CN112838891A - 一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端 - Google Patents

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Abstract

本发明属于北斗定位技术领域，提供了一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端，包括北斗接收天线、无线通信发射天线、射频模块、基带模块和电源模块；本发明从整体结构上将天线、射频模块和基带模块分别设计成三个独立的腔体，利用多根天线柱固定北斗接收天线和无线通信发射天线，增加了稳固性，射频电路板和基带板分别位于射频腔体和基带腔体内，使得天线腔体、射频腔体和基带腔体可进行独立灌封，针对不同的腔体结构采用不同的灌封工艺和参数，从而提高弹载定位通信终端的稳定性，适应弹发射瞬间的高过载。

Description

一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端
技术领域
本发明涉及北斗定位技术领域，尤其涉及一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端。
背景技术
基于北斗卫星的弹载定位通信终端是实时检靶测量系统的重要组成部分。实时检靶测量系统采用北斗差分定位技术和无线通信技术完成飞行目标的实时高精度位置测量。
如图1和2所示，实时检靶测量系统由弹载定位通信终端和地面控制台组成。其中弹载定位通信终端上主要配置有北斗接收机和无线通信发射机，北斗接收机用于接收北斗B1频点1561.098MHz的卫星信号，无线通信发射机的发射频点为2200MHz。地面控制台主要配置多通道无线通信接收机、北斗基准站接收机和控制计算机。在目标飞行的过程中北斗接收机接收的北斗观测数据通过无线通信发射机发送给地面控制台。地面控制台上的多通道无线通信接收机接收无线通信发射机下传的北斗观测数据，结合地面控制台的北斗基准站接收机输出的观测数据，并采用差分定位算法实时计算出飞行目标的位置，并根据目标的飞行轨迹求解出落点的脱靶量值，作为训练评估的依据。弹载定位通信终端从物理结构上包括：天线模块、射频模块、基带模块和电源模块。
弹载定位通信终端在弹发射瞬间的最大过载可达25000g，因此，如何保证在发射瞬间弹载终端的元器件、结构件和紧固件不损坏，以及各部件之间的连接不发生松动，即弹载定位通信终端在弹发射瞬间的抗高过载特性，对于弹载定位通信终端的设计至关重要。
发明内容
为了解决弹载定位通信终端在弹发射瞬间的高过载问题，本发明提供了一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端。
具体的，主要通过以下技术方案来实现：
一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端，包括：
天线：包括北斗接收天线和无线通信发射天线；
射频模块：包括上盖板、下盖板和射频电路板，以及设置于上盖板上的信号接收连接器和信号发射连接器；
基带模块：基带板；
电源模块：电池仓、电池仓壁和位于电池仓内的电池；
北斗接收天线和无线通信发射天线通过多根天线支柱固定连接在上盖板的上表面，北斗接收天线、无线通信发射天线和天线支柱构成天线腔体；上盖板的下表面与射频电路板固定连接，上盖板和下盖板构成射频腔体，射频电路板位于射频腔体内部；基带板位于下盖板的下方，所述下盖板、基带板和电池仓壁构成基带腔体；电池仓位于基带腔体的下方。
因此，本发明的弹载定位通信终端整体结构中，将天线、射频模块和基带模块分别设计成三个独立的腔体，利用多根天线支柱固定北斗接收天线和无线通信发射天线，增加了稳固性，射频电路板和基带板分别位于射频腔体和基带腔体内，这样的设计，使得天线腔体、射频腔体和基带腔体可进行独立灌封，可针对不同的腔体结构采用不同的灌封工艺和参数，从而提高弹载定位通信终端的稳定性，适应弹发射瞬间的高过载，保证弹载定位通信终端的元器件、结构件、紧固件不损坏以及各部件之间的连接不发生松动，具有抵抗高过载的功能。
优选地，在基带腔体和电池仓之间留有过孔，用于引出测试线。
优选地，终端顶部由所述天线和天线支柱构成一个圆锥形结构。
优选地，所述天线安装在所述圆锥形结构的下部。
优选地，所述圆锥形结构的轴向长度为75mm。
优选地，所述北斗接收天线设计为右旋圆极化。
优选地，所述北斗接收天线的方向图为水平全向，且最大辐射方向为水平切面。
优选地，所述无线通信发射天线设计为左旋圆极化。
优选地，所述北斗接收天线位于无线通信发射天线的上方。
优选地，所述天线支柱为塑料螺柱。
本发明相较于现有技术具有以下有益效果：
1、天线、射频模块和基带模块分别为独立腔体，可进行独立灌封，针对不同的腔体结构采用不同的灌封工艺和参数，从而提高弹载定位通信终端的稳定性，适应弹发射瞬间的高过载；
2、在基带腔体和电池仓之间留有过孔，用于引出测试线，测试线包括电源线和串口线，测试时，将所需测试线引出，通过外部电源给终端供电，同时利用串口进行终端检测，方便测试；
3、将天线安装在所述圆锥形结构的下部，有利于接收北斗卫星信号；
4、将北斗接收天线设计成右旋圆极化，以及无线通信发射天线采用左旋圆极化，可增强北斗信号的接收和无线通信信号发射的适应性；
5、北斗接收天线的方向图为水平全向，且最大辐射方向为水平切面，可保证终端在飞行过程中在水平方向上能够稳定接收北斗卫星信号。
附图说明
1、图1为现有技术中的实时检靶测量系统的结构示意图；
2、图2为现有技术中的弹载定位通信终端的物理结构示意图；
3、图3为本发明实施例提供的一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端的结构示意图；
4、图4为本发明实施例提供的圆锥形结构示意图；
5、图5为本发明实施例提供的北斗接收天线和无线通信发射天线之间的连接结构分布示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更清楚的理解本发明的核心思想，下面将结合附图对其进行详细的说明。
本发明实施例提供了一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端，如图3所示，包括天线、射频模块、基带模块和电源模块。
其中，天线包括北斗接收天线和无线通信发射天线，分布为上下两层，上层为北斗接收天线，下层为无线通信发射天线；北斗接收天线和无线通信发射天线通过三根天线支柱用螺丝固定设置在上盖板的上表面上；北斗接收天线、无线通信发射天线和三根天线支柱构成天线腔体。
在一个优选地实施例中，所述天线支柱可选用塑料螺柱。
射频模块包括上盖板、下盖板和射频电路板，以及设置于上盖板上的信号接收连接器和信号发射连接器；射频电路板固定设置于上盖板的下表面上，上盖板和下盖板构成射频腔体，射频电路板位于射频腔体内部。
基带模块包括基带板；基带板位于下盖板的下方，所述下盖板、基带板和电池仓壁构成基带腔体。基带模块采用FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程逻辑门阵列)和ARM(Advanced RISC Machines，ARM处理器)结合的构架，选用了SOC(System onChip，系统级芯片)芯片。基带模块主要用于完成北斗卫星信号接收、卫星信号测量、测量数据打包、编帧、信号中频调制和数模转换等功能。基带模块具有体积小、功耗低、功能强、扩展性强等特点。
电源模块包括电池仓、电池仓壁和位于电池仓内的电池；电池仓位于基带腔体的下方。
在一个优选地实施例中，终端使用的是储备热电池，在不工作时，即，处于断路状态，而储备热电池工作的触发条件为：依靠在发射瞬间依靠高过载强大的冲力和高旋转强大的向心力将储备热电池进行激活，然后供电。
在一个优选地实施例中，为了防止发射瞬间的高过载导致热电池输出电压不稳定而损坏电路，针对电源模块增加电源控制电路，用于在电池激活之后电源模块延时一段时间才输出电压给终端供电。具体的延时时间可以根据实际的应用场景设置，如200ms。
北斗接收天线与信号接收连接器的输入端端连接，信号接收连接器的输出端与射频电路板的第一输入端连接，射频电路板的第一输出端与基带板的输入端连接，基带板的输出端与射频电路板的第二输入端连接，射频电路板的第二输出端与信号发射连接器的输入端连接，信号发射连接器的输出端与无线通信发射天线连接。可以理解的是，基带板的输入端还与电源模块的输出端连接，以便为终端供电。
具体工作原理为：北斗接收天线用于接收北斗卫星的北斗信号，并发送给信号接收连接器，信号接收连接器将北斗信号输出给射频电路板，再通过射频电路板对北斗信号下变频、放大及滤波处理之后发送给基带板，基带板对接收的北斗信号进行处理，主要完成北斗信号接收、北斗信号测量、对测量数据打包、编帧及输出等功能，基带板将编帧之后的数据完成中频调制及数模转换，并将信号发送给射频电路板，射频电路板对信号上变频、放大及滤波处理之后输出给信号发射连接器，信号发射连接器再将信号通过无线通信发射天线发送给设置在地面的地面控制台，地面控制台接收信号并完成信号解调处理恢复出北斗测量数据，结合地面控制台的北斗基准站接收机输出的观测数据，采用差分定位算法从而实现飞行目标的定位。
本发明的弹载定位通信终端整体结构中，将天线、射频模块和基带模块分别设计成三个独立的腔体，利用多根天线支柱固定北斗接收天线和无线通信发射天线，增加了稳固性，射频电路板和基带板分别位于射频腔体和基带腔体内，这样的设计，使得天线腔体、射频腔体和基带腔体可进行独立灌封。其中天线、射频模块和基带模块分属3个不同的腔体，各个腔体分别灌封。在基带模块、射频模块和天线这三个部分中，天线的性能受到灌封的影响最大。灌封所采用的灌封胶成分、灌封方式和灌封胶在腔体内的粘合度等因素都会对天线的驻波指标会产生较大的影响，从而使天线的工作频段和设计值出现较大的偏差。因此，在样机研制阶段通过多批次灌封试验，每批次灌封之后测试天线的驻波性能指标得到频率-驻波曲线，找出灌封工艺和天线驻波指标变化的规律。从而在天线设计的时候进行针对性的调整，使得天线灌封后的工作频段在设计值要求范围内。
同理，天线、射频模块和基带模块分属3个不同的腔体，各个腔体各自采用不同的灌封工艺和参数，从而提高弹载定位通信终端的稳定性，适应弹发射瞬间的高过载，保证弹载定位通信终端的元器件、结构件、紧固件不损坏以及各部件之间的连接不发生松动，具有抵抗高过载的功能。
在一个优选地实施例中，为了方便测试，在基带腔体和电池仓之间留有过孔，用于引出测试线。在测试的时候，将所需测试线引出，通过外部电源给终端供电，同时利用串口进行终端检测，方便测试，测试线包括电源线和串口线。
在一个优选地实施例中，射频电路板和基带板的背面设置抗过载能力强的元器件。而正面设置芯片和晶振等元器件。背面设置抗过载能力强的元器件包括电阻、电容和电感等元器件。以防止发射瞬间由于高过载的强大的冲力导致元器件脱落和接触不良。进一步提高终端的稳定性，提高发射瞬间的抗高过载特性。
在一个优选地实施例中，为了能提高发射瞬间的抗高速旋转特性，将终端顶部设计为由所述天线和天线支柱构成的圆锥形结构，如图4所示。
在一个优选地实施例中，所述天线安装在所述圆锥形结构的下部，有利于接收北斗卫星信号。
在一个优选地实施例中，所述圆锥形结构的轴向长度为75mm。
在一个优选地实施例中，如图5所示，终端在飞行过程中，弹体呈水平状飞行，且高速自转。因此，为了保证北斗卫星信号的接收，将北斗接收天线设计成右旋圆极化。所述北斗接收天线的方向图为水平全向，且最大辐射方向为水平切面，以保证终端飞行过程中在水平方向上能够稳定接收北斗卫星信号。
在一个优选地实施例中，无线通信发射天线用于将北斗接收机的观测信息发送给地面控制台。但由于试验过程中地面控制台位于靶点附近，因此弹体在飞行过程中朝着地面控制台飞行。无线通信发射天线方向图要求覆盖弹体正前方空域，因此，为减少弹体自转引起的影响，无线通信发射天线采用左旋圆极化。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端，其特征在于，包括：
天线：包括北斗接收天线和无线通信发射天线；
射频模块：包括上盖板、下盖板和射频电路板，以及设置于上盖板上的信号接收连接器和信号发射连接器；
基带模块：基带板；
电源模块：电池仓、电池仓壁和位于电池仓内的电池；
北斗接收天线和无线通信发射天线通过多根天线支柱固定连接在上盖板的上表面，北斗接收天线、无线通信发射天线和天线支柱构成天线腔体；上盖板的下表面与射频电路板固定连接，上盖板和下盖板构成射频腔体，射频电路板位于射频腔体内部；基带板位于下盖板的下方，所述下盖板、基带板和电池仓壁构成基带腔体；电池仓位于基带腔体的下方。
2.如权利要求1所述的一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端，其特征在于，在基带腔体和电池仓之间留有过孔，用于引出测试线。
3.如权利要求2所述的一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端，其特征在于，终端顶部由所述天线和天线支柱构成一个圆锥形结构。
4.如权利要求3所述的一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端，其特征在于，所述天线安装在所述圆锥形结构的下部。
5.如权利要求4所述的一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端，其特征在于，所述圆锥形结构的轴向长度为75mm。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端，其特征在于，所述北斗接收天线设计为右旋圆极化。
7.如权利要求6所述的一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端，其特征在于，所述北斗接收天线的方向图为水平全向，且最大辐射方向为水平切面。
8.如权利要求1-5任一项所述的一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端，其特征在于，所述无线通信发射天线设计为左旋圆极化。
9.如权利要求5所述的一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端，其特征在于，所述北斗接收天线位于无线通信发射天线的上方。
10.如权利要求1所述的一种基于北斗卫星的弹载定位通信终端，其特征在于，所述天线支柱为塑料螺柱。
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