CN105721001A - 无人机目标定位系统 - Google Patents

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CN105721001A CN201610227910.2A CN201610227910A CN105721001A CN 105721001 A CN105721001 A CN 105721001A CN 201610227910 A CN201610227910 A CN 201610227910A CN 105721001 A CN105721001 A CN 105721001A
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Abstract

一种无人机目标定位系统，属于定位技术领域。无人机目标定位系统包括：第一图像传感器、与第一图像传感器相隔固定距离的第二图像传器、处理器和通信模块，处理器根据第一图像传感器和第二图像传感器获取的地面目标的图像信息来确定地面目标的位置数据，处理器通过通信模块将地面目标的位置数据发送给地面站，特征在于，通信模块至少包括本地频率生成模块和频率源，本地频率生成模块根据频率源提供的固定频率信号产生多个不同频率的信号。本发明提供的无人机目标定位系统，只需要一个振荡器就可产生多个频率的信号，降低了功率损耗。

Description

无人机目标定位系统
技术领域
本发明涉及一种无人机目标定位系统，属于定位技术领域。
背景技术
无人机是一种以无线电遥控或自身程序控制为主的不载人飞机。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便，对作站环境要求低、战场生存能力较强等特点。现代战争中，无人机可以深入阵地前沿和敌后一二百公里对敌情进行侦察和监视，可以作为骗敌诱饵，对敌人实施干扰，对敌进行攻击，还可以进行通信中继，但是，无人机在完成其任务时需要电能，无人机的续行时间由所载电池的电量决定。
发明内容
为克服现有技术中存在的技术问题，本发明的发明目的是提供一种无人机目标定位系统，其能够降低电能损耗，从而延长续行时间。
为实现所述发明目的，本发明提供一种无人机目标定位系统，其包括第一图像传感器、与第一图像传感器相隔固定距离的第二图像传器、处理器和通信模块，处理器根据第一图像传感器和第二图像传感器获取的地面目标的图像信息来确定地面目标的位置数据，处理器通过通信模块将地面目标的位置数据发送给地面站，特征在于，通信模块至少包括本地频率生成模块和频率源，本地频率生成模块根据频率源提供的固定频率信号产生多个不同频率的信号。
优选地，本地频率生成模块至少包括第一分频器、第二分频器、第一移相器、第二移相器、第一乘法器、第二乘法器和第一加法器，其中，第一分频器用于对频率源提供的信号进行分频得到第一信号；第一移相器用于对第一信号进行移相得到与第一信号相互正交的第二信号；第二分频器用于对频率源提供的信号进行分频得到第三信号；第二移相器用于对第三信号进行移相得到与第三信号相互正交的第四信号；第一乘法器用于对第一信号和第四信号进行相乘，并提供给第一加法器；第二乘法器用于对第二信号和第三信号进行相乘，并提供给第一加法器；第一加法器对第一乘法器和第二乘法器提供的信号进行加法运算。
优选地，本地频率生成模块至少包括第三分频器、第三移相器、第四移相器、第三乘法器、第四乘法器和第二加法器，其中，第三分频器用于对频率源提供的信号进行分频得到第五信号；第三移相器用于对第五信号进行移相得到与第五信号相互正交的第六信号；第四移相器用于对固定频率信号进行移相得到与固定频率信号相互正交的第七信号；第三乘法器用于对第七信号和第五信号进行相乘，并提供给第二加法器；第四乘法器用于对固定频率信号和第六信号进行相乘，并提供给第二加法器；第二加法器对第三乘法器和第四乘法器提供的信号进行加法运算。
优选地，本地频率生成模块至少包括第四分频器，其用于对固定频率信号进行分频。
优选地，本地频率生成模块至少包括第一倍频器，其用于对第一加法器提供的信号进行倍频。
优选地，本地频率生成模块至少包括第二倍频器，其用于对第二加法器提供的信号进行倍频。
优选地，本地生成模块至少包括第一倍频器、第二倍频器、第一移相器、第二移相器、第一乘法器、第二乘法器和第一加法器，其中，第一倍频器用于对频率源提供的信号进行倍频得到第一信号；第一移相器用于对第一信号进行移相得到与第一信号相互正交的第二信号；第二倍频器用于对频率源提供的信号进行倍频得到第三信号；第二移相器用于对第三信号进行移相得到与第三信号相互正交的第四信号；第一乘法器用于对第一信号和第四信号进行相乘，并提供给第一加法器；第二乘法器用于对第二信号和第三信号进行相乘，并提供给第一加法器；第一加法器对第一乘法器和第二乘法器提供的信号进行加法运算。
优选地，本地频率生成模块至少包括第三倍频器、第三移相器、第四移相器、第三乘法器、第四乘法器和第二加法器，其中，第三倍频器用于对频率源提供的信号进行倍频得到第五信号；第三移相器用于对第五信号进行移相得到与第五信号相互正交的第六信号：第四移相器用于对固定频率信号进行移相得到与固定频率信号相互正交的第七信号；第三乘法器用于对第七信号和第五信号进行相乘，并提供给第二加法器；第四乘法器用于对第六信号和固定频率信号进行相乘，并提供给第二加法器；第二加法器对第三乘法器和第四乘法器提供的信号进行加法运算。
优选地，本地频率生成模块至少包括第一分频器，其用于对固定频率信号进行分频。
优选地，通信模块还包括AGC电路。
与现有技术相比，本发明提供的无人机目标定位系统，其能够降低电能损耗，从而延长续行时间。
附图说明
图1是无人机载控制系统的组成框图；
图2是地面服务站的组成框图；
图3是本发明第一实施例提供的无人机载控制系统的通信模块的组成框图；
图4是本发明第二实施例提供的无人机载控制系统的通信模块的组成框图；
图5是本发明提供的无人机载控制系统的通信模块的频率源的组成框图；
图6是本发明提供的无人机载控制系统的通信模块的带通滤波器的电路图；
图7是本发明提供的无人机载控制系统的通信模块的AGC的电路图。
具体实施方式
本发明提供的无人机目标跟踪系统包括无人机载控制系统及地面服务站，无人机载控制系统用于获取地面图像、飞行参数并将所述地面图像、飞行参数等发送给地面服务站，还接收地面服务站的指令，并根据在指令进行飞行。地面服务站用于接受无人机载控制系统的传送来的信息，对接收的信息进行处理，并根据处理结果给无机载控制系统发送控制指令。下面结合附图详细说明本发明。
图1是无人机载控制系统的组成框图，如图1所示，无人机载控制系统包括：数据处理器201、MEMS206和通信模块212和天线213，其中，MEMS206用于获取无人机的航向信息并提供给数据处理器；所述数据处理器201将无人机的航向信息进打包成帧并提供给通信模块，所述通信模块将处理器提供的数据帧进行编码并调制到射频上而后通过天线213转换为电磁波发送到地面站。
无人机载控制系统还包括图像传感器(如摄影机)203、视频编码器202、图像传感器(如摄影机)205和视频编码器204，其中，摄影机203和摄像机205相隔固定距离，并分别通过万向节固定于无人机平台上，使摄像机的摄影轴无人机的机体坐标系的obzb重合，固定时，使摄像机的像平面的opxp轴与无人机的机体坐标系的obxb平行，摄像机的像平面的opyp轴与无人机的机体坐标系的obyb平行，从而可以通过测量无人机的姿态角而推算出摄影轴的姿态角。摄像机203用于连续地拍摄地面目标的图像，并将图像信息提供给视频编码器202，所述视频编码器202用于将摄像机203提供的图像信息进行编码，而后提供的信息处理器201。摄像机205用于连续地拍摄地面的图像，并将图像信息提供给视频编码器204，所述视频编码器204用于将摄像机2055提供的图像信息进行编码，而后提供的信息处理器201。数据处理器根据摄像机203和摄像机205获取的地面目标的图像信息来确定地面目标的位置数据。根据摄像机203和摄像机205设置在无人机前行方向的位置，分别设它们获取的图像为左图像和右图像。数据处理器203也将获取的图像信息打包入数据帧中通过通信模块121发送到地面站。
无人机载控制系统还包括导航授时系统207，导航授时系统207用于获取无人机的位置信息，并将位置信息及时间信息提供给数据处理器201；数据处理器201将每一时刻的无人机的位置数据及时间数据叠加到摄像机203和摄像机205获取的每一帧图像上，便于利用同时时刻的左图像和右图像对地面目标进行定位。数据处理器203也将叠加了位置信息和时间信息的图像信息、无人机的位置信息及时间信息打包入数据帧中通过通信模块212发送到地面站。每个数据信息帧包括：信息头、起始/停止位、数据位和校验位等。
无人机载控制系统还包括存储器208，存储器208用于存储程序及数据，所述程序为根据左图像、右图像、无人机的位置及航向进行地面目标定位的程序。
无人机控制系统还包括飞行控制器209、无人机司服机构和存储器210。通信模块212也通过天线213获取地面的发送来的高频信息，并从高频信息中解调、解码出数据帧，而后传送给数据处理器201，数据处理器201从数据帧中解析出飞行指令等信息，传送给飞行控制器209，飞行控制器9将飞行指令存储于存储器210，并同时根据飞行指令控制无人机司服机构211，从而控制无人机的飞行。
图2是地面服务站的组成框图，如图2所示，本发明提供的地面服务站包括处理器220、输入/输出接口221、网络适配器222、通信模块223、收发天线224和存储器225，其中，收发天线224用于将空间电磁波信号转换为电信号，并提供给通信模块223，通信模块223将无人机载控制系统发送来的信号进行解调、解码而后提供给处理器220，处理器220对无人机载控制系统发送来的信号进行处理并通过输入/输出接口221在显示器上进行显示，还可通过打印机进行打印，还可存储到存储器225，还通过网络适配器222发送给其它用户或者服务器。输入输出接口221还可连接键盘和鼠标，键盘用于输入指令或者执行某些操作，鼠标用于执行某些操作。
本发明中的术语“数据处理器”，“处理器”可以指多个单独的处理器。术语“存储器”意在包括与处理器关联的存储器，例如RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、固定存储设备(例如，硬盘)、可移动存储设备(例如，软盘)、闪存等。作为数据处理的一部分，处理器、存储器和输入/输出接口(例如显示器和键盘)例如可以通过总线互连。还可以例如通过网络适配器(例如网卡)以及介质接口(例如软盘驱动器或CD-ROM驱动器)进行互连。网络适配器222也可以为光缆调制解调器、电缆调制解调器和以太网卡等。
图3是本发明第一实施例提供的无人机载控制系统的通信模块的组成框图，如图3所示，本发明提供的通信模块包括发信单元、本地频率生成单元11、频率源10和天线1，其中，频率源10用于产生固定频率信号；本地频率生成单元11根据频率源1产生的信号生成多个频率信号，包括提供给调制器的高频率载波信号、提供给混频器的高频信号和提供给检波器的中频信号；发信单元，将数据处理器1要发送的数据信息进行编码并调制到高频载波上，而后通过天线转换为电磁波发到空中。发信单元包括编码器16、调制器15、功率放大器14和带通滤波器(BPF)13，其中，编码器16用于将数据处理器待发送的数据信息进行信源和信道编码，以形成待发送的基带信号；调制器15用于将待发送的基带信号调制到高频载波上形成调制信号，并提供给功率放大器14，功率放大器14对调制信号进行功率放大并经带通滤波器13进行滤波，而后经开关16和天线1发送出去。
通信模块还包括收信单元，收信单元包括带通滤波器(BPF)2、小信号放大器(AMP)3、带通滤波器(BPF)4、乘法混频器5，中频滤波器(MPF)6、中频放大器(AMP)7、乘法检波器8、低通滤波器(LPF)9和解码器17，其中，带通滤波器2用于对接收天线1接收的电信号进行滤波；小信号放大器3用于对带通滤波器2提供的信号进行放大，并提供给带通滤波器4以进一步的滤波；混频器5用于对带通滤波器4提供的信号与本发频率生成单元11产生的高频信号进行混频，并经中频滤波器6取出中频信号；中频放大器7用于对中频滤波器6提供的信号进行中频放大，并提供给乘法检波器8；乘法检波器8使本地频率生成单元11产生的中频信号与中频放大器7提供的信号进行相乘，并经低通滤波器9取出基带信号，基带信号经解码器17解码取出发端发送的数据信息而后提供给数据处理器。
本地频率生成单元11用于产生提供给乘法混频器5的高频信号，其至少包括分频比为P的分频器115、移相器120、分频比为W的分频器124、移相器122、乘法器113、乘法器114、加法器125和具有倍频数为H的倍频器111，其中，分频器115用于对频率源10产生的信号的v0＝V0cos2πf0t进行P分频得到信号：
移相器120对移相，移相得到
分频器124用于对频率源10产生的信号v0＝V0cos2πf0t进行W分频得到信号：
移相器122对移相，移相得到
乘法器113使和相乘；乘法器114使和相乘，并经加法器125相加，得到：
而后将该信号提供给倍频器111，经H倍数的倍频得到：
，该信号为提供给乘法混频器5的高频信号。
本地频率生成单元11还用于产生提供给调制器15的高频载波信号，其至少包括分频比为S的分频器118、移相器121、移相器123、乘法器116、乘法器117、加法器126和具有倍频数为E的倍频器119，其中，分频器118于对频率源10产生的信号
v0=V0cos2πf0t进行S分频得到信号：
移相器121对移相，移相得到：
移相器123对v0＝V0cos2πf0t移相，移相得到：v8＝V0sin2πf0t；
乘法器116使vo＝V0cos2πf0t和相乘；乘法器117使v8＝V0sin2πf0t和相乘，并经加法器126相加，得到：
而后将该信号提供给倍频器119，经E倍数的倍频得到：
该信号为提供给调制器15作为发送端的高频载波信号。
本地频率生成单元11还用于产生提供给乘法检波器8的中频信号，其至少包括分频比为R的分频器112，分频器112于对频率源10产生的信号v0＝V0cos2πf0t进行R分频得到提供给乘法检波器8的中频信号，即
本发明第一实施例中的分频比R、P、W、S以及倍频数H、E的数值可利用数据处理器根据程序设定而控制。
图1是本发明第二实施例提供的无人机载控制系统的通信模块的组成框图，如图1所示，本发明第二实施例提供的通信模块与第一实施例提供的通信模块，所不同的仅是：分频器124用倍频器134代替，分频器用倍频器136代替，分频器115用倍频器135代替，下面详细描述。
本地频率生成单元11用于产生提供给乘法混频器5的高频信号，其至少包括倍频数为P的倍频器135、移相器120、倍频为W的倍频器134、移相器122、乘法器113、乘法器114、加法器125和具有倍频数为H的倍频器111，倍频器135用于对频率源10产生的信号的v0=V0cos2πf0t进行P倍频得到信号：
v1＝V1cos2πf0t
移相器120对v1=V1cos2πPf0t移相，移相得到v2＝V1sin2πPf0t。
倍频器134用于对频率源10产生的信号v0＝V0cos2πf0t进行W倍频得到信号：v3＝V3cos2πWf0t；
移相器122对v3＝V3cos2πWf0t移相，移相得到v4＝V3sin2πWf0t；
乘法器113使v3＝V3cos2πWf0t和v2＝V1sin2πPf0t相乘：乘法器114使v3=V3sin2πWf0t和v1=V1cos2πPf0t相乘，并经加法器125相加，得到：
V3sin2πWf0t·V1cos2πPf0t±V3cos2πWf0t·V1sin2πPf0t
＝V3V1sin2π(Wf0±Pf0)t
而后将该信号提供给倍频器111，经H倍数的倍频得到：
v5＝V5sin2π[H(W±P)·f0]t，该信号为提供给乘法混频器5的高频信号。
本地频率生成单元11还用于产生提供给调制器15的高频载波信号，其至少包括倍频数为S的倍频器136、移相器121、移相器123、乘法器116、乘法器117、加法器126和具有倍频数为E的倍频器119，其中，倍频器136于对频率源10产生的信号v0＝V0cos2πf0t进行S倍频得到信号：v6＝V6cos2πSf0t，
移相器121对v6=V6cos2πSf0t移相，移相得到：v7=V6sin2πSf0t
移相器123对v0=V0cos2πf0t移相，移相得到：v8=V0sin2πf0t；乘法器116使v0=V0cos2πf0t和v7=V6sin2πSf0t相乘；乘法器117使v8=V0sin2πf0t和v6=V6cos2πSf0t相乘，并经加法器126相加：
而后提供给倍频器119，经E倍数的倍频得到：
v9=V9sin2π(E(S±1)·f0)t，
该信号为提供给调制器15作为发送端的高频载波信号。
本地频率生成单元11还用于产生提供给乘法检波器8的中频信号，其至少包括分频比为R的分频器112，分频器112于对频率源10产生的信号v0=V0cos2πf0t进行R分频得到提供给乘法检波器8的中频信号，即
本发明第二实施例中的分频比R以及倍频数H、E、P、W、S的数值可利用数据处理器根据用户设定而控制
本发明虽然例举了以上两种形式的通信模块，但并不限于这两种形式，只要是通过一个频率源经分频、倍频的方案得到多个频率源的技术方案均在本发明公开的范围内。
图5是本发明提供的无人机载控制系统的通信模块的频率源的组成框图，如图5所示，本发明提供的频率源包括：晶体振荡器101、分别比为K的分频器102、鉴相器103、低通滤波器104、压控振荡器VCO和分别比为N的分频器106，其中，晶体振荡器101用于产生固定频率信号并提供给分频器102，分频器102对晶体振荡器101进行分频并提供给鉴相器103；VCO根据参考Vf和低通滤波器提供的电压产生压控振荡信号，并经分频器106分频而后提供的鉴相器103，鉴相器103比较分频器103和分频器106提供的信号的相位并经低通滤波器LPF滤除高频从而产生电压信号，该电压信号与Vf叠加以进一步控制VCO产生的频率信号。
图6是本发明提供的无人机载控制系统的通信模块的带通滤波器的电路图，如图6所示，本发明提供的带通滤波器包括电感L、电容C、变容二极管D1和电阻R1，其中，电容C和变容二极管D1相串联组成串联支路，串联支路与电感L相并联，如此可组成由电压控制的带通滤波器，电阻R1的第一端连接于电容C和变容二极管D1相串联的中间节点上，电阻R1的第二端连接控制电压。
图7是本发明提供的无人机载控制系统的通信模块的AGC的电路图。如图7所示，本发明提供的AGC控制电压包括比例放大器，其包括运算放大器IC、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和稳压二极管D3，其中，电阻R7的第一端连接于运算放大器IC的反相输入端，第二端连接于检波器的低通滤波器9的输出端以提供自动增益控制电压AGC；电阻R5连接于运算放大器IC的输出端和反相输入端之间；电阻R6和电阻R8相串联并连接于电源ECC和地之间。电阻R6和电阻R8相串联的中间节点连接于运算放大器的同项输入端，以给运算放大器IC提供参考电压：稳压二极管D3的负极连接于电源，正极给运算放大器IC的电源端提供电压。
AGC控制电路还包括PNP型晶体管T1，其发射极连接于稳压二极管的正极，集电极经电阻R4连接于运算放大器的输出端，集电极经电阻R3连接于晶体管T2的基极。AGC控制电路还包括NPN型晶体管T2，其发射极接地，集电极依次经电阻R9、二极管D2连接于参考电压Vf，同时连接于滤波器的电阻R1的第二端。
本发明中的参考电压Vf值由数据处理器根据程序进行控制。
虽然以上已结合附图对按照本发明目的的构思和实例作了详尽说明，但本领域技术人员应当认识到，在没有脱离本发明构思的前提下，任何基于本发明作出的改进和变换仍然属于本发明保护范围内的内容。

Claims (10)

1.一种无人机目标定位系统，其包括第一图像传感器、与第一图像传感器相隔固定距离的第二图像传器、处理器和通信模块，处理器根据第一图像传感器和第二图像传感器获取的地面目标的图像信息来确定地面目标的位置数据，处理器通过通信模块将地面目标的位置数据发送给地面站，特征在于，通信模块至少包括本地频率生成模块和频率源，本地频率生成模块根据频率源提供的固定频率信号产生多个不同频率的信号。
2.根据权利要求1所述的无人机目标定位系统，其特征在于，本地频率生成模块至少包括第一分频器、第二分频器、第一移相器、第二移相器、第一乘法器、第二乘法器和第一加法器，其中，第一分频器用于对频率源提供的信号进行分频得到第一信号；第一移相器用于对第一信号进行移相得到与第一信号相互正交的第二信号；第二分频器用于对频率源提供的信号进行分频得到第三信号；第二移相器用于对第三信号进行移相得到与第三信号相互正交的第四信号；第一乘法器用于对第一信号和第四信号进行相乘，并提供给第一加法器；第二乘法器用于对第二信号和第三信号进行相乘，并提供给第一加法器；第一加法器对第一乘法器和第二乘法器提供的信号进行加法运算。
3.根据权利要求2所述的无人机目标定位系统，其特征在于，本地频率生成模块至少包括第三分频器、第三移相器、第四移相器、第三乘法器、第四乘法器和第二加法器，其中，第三分频器用于对频率源提供的信号进行分频得到第五信号；第三移相器用于对第五信号进行移相得到与第五信号相互正交的第六信号；第四移相器用于对固定频率信号进行移相得到与固定频率信号相互正交的第七信号；第三乘法器用于对第七信号和第五信号进行相乘，并提供给第二加法器；第四乘法器用于对固定频率信号和第六信号进行相乘，并提供给第二加法器；第二加法器对第三乘法器和第四乘法器提供的信号进行加法运算。
4.根据权利要求2或3所述的无人机目标定位系统，其特征在于，本地频率生成模块至少包括第四分频器，其用于对固定频率信号进行分频。
5.根据权利要求4所述的无人机目标定位系统，其特征在于，本地频率生成模块至少包括第一倍频器，其用于对第一加法器提供的信号进行倍频。
6.根据权利要求5所述的无人机目标定位系统，其特征在于，本地频率生成模块至少包括第二倍频器，其用于对第二加法器提供的信号进行倍频。
7.根据权利要求1所述的无人机目标定位系统，其特征在于，本地生成模块至少包括第一倍频器、第二倍频器、第一移相器、第二移相器、第一乘法器、第二乘法器和第一加法器，其中，第一倍频器用于对频率源提供的信号进行倍频得到第一信号；第一移相器用于对第一信号进行移相得到与第一信号相互正交的第二信号；第二倍频器用于对频率源提供的信号进行倍频得到第三信号；第二移相器用于对第三信号进行移相得到与第三信号相互正交的第四信号；第一乘法器用于对第一信号和第四信号进行相乘，并提供给第一加法器；第二乘法器用于对第二信号和第三信号进行相乘，并提供给第一加法器；第一加法器对第一乘法器和第二乘法器提供的信号进行加法运算。
8.根据权利要求7所述的无人机目标定位系统，其特征在于，本地频率生成模块至少包括第三倍频器、第三移相器、第四移相器、第三乘法器、第四乘法器和第二加法器，其中，第三倍频器用于对频率源提供的信号进行倍频得到第五信号；第三移相器用于对第五信号进行移相得到与第五信号相互正交的第六信号；第四移相器用于对固定频率信号进行移相得到与固定频率信号相互正交的第七信号；第三乘法器用于对第七信号和第五信号进行相乘，并提供给第二加法器；第四乘法器用于对第六信号和固定频率信号进行相乘，并提供给第二加法器；第二加法器对第三乘法器和第四乘法器提供的信号进行加法运算。
9.根据权利要求7或8所述的无人机目标定位系统，其特征在于，其特征在于，本地频率生成模块至少包括第一分频器，其用于对固定频率信号进行分频。
10.根据权利要求1所述的无人机目标定位系统，其特征在于，通信模块还包括AGC电路。
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