CN110441802A - 一种基于北斗定位的直升机监控系统 - Google Patents

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杨林森
侯静
方瑜
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Abstract

本发明公开了一种基于北斗定位的直升机监控系统，包括地面数据接收设备、与地面数据接收设备组成多节点网络的机载导航数传设备以及监控计算机，其中：机载导航数传设备，安装在直升机上并独立于直升机控制系统，用于获取导航数据，并进行信号处理后发送至地面数据接收设备；地面数据接收设备，用于接收机载导航数传设备发送的信号，经信号解调和译码后，发送至所述监控计算机；监控计算机，用于实时显示直升机的航迹、位置信息、速度及越界报警信息。本发明系统采用1个地面终端与多个机载定位数传设备组成一个多节点的网络，具有安全可靠、通用性强、成本低廉、实用高效，而且便于维修和更换，克服了地面基站建设使用费高的缺点。

Description

一种基于北斗定位的直升机监控系统
技术领域
本发明涉及直升机监控技术领域，具体的说，是一种基于北斗定位的直升机监控系统。
背景技术
直升机监控系统用于军用直升机故障检修后出厂试飞时状态的实时监控，地面指挥员根据试飞直升机实时回传的信息数据指挥飞行员完成预定的飞行线路及动作，利于飞行员的安全。在现有民用的直升机监控系统存在一些不足之处，首先，数据链路通信依靠地面基站传播，地面基站建设使用费用较高；其次，目前民用的直升机监控系统基本采用GPS定位系统和地面基站组网转发的方式，不符合保密要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于北斗定位的直升机监控系统，用于解决现有技术中直升机监控系统中的数据链路通信依靠地面基站传播，地面基站建设使用费用较高的问题。
本发明通过下述技术方案解决上述问题：
一种基于北斗定位的直升机监控系统，包括地面数据接收设备、与所述地面数据接收设备组成多节点网络的机载导航数传设备以及与所述地面数据接收设备通信连接的监控计算机，其中：
机载导航数传设备，安装在直升机上并独立于直升机控制系统，用于获取导航数据，并进行信号处理后发送至地面数据接收设备；
地面数据接收设备，用于接收机载导航数传设备发送的信号，经信号解调和译码后，发送至所述监控计算机；
监控计算机，用于实时显示直升机的航迹、位置信息、速度及越界报警信息。
进一步地，所述机载导航数传设备，包括依次连接的北斗接收天线、导航模块、控制模块、第一数传模块和数传天线，其中：
北斗接收天线，用于接收北斗信号，并传递定位数据给导航模块；
导航模块，用于获取直升机的飞行参数，经控制模块处理后传递给第一数传模块；
第一数传模块，用于将导航模块传递的导航数据和定位数据进行信号处理后通过所述数传天线发送至地面数据接收设备；
控制模块，用于完成对导航模块数据的信道编码、成帧，导航模块与第一数传模块间的电气隔离以及电源管理，电气隔离采用ADUM5401芯片进行信号隔离。
进一步地，所述第一数传模块用于将接收的信号进行预处理、信号调制、中频输出后经过滤波变频后变到所需的射频信号，再经过滤波和小信号放大后再进行功率放大。
进一步地，所述地面数据接收设备包括地面接收天线和地面接收机，所述地面接收机通过电缆连接所述监控计算机，所述地面接收机包括与所述第一数传模块组网通信的第二数传模块，所述第二数传模块可以和多个第一数传模块组成一个多节点网络，多个第一数传模块之间没有通信、互相独立，多个第一数传模块同时与第二数传模块建立点对点通信，所述第二数传模块用于将接收的信号解调、译码后传送至监控计算机。
进一步地，还包括给所述导航模块、第一数传模块和控制模块供电的电源模块。
进一步地，所述电源模块采用锂电池。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明系统采用1个地面数据接收设备与多个机载导航数传设备组成一个多节点的网络，地面数据接收设备与单个机载导航数传设备为点对点通信，具有安全可靠的特点；地面数据接收设备中的第二数传模块和机载导航数传设备中的第一数传模块为相同的数传模块，地面数据接收设备中的数传模块模式设置为接收模式，机载导航数传设备中的数传模块设置为发送模式，若某个数传模块发生故障时可以互相替换，具有通用性强、成本低廉、实用高效，便于维修和更换的特点，克服了地面基站建设使用费高的缺点，在定位监控领域具有广阔的市场应用前景。
(2)本发明采用的北斗接收天线由一块主天线和3块辅助天线组成，通过优化北斗接收机算法抑制直升机螺旋桨高速旋转带来的干扰，实现导航定位的准确性和实时性。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为数传模块的原理框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1所示，一种基于北斗定位的直升机监控系统，包括地面数据接收设备、与所述地面数据接收设备组成多节点网络的机载导航数传设备以及与所述地面数据接收设备通信连接的监控计算机，其中：
机载导航数传设备，安装在直升机上并独立于直升机控制系统，用于获取导航数据，并进行信号处理后发送至地面数据接收设备；
地面数据接收设备，用于接收机载导航数传设备发送的信号，经信号解调和译码后，发送至所述监控计算机；
监控计算机，用于实时显示直升机的航迹、位置信息、速度及越界报警信息。
进一步地，所述机载导航数传设备，包括依次连接的北斗接收天线、导航模块、控制模块、第一数传模块和数传天线，各模块之间的连接关系如图1所示，其中：
北斗接收天线，用于接收北斗信号，并传递定位数据给导航模块；
导航模块，用于获取直升机的飞行参数，经控制模块处理后传递给第一数传模块；
第一数传模块，用于将导航模块传递的导航数据和定位数据进行信号处理后通过所述数传天线发送至地面数据接收设备；
控制模块，用于完成对导航模块数据的信道编码、成帧，导航模块与第一数传模块间的电气隔离以及电源管理，电气隔离采用ADUM5401芯片进行信号隔离。
进一步地，所述第一数传模块用于将接收的信号进行预处理、信号调制、中频输出后经过滤波变频后变到所需的射频信号，再经过滤波和小信号放大后再进行功率放大。
作为接收端的数传模块，在PCM码流输入时(需要是+5V输入)，进入预处理电路、然后依次通过FSK频率源、低通滤波器、隔离放大器、带通滤波器、推动放大器、末级功放、末级滤波器处理后，通过隔离器输出。
实施例2：
在实施例1的基础上，所述地面数据接收设备包括地面接收天线和地面接收机，所述地面接收机通过电缆连接所述监控计算机，所述地面接收机包括与所述第一数传模块组网通信的第二数传模块，所述第二数传模块可以和多个第一数传模块组成一个多节点网络，多个第一数传模块之间没有通信、互相独立，多个第一数传模块同时与第二数传模块建立点对点通信，所述第二数传模块用于将接收的信号解调、译码后传送至监控计算机。
第二数传模块与第一数传模块为相同的数传模块，其原理框图见图2所示。
在PCM码流输入时(需要是+5V输入)，进入预处理电路、然后依次通过FSK频率源、低通滤波器、隔离放大器、带通滤波器、推动放大器、末级功放、末级滤波器处理后，通过隔离器输出。
安装在监控计算机中的直升机监控软件主要包括链路监控、地图显示、数据显示和系统管理。
导航模块用于获取直升机的飞行参数，具体参数指标如下：
a、数据更新率：1Hz；
b、水平定位精度：≤10m(1σ)；
c、定高精度：≤15m(1σ)；
d、水平测速精度：≤0.6m/s(1σ)；
e、垂直测速精度：≤0.8m/s(1σ)；
f、启动时间：≤1min；
g、再捕获时间：≤1s(失锁时间小于5s)；
h、灵敏度：跟踪:-165dBm，捕捉:-148dBm；
i、最大功耗：5V，100mA。
数传模块用于对导航数据进行信道编码、调制、成帧、中频输出，再经两次滤波变频后变到所需的射频，再经滤波、小信号放大后送功放放大处理。控制模块用于完成对电源模块的电量检测、导航模块的定位监测、导航模块与数传模块间的电气隔离和电源管理。电源模块给整个系统供电，采用锂电池供电，独立于直升机供电系统。
本发明的工作原理是：
直升机监控系统工作在频段为902MHz～928MHz，系统中的链路设备(含1个地面终端与多个机载定位数传设备)采用1点对多点体制组成一个多节点的网络。系统总数据传输率115200bps。通信网络采用调频扩频FHSS抗干扰技术和FSK调制技术：
(1)系统初始化通信模式，为地面数据接收设备为通信接收节点，多个机载导航数传设备为发射节点；
(2)地面数据接收设备上电后处于接收状态，多个机载导航数传设备上电后开始将定位数据发往地面终端；
(3)多个机载导航数传设备无优先级区别，数据编码成帧后则往下发送；
(4)当某机载导航数传设备占用信道发送数据时，发送完毕后，等待地面终端应答，应答成功后，该数据包发送完成，应答失败或应答超时，该机载导航数传设备重新发送该包数据。
地面接收天线采用针对飞行区域而定制的接收天线，所述地面接收机采用与机载数传模块一致的数传模块，与机载数传模块进行组网通信。地面接收机作为网络的中心节点将接收到的信号解调、译码，通过电缆送系统监控计算机。监控计算机是整个系统的操作、显示和数据处理的地面终端，监控计算机安装有监控软件，用于实时显示直升机的航迹、位置信息、速度及越界报警提示。尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (6)

1.一种基于北斗定位的直升机监控系统，其特征在于，包括地面数据接收设备、与所述地面数据接收设备组成多节点网络的机载导航数传设备以及与所述地面数据接收设备通信连接的监控计算机，其中：
机载导航数传设备，安装在直升机上并独立于直升机控制系统，用于获取导航数据，并进行信号处理后发送至地面数据接收设备；
地面数据接收设备，用于接收机载导航数传设备发送的信号，经信号解调和译码后，发送至所述监控计算机；
监控计算机，用于实时显示直升机的航迹、位置信息、速度及越界报警信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗定位的直升机监控系统，其特征在于，所述机载导航数传设备，包括依次连接的北斗接收天线、导航模块、控制模块、第一数传模块和数传天线，其中：
北斗接收天线，用于接收北斗信号，并传递数据给导航模块；
导航模块，用于获取直升机的飞行参数，经控制模块处理后传递给第一数传模块；
第一数传模块，用于将导航模块传递的导航数据进行信号处理后通过所述数传天线发送至地面数据接收设备；
控制模块，用于完成对导航模块数据的信道编码、成帧，导航模块与第一数传模块间的电气隔离以及电源管理。
3.根据权利要求2所述的一种基于北斗定位的直升机监控系统，其特征在于，所述第一数传模块用于将接收的信号进行预处理、信号调制、中频输出后经过滤波变频后变到所需的射频信号，再经过滤波和小信号放大后再进行功率放大。
4.根据权利要求3所述的一种基于北斗定位的直升机监控系统，其特征在于，所述地面数据接收设备包括地面接收天线和地面接收机，所述地面接收机通过电缆连接所述监控计算机，所述地面接收机包括与所述第一数传模块组网通信的第二数传模块，所述第二数传模块用于将接收的信号解调、译码后传送至监控计算机。
5.根据权利要求2所述的一种基于北斗定位的直升机监控系统，其特征在于，还包括给所述导航模块、第一数传模块和控制模块供电的电源模块。
6.根据权利要求5所述的一种基于北斗定位的直升机监控系统，其特征在于，所述电源模块采用锂电池。
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