一种提高低空飞行器遥测跟踪弧段的计算模型

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2026.05.012

摘要/Abstract

摘要：

针对低空飞行器在复杂地形环境与大机动飞行下的双重遥测跟踪难题，提出了一种提高低空飞行器遥测跟踪弧段的计算模型。加载高分辨率地形高程数据和飞行器轨迹，在球面地球模型中遍历计算地面站跟踪仰角和路径遮蔽角以完成地空通视判断。考虑飞行器三维姿态变化将地面站坐标投影至飞行器弹体坐标系，结合天线方向性图提取各跟踪时刻下的飞行器遥测天线增益，进而实时更新信道参数完成地空遥测链路分析。经多次飞行试验验证，相较于传统算法，模型在运算速度、精确性和稳定性方面表现更好，仿真计算的弧段符合率均值和标准差分别达到105%、7.25%，能应用于地面站布站选址，可有力支撑低空飞行器遥测跟踪弧段全覆盖。

关键词: 低空飞行器, 遥测跟踪弧段, 通视分析, 飞行姿态, 遥测链路, 布站选址

Abstract:

To overcome the difficulty in telemetry tracking of low-altitude aircraft operating in complex terrains with high maneuverability， this paper proposes a computational model to enhance the telemetry tracking arcs of low-altitude aircraft. High-resolution terrain elevation data and aircraft trajectories are integrated to calculate tracking elevation angles and path shielding angles of ground stations by traversing within a spherical Earth model， so as to perform line-of-sight determination between an aircraft and ground stations. Considering the aircraft’s 3D attitude， the ground station coordinates are projected into the aircraft’s body coordinate system. The telemetry antenna gain of the aircraft per tracking epoch is extracted by utilizing the antenna radiation pattern， and channel parameters are then updated in real time for air-ground telemetry link analysis. Multiple flight tests demonstrate that the model outperforms the traditional algorithm in terms of computational speed， accuracy， and stability， and the mean and standard deviation of the arc compliance rate in simulation calculation reach 105% and 7.25%， respectively. The model can be applied to optimize site selection of telemetry ground stations， thereby providing robust support for acquiring complete telemetry tracking arc data of low-altitude aircraft.

Key words: low-altitude aircraft, telemetry tracking arcs, visibility analysis, flight attitude, telemetry link, site selection of stations

中图分类号:

TN929.5

王杰, 江弘杰, 汤杰武, 林阳阳, 韦广信. 一种提高低空飞行器遥测跟踪弧段的计算模型[J]. 现代防御技术, 2026, 54(5): 143-151.

Jie WANG, Hongjie JIANG, Jiewu TANG, Yangyang LIN, Guangxin WEI. A Computational Model for Enhancing Telemetry Tracking Arcs for Low-Altitude Aircraft[J]. Modern Defense Technology, 2026, 54(5): 143-151.

图/表 13

图1 模型框架图

Fig. 1 Model framework

图2 地空通视分析示意图

Fig. 2 Visibility analysis between an aircraft and ground stations

图3 遥测跟踪弧段计算流程

Fig. 3 Computational process of telemetry tracking arcs

表1 遥测地面站部署情况

Table 1 Layout of telemetry ground stations

序号	遥测站	部署点位	部署区域
1	地面站1	L	首区
2	地面站2	M	航区
3	地面站3	N	航区
4	地面站4	O	航区
5	地面站5	P	末区

图4 地形高程及飞行器航迹示意图

Fig. 4 Terrain elevation and aircraft track

表2 不同采样间隔弧段符合率

Table 2 Arc compliance rate at different sampling intervals

采样间隔/m	800	700	600	500	400	300	200	100	50
耗时/s	1.3	1.5	1.7	2.2	2.8	3.3	5.2	10.4	21.5
地面站1/%	88	98	105	100	95	107	107	106	107
地面站2/%	97	96	97	99	98	98	98	99	100
地面站3/%	108	109	109	108	108	109	109	109	109
地面站4/%	104	104	104	104	104	104	104	104	104
地面站5/%	113	114	113	117	120	121	121	122	124

图5 遮蔽情形下的跟踪仰角与遮蔽角

Fig. 5 Tracking elevation angles and path shielding angles under obscured conditions

图6 通视情形下的跟踪仰角与遮蔽角

Fig. 6 Tracking elevation angles and path shielding angles under line-of-sight conditions

图7 飞行器遥测天线方向性图部分数据展示结果

Fig. 7 Partial results of aircraft telemetry antenna radiation pattern

图8 地面站理论与实际遥测跟踪弧段对比

Fig. 8 Comparison of theoretical vs. actual telemetry tracking arcs for ground stations

表3 场景1性能对比

Table 3 Performance comparison in Scenario 1

飞行试验	1		2		3		4
算法	本文	LOS2	本文	LOS2	本文	LOS2	本文	LOS2
耗时/s	2.0	11.5	2.2	10.1	2.6	17.3	4.8	23.0
地面站1/%	90	94	100	108	109	120	105	114
地面站2/%	105	106	108	109	104	105	107	107
地面站3/%	103	103	104	104	101	101	102	102
地面站4/%	100	101	99	99	113	120	99	101
地面站5/%	103	108	117	123	102	110	124	129

表4 场景2性能对比

Table 4 Performance comparison in Scenario 2

飞行试验	1		2
算法	本文	LOS2	本文	LOS2
耗时/s	1.0	3.0	2.4	3.5
地面站6/%	119	119	105	113
地面站7/%	102	102	101	101

图9 遥测跟踪弧段符合率箱线图

Fig. 9 Boxplot of telemetry tracking arc compliance rate

参考文献 20

[1]	目光. 导弹作战概论［M］. 北京：北京理工大学出版社， 2022.
	MU Guang. Basic Theory and Method of Missile Operation［M］. Beijing： Beijing Institute of Technology Press， 2022.
[2]	孙彧，潘宣宏，姜敏，等. 无人机蜂群作战样式及运用探析［J］. 战术导弹技术， 2023（5）： 142-150.
	SUN Yu， PAN Xuanhong， JIANG Min， et al. Analysis on the Combat Style and Application of UAV Swarms［J］. Tactical Missile Technology， 2023（5）： 142-150.
[3]	成求青，李波，余浩章，等. 导弹测控系统总体设计原理与方法［M］. 北京：清华大学出版社， 2014.
	CHENG Qiuqing， LI Bo， YU Haozhang， et al. Missile TT&C System Design Principles and Algorithms［M］. Beijing： Tsinghua University Press， 2014.
[4]	刘鸿雁，胡悦. 利用遥测数据评定防空导弹杀伤目标性能方法［J］. 海军航空工程学院学报， 2018， 33（3）： 323-327.
	LIU Hongyan， HU Yue. Assessment Method of the Ability of Target Damage of Air Defense Missile Using Telemetering Test Data［J］. Journal of Naval Aeronautical and Astronautical University， 2018， 33（3）： 323-327.
[5]	董晶，陈辉，刘云龙. 基于地球曲率的雷达地形遮蔽盲区计算［J］. 中国电子科学研究院学报， 2021， 16（4）： 408-413.
	DONG Jing， CHEN Hui， LIU Yunlong. Calculation of Radar Terrain Blind Space Based on Earth Curvature［J］. Journal of China Academy of Electronics and Information Technology， 2021， 16（4）： 408-413.
[6]	张颖. 考虑低空监视覆盖性能的通航飞行航迹规划及验证研究［D］. 南京：南京航空航天大学， 2023.
	ZHANG Ying. Research on General Aviation Flight Trajectory Planning and Verification Considering Low-Altitude Surveillance Coverage Performance［D］. Nanjing： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2023.
[7]	王豪. 大区域多尺度雷达遮蔽角计算关键技术研究与实现［D］. 郑州：解放军信息工程大学， 2011.
	WANG Hao. Research and Realization on Key Technologies of Radar Defilade Angles Calculation on Large Field and Multi Scales［D］. Zhengzhou： PLA Information Engineering University， 2011.
[8]	庄天义，邓红艳，李伟强，等. 基于地理信息的地空导弹武器系统对巡航导弹拦截弧段研究［J］. 火力与指挥控制， 2024， 49（11）： 143-151.
	ZHUANG Tianyi， DENG Hongyan， LI Weiqiang， et al. Research on the Interception Arc of Cruise Missile by Surface-to-Air Missile Weapon Systems Based on Geographic Information［J］. Fire Control & Command Control， 2024， 49（11）： 143-151.
[9]	冯克涛，李晓毅，曲晨，等. 基于DEM的民航地空VHF通信有效覆盖仿真研究［J］. 系统工程与电子技术， 2022， 44（2）： 684-695.
	FENG Ketao， LI Xiaoyi， QU Chen， et al. Simulation Research on Effective Coverage of Civil Aviation Ground to Air VHF Communication Based on DEM［J］. Systems Engineering and Electronics， 2022， 44（2）： 684-695.
[10]	王心一，刘智. 基于CCSDS的深空通信链路预算的设计［J］. 电子技术与软件工程， 2014（5）： 52-53.
	WANG Xinyi， LIU Zhi. Design of Deep Space Communication Link Budget Based on CCSDS［J］. Electronic Technology & Software Engineering， 2014（5）： 52-53.
[11]	曾海彬，孟玮，陈静，等. 再入遥测信道建模与分析［J］. 无线电工程， 2016， 46（9）： 59-60， 72.
	ZENG Haibin， MENG Wei， CHEN Jing， et al. Modeling and Analysis of Reentry Telemetry Channel［J］. Radio Engineering， 2016， 46（9）： 59-60， 72.
[12]	刘颖，张娜，吕彦东，等. 导弹尾焰等离子体对遥测信号影响建模方法［J］. 探测与控制学报， 2019， 41（3）： 121-124.
	LIU Ying， ZHANG Na， Yandong LÜ， et al. Modeling of Missile Plume Plasma Influence on Telemetry Signal［J］. Journal of Detection & Control， 2019， 41（3）： 121-124.
[13]	宋政斌. 飞行试验单向无线传输链路设计与实现［D］. 西安：西安电子科技大学， 2013.
	SONG Zhengbin. The Design and Implementation of Single-Direction Wireless Transmission Link in Flight-Test［D］. Xi'an： Xidian University， 2013.
[14]	曹博. 基于GIS的ADS-B地面站信号覆盖分析及布站选址研究［D］. 天津：中国民航大学， 2015.
	CAO Bo. ADS-B Ground Station Signal Coverage Analysis and Site Selection Based on GIS［D］. Tianjin： Civil Aviation University of China， 2015.
[15]	蒋加豪. 低轨卫星遥测链路信道模拟关键技术研究［D］. 成都：电子科技大学， 2022.
	JIANG Jiahao. Key Technologies Research of LEO Satellite Telemetry Link Channel Simulation［D］. Chengdu： University of Electronic Science and Technology of China， 2022.
[16]	姜奕，董晓宣，王铭超，等. 基于指数折射模型的雷达视距计算与验证［J］. 空天预警研究学报， 2025， 39（3）： 177-181.
	JIANG Yi， DONG Xiaoxuan， WANG Mingchao， et al. Calculation and Verification of Radar Line-of-Sight Distance Based on Atmosphere Exponential Refraction Model［J］. Journal of Air & Space Early Warning Research， 2025， 39（3）： 177-181.
[17]	裴旭，马东立. 等效地球半径法应用中的问题［J］. 北京航空航天大学学报， 2005， 31（4）： 455-458.
	PEI Xu， MA Dongli. Problems in Earth's Equivalent Radius Method Application［J］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics， 2005， 31（4）： 455-458.
[18]	李艳华，李凉海，谌明，等. 现代航天遥测技术［M］. 北京：中国宇航出版社， 2018.
	LI Yanhua， LI Lianghai， CHEN Ming， et al. Modern Aerospace Telemetry Technology［M］. Beijing： China Astronautic Publishing House， 2018.
[19]	中国人民解放军总装备部. 航天测控设备跟踪与控制质量评估方法：［S］. 北京：总装备部军标出版发行部， 2010： 3-4.
	General Armament Department of the Chinese People's Liberation Army. Evaluation Methods for the Tracking and Controlling Quality of the Space TT&C equipment：［S］. Beijing： 2010： 3-4.
[20]	刘安，陈学军，杨慧影. 航天测控装备跟踪质量考核标准分析［J］. 南京航空航天大学学报， 2021， 53（增1）： 148-152.
	LIU An， CHEN Xuejun， YANG Huiying. Tracking Quality Assessment Standard for Aerospace Equipment［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics， 2021， 53（S1）： 148-152.