CN110907741B - 无人机飞控模块电波暗室辐射干扰效应等效替代试验系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无人机飞控模块电波暗室辐射干扰效应等效替代试验系统和方法。该系统包括：GPS增强转发装置，包括：依次连接的位于电波暗室外的第一GPS接收天线和GPS信号增强器，以及位于电波暗室内的GPS发射天线；和辐射干扰测试装置，包括：位于电波暗室外的信号发生器、功率放大器、定向耦合器和功率计，以及位于电波暗室内的第二GPS接收天线和用于辐照待测无人机飞控模块的堆叠对数周期天线；信号发生器、功率放大器、定向耦合器和堆叠对数周期天线依次相连接，且功率放大器和定向耦合器还分别与功率计相连接；待测无人机飞控模块连接无人机GPS模块和PC端，无人机GPS模块连接第二GPS接收天线，第二GPS接收天线用于接收GPS发射天线的GPS信号。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机飞控模块电波暗室辐射干扰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。
辐照干扰试验通过信号源向空间场中辐射电磁脉冲的方式，观察电子系统在工作状态下受到电磁干扰下的影响，分析其失效模式。美国FCC、日本VCCI以及IEC、CISPR（“GB/T6113.104-2008 无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第1-4 部分:无线电骚扰和抗扰度测量设备辅助设备辐射扰(CISPR16-1-4:2005,IDT)”）等标准都容许用电磁屏蔽电波暗室替代开阔场进行EMC测试，防止空间中的无线电干扰信号对试验结果造成影响。目前，电波暗室是研究电磁兼容的重要手段，用于测试各种电子设备的电磁辐射特性和电磁辐射干扰效应。
然而，传统电波暗室辐射干扰试验中，由于电磁辐射波束的区域属性，不能针对无人机特定模块单独实施辐照式试验，从而无法定量获得部件或模块级别的电磁效应数据。
发明内容
针对现有的电波暗室辐射干扰试验方法不能针对无人机特定模块单独实施辐照式试验的问题，本发明提供一种无人机飞控模块电波暗室辐射干扰效应等效替代试验系统和方法，通过设计一种GPS增强转发装置，将室外GPS信号转发至室内，并对正常接收GPS信号的无人机GPS模块进行电磁屏蔽，使得无人机处于正常工作状态，并且电磁辐射干扰仅针对无人机飞控模块，从而获得正常工作状态下的无人机飞控模块电波暗室辐射干扰测试数据，对无人机电磁效应研究有了准确的认识和定量的描述。
第一方面，本发明提供一种无人机飞控模块电波暗室辐射干扰效应等效替代试验系统，包括：GPS增强转发装置和辐射干扰测试装置：其中，
所述GPS增强转发装置包括：位于电波暗室外的第一GPS接收天线和GPS信号增强器，以及位于电波暗室内的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；
所述辐射干扰测试装置包括：位于电波暗室外的信号发生器、功率放大器、定向耦合器和功率计，以及位于电波暗室内的第二GPS接收天线和用于辐照待测无人机飞控模块的堆叠对数周期天线；所述信号发生器、所述功率放大器、所述定向耦合器和所述堆叠对数周期天线依次相连接，且所述功率放大器和所述定向耦合器还分别与所述功率计相连接；待测无人机飞控模块连接无人机GPS模块和PC端，无人机GPS模块连接第二GPS接收天线，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。
进一步地，在所述电波暗室内还设置有屏蔽腔，所述无人机GPS模块和所述GPS发射天线位于所述屏蔽腔内。
第二方面，本发明提供一种基于上述的无人机飞控模块电波暗室辐射干扰效应等效替代试验系统的试验方法，包括：
步骤1：校准无人机飞控模块电波暗室辐射干扰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：设置信号发生器输出的干扰信号参数，所述干扰信号参数包括：频率、场强和干扰等级；
步骤4：使信号发生器输出干扰信号，干扰信号依次经功率放大器、定向耦合器后，从堆叠对数周期天线辐照进入待测无人机飞控模块，记录辐照频率和辐照场强；利用功率计分别记录干扰信号在功率放大器处和定向耦合器处的功率信息；
步骤5：利用无人机飞控模块记录飞行日志和无人机效应数据信息；
步骤6：PC端根据所述辐照频率、辐照场强、功率信息、飞行日志和无人机效应数据信息分析待测无人机飞控模块的电磁注入效应；
步骤7：调整所述干扰等级，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飞控模块电波暗室辐射干扰效应等效替代试验系统和方法，利用GPS增强转发装置，将位于电波暗室外的第一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电波暗室内的GPS发射天线，利用室内的GPS发射天线，为电波暗室内的待测无人机GPS模块提供GPS信号，待测无人机GPS模块通过位于电波暗室内的第二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；并且，通过在电波暗室内设置屏蔽腔，将无人机GPS模块设置在该屏蔽腔，可以对无人机GPS模块进行电磁屏蔽；通过调整室外的第一GPS接收天线和GPS增强器的运动状态，以实现无人机室外飞行状态室内等效模拟，并且，本发明中的电磁辐射干扰仅针对无人机飞控模块，从而获得正常工作状态下的无人机飞控模块电波暗室辐射干扰测试数据，满足室外GPS静态悬停和动态飞行电磁效应的室内EMC暗室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飞控模块电波暗室辐射干扰的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飞控模块电波暗室辐射干扰的试验系统的试验方法的流程示意图。
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，本发明实施例提供一种无人机飞控模块电波暗室辐射干扰效应等效替代试验系统，包括：GPS增强转发装置和辐射干扰测试装置：其中，
所述GPS增强转发装置，包括：位于电波暗室外的第一GPS接收天线和GPS信号增强器，以及位于电波暗室内的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；
所述辐射干扰测试装置包括：位于电波暗室外的信号发生器、功率放大器、定向耦合器和功率计，以及位于电波暗室内的第二GPS接收天线和用于辐照待测无人机飞控模块的堆叠对数周期天线；所述信号发生器、所述功率放大器、所述定向耦合器和所述堆叠对数周期天线依次相连接，且所述功率放大器和所述定向耦合器还分别与所述功率计相连接；待测无人机飞控模块连接无人机GPS模块和PC端，无人机GPS模块连接第二GPS接收天线，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接收天线在电波暗室外接收GPS信号，然后通过GPS信号增强器进行信号增强，最后通过GPS发射天线为电波暗室内提供GPS信号。信号发生器产生干扰信号，通过功率放大器放大，然后经定向耦合器从堆叠对数周期天线进入待测无人机飞控模块；功率计对定向耦合器和功率放大器进行监测；无人机GPS模块与第二GPS接收天线连接，通过第二GPS接收天线接收GPS发射天线的GPS信号；无人机GPS模块与待测无人机飞控模块相连，飞控模块与PC端相连，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，记录飞行日志和效应数据，PC端通过飞控模块获取飞行日志和效应数据，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。
本发明实施例提供的无人机飞控模块电波暗室辐射干扰的试验系统是利用信号发生器产生干扰信号，干扰信号经过放大器、定向耦合器，通过堆叠对数周期天线对待测无人机飞控模块进行辐照。为避免辐照同时对无人机GPS模块产生影响，将无人机GPS模块与GPS发射天线绑定并进行综合屏蔽处理，例如，在所述电波暗室内设置屏蔽腔，将所述无人机GPS模块和所述GPS发射天线设置在所述屏蔽腔内。PC端可安装Mission Planner软件，利用Mission Planner软件对无人机GPS模块、飞控模块进行实时监测及数据采集，开展无人机飞控模块电波暗室辐射干扰效应试验测试和分析。
本发明实施例提供的无人机飞控模块电波暗室辐射干扰效应等效替代试验系统，利用GPS增强转发装置，将位于电波暗室外的第一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电波暗室内的GPS发射天线，利用室内的GPS发射天线，为电波暗室的室内区域提供GPS信号，待测无人机GPS模块通过位于电波暗室内的第二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；并且，通过在电波暗室内设置屏蔽腔，将无人机GPS模块设置在该屏蔽腔，可以对无人机GPS模块进行电磁屏蔽；通过调整室外的第一GPS接收天线和GPS增强器的运动状态，以实现无人机室外飞行状态室内等效模拟，并且，本发明中的电磁辐射干扰仅针对无人机飞控模块，从而获得正常工作状态下的无人机飞控模块电波暗室辐射干扰测试数据，满足室外GPS静态悬停和动态飞行电磁效应的室内EMC暗室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飞控模块电波暗室辐射干扰效应等效替代试验系统的试验方法，包括以下步骤：
S201：校准无人机飞控模块电波暗室辐射干扰效应等效替代试验系统；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；对电波暗室辐射干扰测试装置的校准在GJB 151B-2013、RS103、ISO 11452-2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；
S203：设置信号发生器输出的干扰信号参数，所述干扰信号参数包括：频率、场强和干扰等级；
S204：使信号发生器输出干扰信号，干扰信号依次经功率放大器、定向耦合器后，从堆叠对数周期天线辐照进入待测无人机飞控模块，可利用测试软件（例如EMS-LAB）记录辐照频率和辐照场强；利用功率计分别记录干扰信号在功率放大器处和定向耦合器处的功率信息；
S205：利用无人机飞控模块记录飞行日志和无人机效应数据信息；
S206：PC端根据所述辐照频率、辐照场强、功率信息、飞行日志和无人机效应数据信息分析待测无人机飞控模块的电磁注入效应；
S207：调整所述干扰等级，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，利用信号发生器产生干扰信号，干扰信号经过放大器、定向耦合器，通过堆叠对数周期天线对待测无人机飞控模块进行辐照；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，完成无人机飞控模块电波暗室辐射干扰试验测试和分析。
作为一种可实施方式，本发明提供又一种无人机飞控模块电波暗室辐射干扰的试验系统，在本发明实施例中，辐射干扰测试模块的各设备的设备信息见表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辐射干扰测试模块中的各设备信息
| 设备名 | 型号 | 品牌 | 频率参数 |
| 信号发生器 | SMBV100A | R&S | 9kHz~6GHz |
| 功率放大器 | BBA150-1000D | R&S | 80MHz~1GHz |
| 堆叠对数周期天线 | STLP 9128C | Schwarzbeck | 200MHz~1GHz |
| 功率计 | NRP-Z91 | R&S | 9kHz~6GHz |
| 测试软件 | EMS-LAB | CD | N/A |
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 |
无人机GPS模块电波暗室辐照电磁效应静态干扰试验时，试验过程中室外的第一GPS接收天线保持静止状态，对室内飞控模块进行电波暗室辐照电磁效应试验。本次试验环境电波暗室辐射干扰测试频率覆盖范围宽（10KHz~18GHz），辐射场强等级最高可以达到200V/m。
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)
1.一种无人机飞控模块电波暗室辐射干扰效应等效替代试验系统，其特征在于，包括：GPS增强转发装置和辐射干扰测试装置：其中，
所述GPS增强转发装置包括：位于电波暗室外的第一GPS接收天线和GPS信号增强器，以及位于电波暗室内的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；
所述辐射干扰测试装置包括：位于电波暗室外的信号发生器、功率放大器、定向耦合器和功率计，以及位于电波暗室内的第二GPS接收天线和用于辐照待测无人机飞控模块的堆叠对数周期天线；所述信号发生器、所述功率放大器、所述定向耦合器和所述堆叠对数周期天线依次相连接，且所述功率放大器和所述定向耦合器还分别与所述功率计相连接；待测无人机飞控模块连接无人机GPS模块和PC端，无人机GPS模块连接第二GPS接收天线，所述第二GPS接收天线用于接收所述GPS发射天线的GPS信号；在所述电波暗室内还设置有屏蔽腔，所述无人机GPS模块、所述GPS发射天线和第二GPS接收天线均位于所述屏蔽腔内；所述无人机飞控模块和所述堆叠对数周期天线均位于所述屏蔽腔外。
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，其特征在于，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任一所述的无人机飞控模块电波暗室辐射干扰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：校准无人机飞控模块电波暗室辐射干扰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：设置信号发生器输出的干扰信号参数，所述干扰信号参数包括：频率、场强和干扰等级；
步骤4：使信号发生器输出干扰信号，干扰信号依次经功率放大器、定向耦合器后，从堆叠对数周期天线辐照进入待测无人机飞控模块，记录辐照频率和辐照场强；利用功率计分别记录干扰信号在功率放大器处和定向耦合器处的功率信息；
步骤5：利用无人机飞控模块记录飞行日志和无人机效应数据信息；
步骤6：PC端根据所述辐照频率、辐照场强、功率信息、飞行日志和无人机效应数据信息分析待测无人机飞控模块的电磁注入效应；
步骤7：调整所述干扰等级，重复步骤2至步骤6。
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- 2019-12-18 CN CN201911309491.7A patent/CN110907741B/zh active Active
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