CN105182282B - 一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统,包括旋翼飞行器、飞行遥控器、监测测向设备和监测测向终端；监测测向设备搭载于旋翼飞行器上；监测测向设备与监测测向终端通过无线WIFI连接；所述的监测测向设备包括电子罗盘、GPS天线、GPS模块、测向天线、接收机、X86处理板、WIFI模块和WIFI全向天线；所述的GPS天线的输出端与GPS模块连接，所述的GPS模块的输出端和电子罗盘的输出端分别与X86处理板连接，所述的测向天线的输出端与接收机连接，接收机与X86处理板连接，X86处理板与WIFI模块连接，WIFI模块通过WIFI全向天线与监测测向终端进行无线通讯。本发明提供了一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统，能够有效提高测向的精确性。

Description

一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统

技术领域

本发明涉及一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统。

背景技术

随着无线电磁波在生产生活中的广泛运用，无线电测向技术也随之发展起来，无线电测向是依据电磁波传播特性，使用仪器设备测定无线电波来波方向的过程；测定“来波方向”，是指测向机所在地实在的电磁环境中电波达到的方向，无线电测向，通常的最终目的是要确定“辐射源的方向”和“辐射源的具体位置”。

但是目前的无线电测向技术一般都还停留在地面设备进行测向，由于地形原因，效果差，精确度低，而使用飞行器进行测向，在设备搭载，飞行控制和信号处理传输等技术方面都还不完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统，基于旋翼飞行器对监测测向设备进行搭载，避免地形和建筑物对测向结果的影响，同时具有GPS定位和电子罗盘导航定向功能，通过无线通讯与监测测向终端进行数据传输，能够有效提高测向的精确性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统，包括旋翼飞行器、飞行遥控器、监测测向设备和监测测向终端；所述的飞行遥控器用于对旋翼飞行器进行远程无线遥控；所述的监测测向设备搭载于旋翼飞行器上；监测测向设备与监测测向终端通过无线WIFI连接；

所述的监测测向设备包括电子罗盘、GPS天线、GPS模块、测向天线、接收机、X86处理板、WIFI模块和WIFI全向天线；所述的GPS天线的输出端与GPS模块连接，所述的GPS模块的输出端和电子罗盘的输出端分别与X86处理板连接，所述的测向天线的输出端与接收机连接，接收机与X86处理板连接，X86处理板与WIFI模块连接，WIFI模块通过WIFI全向天线与监测测向终端进行无线通讯。

所述的监测测向终端包括WIFI定向天线和智能终端设备；所述的WIFI定向天线与WIFI全向天线进行无线通讯；WIFI定向天线与智能终端设备连接；所述的智能终端设备为笔记本电脑。

所述的测向设备还包括电池和电源管理板；所述的电池与电源管理板连接，电源管理板的输出端分别与电子罗盘、测向天线、接收机、X86处理板和WIFI模块连接。

所述的电源管理板底部设置有散热结构，并且电源管理板中包括电源管理电路。

所述的电子罗盘包括：控制模块、电子指南针模块和定位模块；电子指南针模块和定位模块分别与主控模块相连；主控模块的输出端与X86处理板连接；所述的电子指南针模块包括高精度HMC5883L三轴磁场传感器和MMA7361三轴加速度传感器。

所述的测向天线为干涉仪天线阵。

所述的接收机为数字接收机，包括低噪声放大器、混频器、 本振驱动放大器、低通滤波器、AD转换电路；所述的低噪声放大器接收来自测向天线的射频信号、低噪声放大器的输出端与与混频器的第一输入端连接；混频器的第二输入端与本振驱动放大器的输出端连接；混频器的输出端依次与低通滤波器和AD转换电路连接，AD转换电路的输出端与X86处理板连接；

所述的接收机还包括本振信号发生器和T型电阻衰减网络，所述的本振信号发生器的输出端通过T型电阻衰减网络与本振驱动放大器连接。

所述的X86处理板包括中央处理器、存储器、稳压电路、实时时钟电路、USB接口和RS232接口；中央处理器分别与存储器、稳压电路、实时时钟电路、USB接口和RS232接口连接；所述的中央处理器还分别与X86板外部的数字接收机和WIFI模块连接；

所述的稳压电路包括电压输入端、电压输出端和多个稳压二极管，所述的电压输入端连接到外部的电源管理板，所述的电压输出端与中央处理器连接；所述的多个稳压二极管并联在电压输入端和电压输出端之间；

所述的稳压二极管为瞬态电压抑制二极管TVS。

所述的X86板上还设置有以太网接口,所述的以太网接口与中央处理器连接。

所述的挂接装置包括相互连接的下盖和上盖；所述下盖的两侧设置有一个或多个便于挂载于无人机上的挂轴，所述下盖的侧面还分布设置有电源接口、WiFi天线接头和网络接口；

所述下盖的底部还设有用于连接天线的天线固定连接端口，所述天线固定连接端口与天线连接件固定连接；

所述天线固定连接端口通过天线连接件与天线连接，所述天线连接件的一端通过固定板与天线固定连接端口匹配连接，所述天线连接件另一端设有天线对接口，所述天线对接口上开始有定位槽，所述天线对接口内设有天线电性接口。

所述的干涉仪天线阵包括天线阵部分和立杆部分；所述的天线阵部分包括三个有源垂直极化天线、一个天线中间固定座、三个连接天线中间固定座与有源垂直极化天线的支撑装置；所述的天线中间固定座包括一个支臂固定座、一个支臂转动座、一个支臂转动座对称件和一个立杆底座；所述的支臂转动座和支臂转动座对称件通过转轴带动支撑装置和有源垂直极化天线进行水平旋转，通过锁紧装置进行固定；分别安装在支臂转动座和支臂转动座对称件的两个有源垂直极化天线的支撑装置长度相同，安装在支臂固定座的有源垂直极化天线与安装在支臂转动座的有源垂直极化天线的水平直线距离小于λ/2，其中λ/2为最高工作频率的半波长；所述的立杆部分包括立杆和设置于立杆内部的射频电缆，所述的立杆的一端通过第一天线紧锁套连接天线插头与立杆底座，立杆的另一端设置有用于连接立杆和外部测向设备的第二天线紧锁套，并且还通过与射频电缆连接的数据接口向外部测向设备发送有源垂直极化天线接收到的射频信号。

本发明的有益效果是：（1）基于旋翼飞行器对监测测向设备进行搭载，在空中进行测向，能够有效避免地面上的建筑物或者是地形对测向结果的影响。

（2）设置有电源管理板，电池通过电源管理板向用电设备提供电源，能够有效保证用电安全。

（3）X86处理板设置有稳压电路，能够保证处理电路板的稳定工作。

（4）挂接装置两侧可通过挂轴及安装在无人机上的挂载件，挂载至无人机上，其底部可通过天线连接件与干涉仪测向天线连接，从而快速组装成升空干涉仪测向设备。

（5）干涉仪天线阵便于安装与拆卸，可以根据实际情况选择规格不同的有源垂直极化天线，只需将不同规格的天线阵部分进行安装即可；并且在天线阵使用完成之后，将三个有源垂直极化天线旋转至一起，方便存放。

附图说明

图1为本发明的原理结构框图；

图2为接收机的电路原理框图；

图3为X86处理板的电路原理框图；

图4为X86处理板中稳压电路示意图；

图5为挂接装置的主视图；

图6为挂接装置的侧视图；

图7为挂轴结构示意图；

图8为挂载件的结构示意图；

图9为挂接装置的仰视图；

图10为挂接装置的下盖底部结构示意图；

图11为干涉仪天线阵的实施例1分解结构图；

图12为干涉仪天线阵的实施例1整体结构图；

图13为天线中间固定座局部结构示意图；

图14为数据接口结构示意图；

图15为干涉仪天线阵的实施例2分解结构图；

图中，1-下盖，2-上盖，3-挂轴，301-第一限位件，302-第二限位件，303-轴体，4-挂载件，401-通槽，402-挂载连接板，5-天线连接件，501-固定板，502-天线对接口，503-定位槽，504-射频接口，505-控制接口，6-散热装置，7-电源接口，8- WiFi天线接头，9-开关，10-指示灯，11-射频输入穿壁接头，12-天线输出穿壁接头，13-网络接口，14-加强筋，15-天线阵部分，16-立杆部分，17-有源垂直极化天线，18-天线中间固定座，19-支撑装置，20-支臂固定座，21-支臂转动座，22-支臂转动座对称件，23-立杆底座，24-转轴，25-立杆，26-天线插头，27-数据接口，28-第一天线紧锁套，29-第二天线紧锁套，30-主固定座，31-旋转螺母，32-旋转螺母套，33-天线固定座，34-旋转挡销。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统，包括旋翼飞行器、飞行遥控器、监测测向设备和监测测向终端；所述的飞行遥控器用于对旋翼飞行器进行远程无线遥控；所述的监测测向设备搭载于旋翼飞行器上；监测测向设备与监测测向终端通过无线WIFI连接；

所述的监测测向设备包括电子罗盘、GPS天线、GPS模块、测向天线、接收机、X86处理板、WIFI模块和WIFI全向天线；所述的GPS天线的输出端与GPS模块连接，所述的GPS模块的输出端和电子罗盘的输出端分别与X86处理板连接，所述的测向天线的输出端与接收机连接，接收机与X86处理板连接，X86处理板与WIFI模块连接，WIFI模块通过WIFI全向天线与监测测向终端进行无线通讯。

所述的监测测向终端包括WIFI定向天线和智能终端设备；所述的WIFI定向天线与WIFI全向天线进行无线通讯；WIFI定向天线与智能终端设备连接；所述的智能终端设备为笔记本电脑。

所述的测向设备还包括电池和电源管理板；所述的电池与电源管理板连接，电源管理板的输出端分别与电子罗盘、测向天线、接收机、X86处理板和WIFI模块连接。

所述的电源管理板底部设置有散热结构，并且电源管理板中包括电源管理电路。

所述的电子罗盘包括：控制模块、电子指南针模块和定位模块；电子指南针模块和定位模块分别与主控模块相连；主控模块的输出端与X86处理板连接；所述的电子指南针模块包括高精度HMC5883L三轴磁场传感器和MMA7361三轴加速度传感器。

所述的测向天线为干涉仪天线阵。

如图2所示，所述的接收机为数字接收机，包括低噪声放大器、混频器、 本振驱动放大器、低通滤波器、AD转换电路；所述的低噪声放大器接收来自测向天线的射频信号、低噪声放大器的输出端与与混频器的第一输入端连接；混频器的第二输入端与本振驱动放大器的输出端连接；混频器的输出端依次与低通滤波器和AD转换电路连接，AD转换电路的输出端与X86处理板连接；

所述的接收机还包括本振信号发生器和T型电阻衰减网络，所述的本振信号发生器的输出端通过T型电阻衰减网络与本振驱动放大器连接。

如图3所示，所述的X86处理板包括中央处理器、存储器、稳压电路、实时时钟电路、USB接口和RS232接口；中央处理器分别与存储器、稳压电路、实时时钟电路、USB接口和RS232接口连接；所述的中央处理器还分别与X86板外部的数字接收机和WIFI模块连接；

如图4所示，所述的稳压电路包括电压输入端、电压输出端和多个稳压二极管，所述的电压输入端连接到外部的电源管理板，所述的电压输出端与中央处理器连接；所述的多个稳压二极管并联在电压输入端和电压输出端之间；

所述的稳压二极管为瞬态电压抑制二极管TVS。

如图5所示，一种挂载式监测测向平台，它包括相互连接的下盖1和上盖2，所述下盖1的两侧设置有一个或多个便于挂载于无人机上的挂轴3，所述下盖1的侧面还分布设置有电源接口7、WiFi天线接头8和网络接口13。所述下盖1的侧面还设有射频输入穿壁接头11、天线输出穿壁接头12、开关9和指示灯10。

其中，为了缩小本发明的体积，进而减轻本发明的重量，网络接口13可与电源接口7、WiFi天线接头8、开关9、指示灯10、射频输入穿壁接头11和天线输出穿壁接头12对立分布。如图6所示，下盖1的一侧中部设置网络接口13。下盖1的另一侧从左只有依次分布射频输入穿壁接头11、天线输出穿壁接头12、WiFi天线接头8、电源接口7、开关9和指示灯10。

如图7所示，进一步的，所述挂轴3包括第一限位件301、第二限位件302和轴体303，所述轴体303穿过第二限位件302与第一限位件301连接，且第一限位件301、第二限位件302和轴体303的轴心线为同一轴心线，所述第一限位件301和第二限位件302之间的轴体303形成便于挂载于无人机上的挂载部304。

如图8所示，进一步的，所述挂轴3通过挂载件4与无人机连接，所述挂载件4的一端开设有弯折的通槽401，所述通槽401的一端为开口端，所述通槽401的另一端为挂载端，所述挂载部304通过开口端滑入挂载端，完成挂载动作。所述挂载件4的另一端设有用于固定连接无人机的挂载连接板402。

所述弯折的通槽401如7字型通槽，包括至少两个连通的直通槽，形成至少一个弯折部，图3所示的通槽401由三个直通槽连接形成，并具有两个弯折部，本发明限定用直通槽而不采用弧形通槽的目的在于，进一步提升挂载的稳定性和可靠性，避免升空干涉仪在挂载飞行过程中，由于升降及气流等因素，使挂轴从通槽401中滑出。

进一步的，所述下盖1的底部还设有用于连接天线的天线固定连接端口，所述天线固定连接端口与天线连接件5固定连接，所述天线连接件5与不同频段类型的天线相兼容匹配。

如图9所示，进一步的，所述天线固定连接端口通过天线连接件5与天线连接，所述天线连接件5的一端通过固定板501与天线固定连接端口匹配连接，所述天线连接件5另一端设有天线对接口502，所述天线对接口502上开始有定位槽503，所述天线对接口502内设有天线电性接口。

进一步的，所述天线电性接口包括射频接口504和控制接口505，本发明中，还可采用盲插设计，如所述射频接口504可以采用BMA连接器，所述控制接口505可以采用微矩形的J30连接器。

如图10所示，进一步的，所述下盖1的底部内壁上还可设一条或多条加强筋14，采用四条呈X型的分布的加强筋。

进一步的，所述下盖1和上盖2的侧面还可设散热装置6，如设置多个通风孔，将自然风引入到设备内部，从而将设备内部的热量带走，降低设备的温度。

如图11和图15所示，一种干涉仪天线阵，它包括天线阵部分15和立杆部分16。

如图12所示，所述的天线阵部分15包括三个有源垂直极化天线17、一个天线中间固定座18、三个连接天线中间固定座18与有源垂直极化天线17的支撑装置19。

如图13所示，所述的天线中间固定座18包括一个支臂固定座20、一个支臂转动座21、一个支臂转动座对称件22和一个立杆底座23；所述的支臂转动座21和支臂转动座对称件22通过转轴24带动支撑装置19和有源垂直极化天线17进行水平旋转，通过锁紧装置进行固定。

分别安装在支臂转动座21和支臂转动座对称件22的两个有源垂直极化天线的支撑装置19长度相同。

为了避免相位模糊，安装在支臂固定座20的有源垂直极化天线17与安装在支臂转动座21的有源垂直极化天线17的水平直线距离小于λ/2，其中λ/2为最高工作频率的半波长。

安装在支臂固定座20上的天线和安装在支臂转动座21上的天线之间的距离，与安装在支臂固定座20上的天线和安装在支臂转动座对称件22上的天线之间的距离相等，且不超过λ/2，即最高工作频率的半波长，相位不超过180度。在此我们选择最高工作频率的150度。

此时，会有两种情况产生，支撑装置19较短和支撑装置19较长：如图11所示，实施例1为对于支撑装置19较长的情况，天线距离为600mm，此时的工作频率为70~200MHz；如图15所示，实施例2为对于支撑装置19较短的情况，天线距离为220mm，此时的工作频率为200~500。

所述的立杆部分16包括立杆25和设置于立杆25内部的射频电缆，所述的立杆25的一端通过第一天线紧锁套28连接天线插头26与立杆底座23，如图14所示，立杆25的另一端设置有用于连接立杆25和外部测向设备的第二天线紧锁套29，并且还通过与射频电缆连接的数据接口27向外部测向设备发送有源垂直极化天线17接收到的射频信号。

一种干涉仪天线阵还包括主固定座30，所述的主固定座30通过第二天线紧锁套29保护数据接口27。

在天线使用完成之后，进行拆卸的过程之后，立杆部分16的数据接口27会暴露在空气中，而采用主固定座30对数据接口27进行保护，提高整个天线阵的寿命。

所述的锁紧装置包括旋转螺母31和旋转螺母套32。所述的转轴24上设置有多个与支臂固定座20呈固定角度的定位件，用于在支臂转动座21和支臂转动座对称件22旋转时进行角度选择。所述的固定角度包括30度、45度、60度、90度、120度、135度和150度。

由于本发明会在安装与拆卸的过程中，会将天线进行打开与合拢。会产生角度重新计算的问题。而当采用了在转轴上设置固定角度定位件的方式，可以对常用的角度进行快速对齐，使用方便可靠。

所述的支撑装置19连接有源垂直极化天线17的一端设置有天线固定座33。

所述的支臂转动座21和支臂转动座对称件22上均设置有旋转挡销34。

Claims (8)

1.一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统，包括旋翼飞行器、飞行遥控器、监测测向设备和监测测向终端；所述的飞行遥控器用于对旋翼飞行器进行远程无线遥控；所述的监测测向设备搭载于旋翼飞行器上；监测测向设备与监测测向终端通过无线WIFI连接；所述的监测测向设备包括电子罗盘、GPS天线、GPS模块、测向天线、接收机、X86处理板、WIFI模块和WIFI全向天线；所述的GPS天线的输出端与GPS模块连接，所述的GPS模块的输出端和电子罗盘的输出端分别与X86处理板连接，所述的测向天线的输出端与接收机连接，接收机与X86处理板连接，X86处理板与WIFI模块连接，WIFI模块通过WIFI全向天线与监测测向终端进行无线通讯，所述的测向天线为干涉仪天线阵，所述的干涉仪天线阵包括天线阵部分（15）和立杆部分（16）；所述的天线阵部分（15）包括三个有源垂直极化天线（17）、一个天线中间固定座（18）、三个连接天线中间固定座（18）与有源垂直极化天线（17）的支撑装置（19）；所述的天线中间固定座（18）包括一个支臂固定座（20）、一个支臂转动座（21）、一个支臂转动座对称件（22）和一个立杆底座（23）；所述的支臂转动座（21）和支臂转动座对称件（22）通过转轴（24）带动支撑装置（19）和有源垂直极化天线（17）进行水平旋转，通过锁紧装置进行固定；分别安装在支臂转动座（21）和支臂转动座对称件（22）的两个有源垂直极化天线的支撑装置（19）长度相同，安装在支臂固定座（20）的有源垂直极化天线（17）与安装在支臂转动座（21）的有源垂直极化天线（17）的水平直线距离小于λ/2，其中λ/2为最高工作频率的半波长；所述的立杆部分（16）包括立杆（25）和设置于立杆（25）内部的射频电缆，所述的立杆（25）的一端通过第一天线紧锁套（28）连接天线插头（26）与立杆底座（23），立杆（25）的另一端设置有用于连接立杆（25）和外部测向设备的第二天线紧锁套（29），并且还通过与射频电缆连接的数据接口（27）向外部测向设备发送有源垂直极化天线（17）接收到的射频信号，其特征在于：所述干涉仪天线阵还包括主固定座（30），所述的主固定座（30）通过第二天线紧锁套（29）保护数据接口（27），所述的锁紧装置包括旋转螺母（31）和旋转螺母套（32），所述的转轴（24）上设置有多个与支臂固定座（20）呈固定角度的定位件，用于在支臂转动座（21）和支臂转动座对称件（22）旋转时进行角度选择，所述的固定角度包括30度、45度、60度、90度、120度、135度和150度。

2.根据权利要求1所述的一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统，其特征在于：所述的监测测向终端包括WIFI定向天线和智能终端设备；所述的WIFI定向天线与WIFI全向天线进行无线通讯；WIFI定向天线与智能终端设备连接；所述的智能终端设备为笔记本电脑。

3.根据权利要求1所述的一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统，其特征在于：所述的测向设备还包括电池和电源管理板；所述的电池与电源管理板连接，电源管理板的输出端分别与电子罗盘、测向天线、接收机、X86处理板和WIFI模块连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统，其特征在于：所述的电源管理板底部设置有散热结构，并且电源管理板中包括电源管理电路。

5.根据权利要求1所述的一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统，其特征在于：所述的电子罗盘包括：控制模块、电子指南针模块和定位模块；电子指南针模块和定位模块分别与主控模块相连；主控模块的输出端与X86处理板连接；所述的电子指南针模块包括高精度HMC5883L三轴磁场传感器和MMA7361三轴加速度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统，其特征在于：所述的接收机为数字接收机，包括低噪声放大器、混频器、 本振驱动放大器、低通滤波器、AD转换电路；所述的低噪声放大器接收来自测向天线的射频信号、低噪声放大器的输出端与与混频器的第一输入端连接；混频器的第二输入端与本振驱动放大器的输出端连接；混频器的输出端依次与低通滤波器和AD转换电路连接，AD转换电路的输出端与X86处理板连接；

所述的接收机还包括本振信号发生器和T型电阻衰减网络，所述的本振信号发生器的输出端通过T型电阻衰减网络与本振驱动放大器连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统，其特征在于：所述的X86处理板包括中央处理器、存储器、稳压电路、实时时钟电路、USB接口和RS232接口；中央处理器分别与存储器、稳压电路、实时时钟电路、USB接口和RS232接口连接；所述的中央处理器还分别与X86板外部的数字接收机和WIFI模块连接；

所述的稳压电路包括电压输入端、电压输出端和多个稳压二极管，所述的电压输入端连接到外部的电源管理板，所述的电压输出端与中央处理器连接；所述的多个稳压二极管并联在电压输入端和电压输出端之间；

所述的稳压二极管为瞬态电压抑制二极管TVS。

8.根据权利要求1所述的一种基于飞行器载升空干涉仪的监测测向系统，其特征在于：还包括挂接装置，所述的挂接装置包括相互连接的下盖（1）和上盖（2）；所述下盖（1）的两侧设置有一个或多个便于挂载于无人机上的挂轴（3），所述下盖（1）的侧面还分布设置有电源接口（7）、WiFi天线接头（8）和网络接口（13）；

所述下盖（1）的底部还设有用于连接天线的天线固定连接端口，所述天线固定连接端口与天线连接件（5）固定连接；

所述天线固定连接端口通过天线连接件（5）与天线连接，所述天线连接件（5）的一端通过固定板（501）与天线固定连接端口匹配连接，所述天线连接件（5）另一端设有天线对接口（502），所述天线对接口（502）上开始有定位槽（503），所述天线对接口（502）内设有天线电性接口。