CN103900543A - 无线电罗盘 - Google Patents

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傅颖
王江
李绍奎
史慧荣
卢洪远
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • G01S3/48—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems the waves arriving at the antennas being continuous or intermittent and the phase difference of signals derived therefrom being measured

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Abstract

本发明公开了一种无线电罗盘，涉及导航设备领域，无线电罗盘包括ADF组合天线、与ADF组合天线相连接的ADF接收机、与ADF接收机相连接的航向指示器，所述ADF接收机包括接收模块、与接收模块相连的相位补偿器、与相位补偿器相连的方位解算模块。本发明的有益效果在于：摒弃了传统的锁相环闭环技术，使得参数设置和调试简单，系统更加稳定。使用了较为先进的开环技术，通过相位补偿技术保证了信号相位一致性，更有利于工程实现。采用三路射频信号分别接收、采样、补偿，最终计算出方位角，方位信息的快速解算，满足更快的定向速度需求，是一种可靠、经济、适用的机载导航系统。

Description

无线电罗盘
技术领域
本发明涉及导航设备领域，特别是无线电罗盘。
背景技术
现有机载无线电罗盘主要分为模拟罗盘和数字罗盘。传统的模拟罗盘主要采用模拟电路实现锁相环相干检波功能，提取同频同相的载波信号，并与参考信号相比较，解调出相对于导航台的方位信号，如图1所示。在图1中ADF组合天线输出一路射频信号到接收机。该射频信号为垂直天线与环形天线的叠加信号。这种方案完全依靠模拟电子器件搭建而成，稳定性低，定向速度慢，抗干扰性差，不能满足现代机载无线电罗盘高稳定性，高可靠性的要求。传统数字罗盘主要采用如图2的方案，ADF组合天线输出一路信号至ADF接收机，该信号依然是垂直天线与环形天线的叠加信号，接收通道接收到中频信号后，方位解调算法采用FPGA芯片实现，利用数字锁相环技术解调出方位信号，这样做虽然比模拟锁相环速度快、稳定性好，但由于仍使用了锁相环路，定向速度和稳定度依然有所限制，而且在实现过程中环路参数较难设置，环路参数的精确与否影响到整个环路的锁相效果，从而影响方位的准确性，也不利于扩展和升级系统的功能。
发明内容
本发明的目的在于： 针对现有技术所存在的缺点，提供一种定向速度快，方位稳定性好，方位准确率高的无线罗盘。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：无线电罗盘，包括ADF组合天线、与ADF组合天线相连接的ADF接收机、与ADF接收机相连接的航向指示器，所述ADF接收机包括接收模块、与接收模块相连的相位补偿器、与相位补偿器相连的方位解算模块。
优选地，所述接收模块有3个接收通道。
优选地，相位补偿器为2个。
优选地，方位解算模块包括第一乘法器、第二乘法器，与第一乘法器输出端相连的第一低通滤波器，与第二乘法器相连的第二低通滤波器，第一低通滤波器输出端与第二低通滤波器的输出端分别与CORDIC计算模块输入端相连。 
优选地，所述ADF组合天线包括垂直天线和环形天线。
本发明的有益效果：摒弃了传统的锁相环闭环技术，使得参数设置和调试简单，系统更加稳定。使用了较为先进的开环技术，通过相位补偿技术保证了信号相位一致性，更有利于工程实现。采用三路射频信号分别接收、采样、补偿，最终计算出方位角，方位信息的快速解算，满足更快的定向速度需求，是一种可靠、经济、适用的机载导航系统。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为传统无线电模拟罗盘的结构框图。
图2 为传统无线电数字罗盘的结构框图。
图3为本发明的结构框图。
图4为本发明的ADF组合天线功能示意图。
图5为本发明的ADF接收机的功能框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。
实施例：如图3所示，无线电罗盘包括ADF组合天线、与ADF组合天线连接的ADF接收机、与ADF接收机连接的航向指示器。无线电罗盘工作在150～1799千赫频段。
如图4所示，ADF组合天线包括环形和垂直两个无源天线，环形天线是由绕在一块方形铁氧体磁芯的两个互相垂直的绕组构成，铁氧体磁芯的作用是增加绕组的磁通量密度，根据感应特性，绕组分别产生正弦信号与余弦信号。
ADF接收机主要功能为接收导航台发出的无线电信号，解算出飞机相对于导航台纵轴之间的夹角，并传送至航电，引导飞机正确飞行。ADF接收机包括接收模块、相位补偿模块和方位解算模块，如图5所示。接收模块包括接收通道0，接收通道1，接收通道2。相位补偿器包括第一相位补偿器和第二相位补偿器。方位解算模块包括第一乘法器，第二乘法器，第一低通滤波器，第二低通滤波器和CORDIC计算模块。垂直天线产生的信号经缓冲放大后送入到接收通道0的输入端，接收通道0的输出端分别与第一乘法器和第二乘法器输入端连接。环形天线产生的正弦信号经缓冲放大后送入到接收通道1的输入端，接收通道1的输出端与第一相位补偿器输入端连接，第一相位补偿器的输出端与第一乘法器输入端连接，第一乘法器的输出端与第一低通滤波器输入端连接。环形天线产生的余弦信号经缓冲放大后送入到接收通道2的输入端，接收通道2的输出端与第二相位补偿器输入端连接，第二相位补偿器输出端与第二乘法器输入端连接，第二乘法器输出端与第二低通滤波器输入端连接，第一低通滤波器输出端和第二低通滤波器输出端分别与CORDIC计算模块输入端连接。
ADF接收机将接收到的无线电信号分别送入接收通道0、接收通道1、接收通道2，无线电信号分别经过一次变频和二次变频后，进入相位补偿器，形成三路同频同相的信号，并通过三路信号之间的算术关系得到方位角的正弦和余弦值，然后通过CORDIC计算模块最终得到方位角。ADF接收机中各个模块的功能及实现方式如下：
1.接收模块
该模块主要功能为产生可控的一本信号和固定的二本信号，将三路射频信号分别经过接收通道0、接收通道1、接收通道2这三路接收通道，混频后输出三路中频信号S0,S1,S2。其中三路混频信号为同源信号可变，以确保三路混频信号相位一致。
   2.相位补偿器
  该模块主要功能是将不同相位的中频信号通过补偿使信号相位一致。相位补偿器接收三路中频信号S0、S1、S2，将三路中频信号接入到测量仪器中进行比较，测算出接收通道1的信号与接收通道0的信号相位差为Ф1，并通过第一相位补偿器进行补偿。接收通道2的信号与接收通道0的信号相位差为Ф2，通过第二相位补偿器进行补偿。补偿后接收通道1和接收通道2的信号相位均与接收通道0的信号相位保持一致。即S0，S1’，S2’三路信号相位一致，然后将S0，S1’，S2’三路信号送往方位解算模块。
3.方位解算模块
该模块主要功能为解算出导航台与飞机之间的相对夹角，引导飞机正确飞行。其工作过程为：信号S0和S1’经过第一乘法器得到信号Y1，该信号Y1包含高频分量和低频基带分量，故将Y1通过第一低通滤波器滤波过后得到信号Y1’,也就是方位角的余弦分量。同理将信号S0和S2’经过第二乘法器得到信号Y2，该信号Y2也包含高频分量和低频基带分量，将Y2通过第二低通滤波器滤波过后得到信号Y2’,也就是方位角的正弦分量。最后将Y1’、 Y2’信号经过CORDIC计算模块得到方位角。
本发明的有益效果：摒弃了传统的锁相环闭环技术，使得参数设置和调试简单，系统更加稳定。使用了较为先进的开环技术，通过相位补偿技术保证了信号相位一致性，更有利于工程实现。采用三路射频信号分别接收、采样、补偿，最终计算出方位角，方位信息的快速解算，满足更快的定向速度需求，是一种可靠、经济、适用的机载导航系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.无线电罗盘，其特征在于：包括ADF组合天线、与ADF组合天线相连接的ADF接收机、与ADF接收机相连接的航向指示器，所述ADF接收机包括接收模块、与接收模块相连的相位补偿器、与相位补偿器相连的方位解算模块。
2.如权利要求1所述的无线电罗盘，其特征在于：所述接收模块有3个接收通道。
3.如权利要求1所述的无线电罗盘，其特征在于：所述相位补偿器为2个。
4.如权利要求1所述的无线电罗盘，其特征在于：所述方位解算模块包括第一乘法器、第二乘法器，与第一乘法器输出端相连的第一低通滤波器，与第二乘法器相连的第二低通滤波器，第一低通滤波器输出端与第二低通滤波器的输出端分别与CORDIC计算模块输入端相连。
5.如权利要求1所述的无线电罗盘，其特征在于：所述ADF组合天线包括垂直天线和环形天线。
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