CN110794428A - 无人机gps模块esd电磁效应等效替代试验系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统和方法，包括：GPS增强转发装置，包括：位于屏蔽室外的第一GPS接收天线和GPS信号增强器，以及位于屏蔽室内的GPS发射天线；所述第一GPS接收天线、所述GPS信号增强器和所述GPS发射天线依次相连接；和ESD测试装置，包括：位于屏蔽室内的静电放电模拟器和第二GPS接收天线；静电放电模拟器和待测无人机GPS模块相连接；待测无人机GPS模块连接第二GPS接收天线和无人机飞控模块，无人机飞控模块连接PC端，第二GPS接收天线用于接收GPS发射天线的GPS信号。本发明可满足室外GPS静态和动态飞行电磁效应的室内ESD电磁效应标准测试需求。

Description

无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统和方法

技术领域

本发明涉及无人机电磁效应技术领域，尤其涉及一种无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统和方法。

背景技术

针对试验场景的不同，国内外目前开展的无人机电磁效应试验可以分为外场试验和室内试验。外场试验环境下，无人机处于正常工作状态下，然而，由于此时的无人机一般处于空中飞行模式下，外场试验的可控性较差、危险性较高，无法在线实时获取电磁效应数据；室内试验环境下，由于室内的GPS信号较弱，无人机在室内无法正常飞行，因此室内试验通常只能在无人机静态固定非工作状态下进行电磁效应试验测试，也就是说，室内试验无法对正常飞行状态下的无人机进行电磁效应试验。

ESD（Electro-Static discharge，静电放电）作为一种常见的近场电磁干扰源，通常通过辐射或传到的方式将能量耦合进入电子设备，干扰电路的正常工作，降低电子设备的可靠性，乃至引发重大事故。早在二十世纪八十年代，国外学者Greason和Castle就研究了ESD对微电子器件的效应；加拿大渥太华大学电力工程系，James Kozlowski在1990年观测了ESD辐射电场。参考“陈亚洲等. 无人机装备电磁环境效应与作用机理[M]. 北京：国防工业出版社，2017”，目前在ESD电磁效应实验中，广泛使用ESD模拟器对受试电子设备进行电磁敏感度测试。

然而，传统ESD电磁效应试验需要固定受试设备，现有的无人机ESD电磁效应试验多在静态非工作状态下进行，难以满足在室内对正常工作状态下（例如动态飞行）的无人机进行电磁效应试验的在线实时测试要求。

发明内容

针对现有的ESD电磁效应试验方法在进行电磁效应试验时，需要固定受试设备，而难以在室内对正常工作状态下（例如动态飞行）的无人机进行电磁效应试验的在线实时测试问题，本发明提供一种无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统和方法，采取室内GPS模块电磁效应室外状态等效替代的方法，通过设计一种GPS增强转发装置，将室外GPS信号转发至室内，使得无人机在室内也可处于正常工作状态，从而在室内即可获得正常工作状态下的无人机GPS模块ESD电磁效应试验测试数据，对无人机电磁效应研究有了更为准确的认识。

第一方面，本发明提供一种无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统，包括：上述的GPS增强转发装置和ESD测试装置：其中，

所述GPS增强转发装置，包括：位于屏蔽室外的第一GPS接收天线和GPS信号增强器，以及位于屏蔽室内的GPS发射天线；所述第一GPS接收天线、所述GPS信号增强器和所述GPS发射天线依次相连接；

所述ESD测试装置包括：位于屏蔽室内的静电放电模拟器和第二GPS接收天线；所述静电放电模拟器和待测无人机GPS模块相连接；待测无人机GPS模块连接第二GPS接收天线和无人机飞控模块，所述无人机飞控模块连接PC端，所述第二GPS接收天线用于接收所述GPS发射天线的GPS信号。

进一步地，所述GPS信号增强器和所述GPS发射天线通过同轴线缆连接。

进一步地，所述无人机飞控模块和所述PC端之间还设置有防止干扰信号耦合进入所述PC端的磁环。

进一步地，所述无人机飞控模块和所述PC端之间通过数传模块相连。

第二方面，本发明还提供一种基于上述的无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统的试验方法，包括：

步骤1：校准无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统；

步骤2：固定GPS发射天线和第二GPS接收天线的运动状态不变，调整第一GPS接收天线和GPS信号增强器的运动状态；

步骤3：设置静电放电模拟器输出的电磁脉冲参数，所述电磁脉冲参数包括：电压和频率；

步骤4：使静电放电模拟器输出电磁脉冲，所述电磁脉冲进入待测无人机GPS模块；

步骤5：利用无人机飞控模块记录飞行日志和待测无人机GPS模块的无人机效应数据信息；

步骤6：PC端根据所述飞行日志和无人机效应数据信息分析待测无人机GPS模块的ESD电磁效应；

步骤7：调整所述电压和频率，重复步骤2至步骤6。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统和方法，利用GPS增强转发装置，通过将位于屏蔽室外的第一GPS接收天线接收到的卫星信号经过GPS增强器进行GPS信号增强，然后通过同轴线缆连接位于屏蔽室内的GPS发射天线，利用室内的GPS发射天线，为屏蔽室内的待测无人机GPS模块提供GPS信号，待测无人机GPS模块通过位于屏蔽室内的第二GPS接收天线接收GPS发射天线转发的GPS信号，解决了由于室内GPS信号弱，无人机在室内无法进行正常飞行的问题或者无法正常定点、自动、跟随等需要GPS信号支持的飞行模式下的高精度飞行问题；通过调整室外的第一GPS接收天线和GPS增强器的运动状态，可以在固定无人机整机不动而仅螺旋桨旋转的情况下，实现在室内也可对正常飞行状态的无人机进行ESD电磁效应测试的目的，即达到了无人机室外飞行状态室内等效模拟的效果，解决了现有方法测试时因待测无人机固定而导致的飞行状态无法室内模拟的问题，满足室外GPS静态悬停和动态飞行电磁效应的室内ESD电磁效应试验的在线实时标准测试需求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统的试验方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的无人机GPS模块ESD电磁效应测试静态干扰的原理示意图；

图4为本发明实施例提供的无人机GPS模块ESD电磁效应测试动态干扰的原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例还提供一种无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统，包括：上述的GPS增强转发装置和ESD测试装置：其中，

所述GPS增强转发装置，包括：位于屏蔽室外的第一GPS接收天线和GPS信号增强器，以及位于屏蔽室内的GPS发射天线；所述第一GPS接收天线、所述GPS信号增强器和所述GPS发射天线依次相连接。可选地，所述GPS信号增强器和所述GPS发射天线通过同轴线缆（例如SMA同轴线缆）连接。

所述ESD测试装置包括：位于屏蔽室内的静电放电模拟器和第二GPS接收天线；所述静电放电模拟器和待测无人机GPS模块相连接；待测无人机GPS模块连接第二GPS接收天线和无人机飞控模块，所述无人机飞控模块连接PC端，所述第二GPS接收天线用于接收所述GPS发射天线的GPS信号。

具体地，第一GPS接收天线在屏蔽室外接收GPS信号，然后通过GPS信号增强器进行信号增强，最后通过GPS发射天线为屏蔽室内提供GPS信号。静电放电模拟器与待测无人机GPS模块相连，静电放电模拟器产生电磁脉冲，电磁脉冲从待测无人机GPS模块管脚进入待测无人机GPS模块；第二GPS接收天线与待测无人机GPS模块相连，第二GPS接收天线接收GPS发射天线的GPS信号；待测无人机GPS模块与无人机飞控模块相连，飞控模块与PC端相连，待测无人机GPS模块传输GPS信号到飞控模块，飞控模块对GPS信号进行处理，记录待测无人机GPS模块的无人机效应数据信息，PC端可安装Mission Planner软件，利用Mission Planner软件通过飞控模块获取无人机效应数据信息，并对无人机参数进行监测。在飞控模块和PC端之间还连接有磁环，磁环可防止信号发生器产生的干扰信号通过线缆耦合进入PC端。PC端和飞控模块相连接，使得PC端可以实时在线获取无人机效应数据信息；可选地，PC端和飞控模块通过数传模块（例如USB数据线）连接。

本发明提供的无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统，利用GPS增强转发装置，通过将位于屏蔽室外的第一GPS接收天线接收到的卫星信号经过GPS增强器进行GPS信号增强，然后通过同轴线缆连接位于屏蔽室内的GPS发射天线，利用室内的GPS发射天线，为屏蔽室内的待测无人机GPS模块提供GPS信号，待测无人机GPS模块通过位于屏蔽室内的第二GPS接收天线接收GPS发射天线转发的GPS信号，解决了由于室内GPS信号弱，无人机在室内无法进行正常飞行的问题或者无法正常定点、自动、跟随等需要GPS信号支持的飞行模式下的高精度飞行问题；通过调整室外的第一GPS接收天线和GPS增强器的运动状态，可以在固定无人机整机不动而仅螺旋桨旋转的情况下，实现在室内也可对正常飞行状态的无人机进行ESD电磁效应测试的目的，即达到了无人机室外飞行状态室内等效模拟的效果，解决了现有方法测试时因待测无人机固定而导致的飞行状态无法室内模拟的问题，满足室外GPS静态悬停和动态飞行电磁效应的室内ESD电磁效应试验的在线实时标准测试需求。

如图2所示，本发明实施例还提供一种无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统的试验方法，包括以下步骤：

S201：校准无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统；本步骤的目的在于确保和提高后续步骤测得的无人机效应数据信息的准确性；对室内GPS模块的校准主要是通过对GPS增强转发装置上电，将第一GPS接收天线置于室外，GPS发射天线置于室内，测试无人机是否能正确接收GPS信号；对ESD测试装置的校准在IEC61000-4-2等电磁效应标准中均有规定，此处不再赘述；

S202：固定GPS发射天线和第二GPS接收天线的运动状态不变，调整第一GPS接收天线和GPS信号增强器的运动状态，所述运动状态包括但不限于：静态悬停、直线飞行和矩形轨迹飞行；

S203：设置静电放电模拟器输出的电磁脉冲参数，所述电磁脉冲参数包括但不限于：电压、频率和静电等级；

S204：使静电放电模拟器输出电磁脉冲，所述电磁脉冲进入待测无人机GPS模块；

在实际试验过程中，可先从无人机系统分离GPS模块，GPS模块连接有GPS模块数据线的一端，GPS模块数据线的另一端连接无人机飞控模块；然后按照ESD测试要求，将无人机GPS模块放置在金属垫盘上；静电放电模拟器输出的电磁脉冲从第二GPS接收天线所连接的待测无人机GPS模块的射频输入管脚进入待测无人机GPS模块，如图3所示。

S205：利用无人机飞控模块记录飞行日志和待测无人机GPS模块的无人机效应数据信息；

S206：PC端根据所述飞行日志和无人机效应数据信息分析待测无人机GPS模块的ESD电磁效应；

S207：调整所述电压和频率，重复步骤S202至步骤S206；

由上内容可知：本发明提供的试验方法，通过利用静电放电模拟器产生电磁脉冲，电磁脉冲经过待测无人机GPS管脚进入GPS模块；然后，利用PC端对无人机GPS模块、飞控模块进行实时监测及数据采集；调整电磁脉冲参数、第一GPS接收天线和GPS信号增强器的运动状态，重复上述过程，最终完成无人机GPS模块ESD电磁效应试验测试和分析。相比于，传统试验方法，本发明可以在固定无人机整机不动而仅螺旋桨旋转的情况下，实现在室内也可对正常飞行状态的无人机进行ESD电磁效应测试的目的，即达到了无人机室外飞行状态室内等效模拟的效果，解决了现有方法测试时因待测无人机固定而导致的飞行状态无法室内模拟的问题，满足室外GPS静态悬停和动态飞行电磁效应的室内ESD电磁效应标准测试需求。

作为一种可实施方式，本发明提供又一种无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统，在本发明实施例中，静电放电模拟器采用TESEQ牌NSG437型号ESD发生器。该ESD发生器又称静电放电枪，静电放电枪的静电等级见表1。选取的GPS信号增强器的参数如下：工作频率：1575.42MHz（±10MHz）；增益：50dB（±2dB）；端口驻波：<1.5；接口形式：SMA-K；工作电压：AC 220V；工作温度：-40℃—+85℃。

表1 静电放电枪的静电等级

静电等级	静电电压（V）
		class 0	<250
class 1A	250-500
		class 1B	500-1000
class 1C	1000-2000
		class 2	2000-4000
class 3A	4000-8000
		class 3B	≥8000

待测无人机GPS模块的设备参数如表2所示。无人机飞控模块具有如下特点：支持多轴（450、500、550、650等）多旋翼、固定翼、直升机、模型车；自带高精度陀螺仪、指南针罗盘、气压计等；其中，气压计的参数为：型号为用微型高度计模块MS5607-02BA；输出为24位数字输出；量程为10～1200mbar；工作温度范围为-40℃～85℃；精确度为25℃,750mbar时-1.5～+1.5mbar；供电电源为1.8 V～ 3.6 V。

表2GPS模块的设备参数

参数名称	性能指标
		工作电压	DC5V
搜星数量	最多26个
		精度	0.4米
体积	54mm*15mm
		重量	30g
定位更新率	最高10Hz

实际试验过程中，在开始对待测无人机GPS模块进行静电放电ESD电磁效应进行试验之前，可按照静电放电ESD测试要求，将待测无人机GPS模块固定在金属垫盘上。

图3为无人机GPS模块ESD电磁效应静态干扰的原理示意图。本实施中的GPS模块采用NEO-M8N芯片，NEO-M8N芯片的11号管脚为第二GPS接收天线接收GPS信号后的射频输入管脚；

无人机GPS模块与无人机飞控模块通过GPS模块数据线相连，而静电放电模拟器产生的电磁脉冲通过11号管脚进入GPS模块以及无人机飞控模块。试验过程中，室外的第一GPS接收天线保持静止状态，对室内的无人机GPS模块进行ESD电磁效应试验。

类似地，图4为无人机GPS模块ESD电磁效应测试动态干扰的原理示意图，图4所示的电路连接与图3相同，二者的区别在于：测试动态干扰的试验过程中，室外的第一GPS接收天线和GPS信号增强器并不是静止状态，而是需要调整第一GPS接收天线和GPS信号增强器的运动状态，通过移动室外的第一GPS接收天线和GPS信号增强器实现室内无人机动态飞行状态模拟，对室内的无人机GPS模块进行ESD电磁效应试验。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统，其特征在于，包括：GPS增强转发装置和ESD测试装置：其中，

所述GPS增强转发装置包括：位于屏蔽室外的第一GPS接收天线和GPS信号增强器，以及位于屏蔽室内的GPS发射天线；所述第一GPS接收天线、所述GPS信号增强器和所述GPS发射天线依次相连接；

所述ESD测试装置包括：位于屏蔽室内的静电放电模拟器和第二GPS接收天线；所述静电放电模拟器和待测无人机GPS模块相连接；待测无人机GPS模块连接第二GPS接收天线和无人机飞控模块，所述无人机飞控模块连接PC端，所述第二GPS接收天线用于接收所述GPS发射天线的GPS信号。

2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述GPS信号增强器和所述GPS发射天线通过同轴线缆连接。

3.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述无人机飞控模块和所述PC端之间还设置有防止干扰信号耦合进入所述PC端的磁环。

4.根据权利要求1所述的试验系统，所述无人机飞控模块和所述PC端之间通过数传模块相连。

5.基于权利要求1至4任一所述的无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统的试验方法，其特征在于，包括：

步骤1：校准无人机GPS模块ESD电磁效应等效替代试验系统；

步骤2：固定GPS发射天线和第二GPS接收天线的运动状态不变，调整第一GPS接收天线和GPS信号增强器的运动状态；

步骤3：设置静电放电模拟器输出的电磁脉冲参数，所述电磁脉冲参数包括：电压和频率；

步骤4：使静电放电模拟器输出电磁脉冲，所述电磁脉冲进入待测无人机GPS模块；

步骤5：利用无人机飞控模块记录飞行日志和待测无人机GPS模块的无人机效应数据信息；

步骤6：PC端根据所述飞行日志和无人机效应数据信息分析待测无人机GPS模块的ESD电磁效应；

步骤7：调整所述电压和频率，重复步骤2至步骤6。

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