任一项所述的计算机实现的方法，其中，控制所述万向节组件还包括：当使用所述有效载荷测试线极化系统时，通过以下方式控制万向节组件来保持有效载荷通信传感器接口极化与aut极化的极化对准：将接收到的飞行器的飞行中位置与接收到的aut的位置进行比较；基于用于保持极化对准的比较，计算理论翻滚调整值，用于至少调整有效载荷相对于aut的翻滚角；以及向万向节组件的翻滚马达发送翻滚角命令。13.如任一前述权利要求所述的计算机实现的方法，其中，基站位于相对于所述aut的地理位置，基站的位置定义了在aut测试期间飞行器的参考位置，并且接收aut的位置还包括：接收基站的位置；基于aut相对于基站位置的地理位置来计算aut的位置。14.如任一前述权利要求所述的计算机实现的方法，其中，所述有效载荷还包括位于所述有效载荷的第一端的相机，并且接收所述aut的位置还包括：分析来自相机的一个或多个图像以识别aut的位置；以及基于aut在所述一个或多个分析图像中的识别位置来计算aut的位置。15.如权利要求14所述的计算机实现的方法，其中：分析来自所述相机的一个或多个图像以识别所述aut的位置还包括分析来自相机的一个或多个图像以识别aut；以及基于所识别的aut在所述一个或多个分析图像中的位置来计算aut的位置。16.如从属于权利要求13时的权利要求14所述的计算机实现的方法，其中：
分析来自所述相机的一个或多个图像以识别所述aut的位置还包括分析来自相机的一个或多个图像以识别所述基站；以及基于所识别的基站在所述一个或多个分析的图像中的位置，并且基于aut相对于所识别的基站的位置的地理位置，计算aut的位置。17.如任一前述权利要求所述的计算机实现的方法，其中，所述aut包括信标信号，并且接收aut的位置还包括：接收与aut相关的信标信号；以及基于接收到的信标信号确定aut的位置。18.如从属于权利要求13时的权利要求14至17中任一项所述的计算机实现的方法，其中，所述基站包括信标信号，并且接收所述aut的位置还包括：接收与基站相关的信标信号；以及基于所接收的来自基站的信标信号和aut相对于基站位置的地理位置来确定aut的位置。19.如任一前述权利要求所述的计算机实现的方法，还包括保持所述有效载荷的第一部分指向相对于所述aut的指定位置。20.如任一前述权利要求所述的计算机实现的方法，其中，所述通信传感器接口是收发器，并且所述方法还包括控制所述有效载荷的收发器执行以下组中的至少一个或多个：产生并发射所需频率的连续波或调制测试信号；接收所需频率的连续波或调制测试信号；产生并向所述aut发射线极化信号；产生并向aut发射圆极化信号；接收来自aut的线极化信号；以及接收来自aut的圆极化信号。21.如任一前述权利要求所述的计算机实现的方法，其中，所述通信传感器接口是收发器，该方法还包括控制所述万向节组件执行以下组中的至少一个或多个：将收发器的rf传输喇叭天线指向与所述aut相关的指定几何点；取消所述飞行器的任何移动或运动，以保持rf传输喇叭天线指向指定几何点或aut；在aut测试期间保持rf收发器喇叭天线极化与相应的aut收发器喇叭天线极化的对准。22.如任一前述权利要求所述的计算机实现的方法，其中，当测试所述aut时，该方法还包括：在所述飞行器相对于aut的飞行测试路线期间，保持所述有效载荷的第一部分指向和/或对准aut；在所述通信传感器接口处接收与aut的至少主波束相关的测量；收集与aut的至少主波束方位角和仰角相关的测量数据点；以及将所收集的测量数据点和飞行器位置发送到控制站，用于基于对所收集的测量数据点的分析来确定至少aut指向。23.一种用于飞行器的万向节稳定系统，包括可旋转地联接到包括有效载荷的万向节组件的控制组件，该控制组件包括控制器，其配置成操作万向节组件以保持有效载荷的第一部分指向被测天线aut，有效载荷的第二部分可旋转地联接到万向节组件，其中第一部分
包括用于测试aut的通信传感器接口。24.如权利要求23所述的万向节稳定系统，所述万向节组件还包括基于根据权利要求1至22中任一项所述的计算机实现的方法来操作所述万向节稳定系统的控制器。25.一种装置，包括处理器单元、存储器单元和通信接口，处理器单元连接到存储器单元和通信接口，其中处理器单元、存储器单元和通信接口适于实现如权利要求1至22中任一项所述的计算机实现的方法。26.一种系统，包括：飞行器，其包括根据权利要求25所述的万向节稳定装置；以及被测天线，其中，飞行器配置成使用万向节稳定装置执行aut的测试。27.根据权利要求26所述的系统，根据权利要求25所述的装置，根据权利要求23或24所述的万向节稳定系统，或根据权利要求1至22中任一项所述的计算机实现的方法，其中，所述飞行器是无人驾驶飞行器。28.一种计算机可读介质，包括存储在其上的计算机代码或指令，当在处理器上执行时，使处理器执行根据权利要求1至22中任一项所述的计算机实现的方法。29.一种如本文参照附图描述的系统。30.一种如本文参照附图描述的方法。31.一种如本文参照附图描述的装置。32.一种如本文参照附图描述的计算机程序产品。

技术总结
提供了用于在测试被测天线(AUT)期间控制飞行器的万向节稳定系统的有效载荷的方法、装置和系统。万向节稳定系统包括通过偏航马达联接到万向节组件的有效载荷控制组件。万向节组件包括有效载荷，该有效载荷包括具有用于测试AUT的收发器的第一部分和可旋转地联接到万向节组件的第二部分。有效载荷控制组件包括控制器，该控制器配置成通过以下方式操作偏航马达和万向节组件：在AUT测试期间接收飞行器的飞行中位置；接收AUT相对于飞行器的位置；以及通过以下方式控制万向节组件：基于接收到的飞行器位置和接收到的AUT位置，计算有效载荷的第一部分相对于AUT的指向和对准；以及基于所计算的有效载荷的第一部分的指向和对准，保持有效载荷的第一部分朝向AUT的指向和对准。效载荷的第一部分朝向AUT的指向和对准。效载荷的第一部分朝向AUT的指向和对准。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：夸德萨特公司
技术研发日：2021.08.12
技术公布日：2023/9/9