CN113009409B - 一种适用于Loran-C定时终端的磁天线信号合成方法 - Google Patents
一种适用于Loran-C定时终端的磁天线信号合成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113009409B CN113009409B CN202110172632.6A CN202110172632A CN113009409B CN 113009409 B CN113009409 B CN 113009409B CN 202110172632 A CN202110172632 A CN 202110172632A CN 113009409 B CN113009409 B CN 113009409B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- axis
- magnetic
- magnetic antenna
- angle
- antenna
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C17/00—Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
- G01C17/02—Magnetic compasses
- G01C17/28—Electromagnetic compasses
- G01C17/32—Electron compasses
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/30—Assessment of water resources
Abstract
本发明提供了一种适用于Loran‑C定时终端的磁天线信号合成方法，以两个垂直交叉磁棒的交叉点为原心构建直角坐标系；在磁天线中加装电子罗盘，电子罗盘输出磁天线相对于北方的偏离角度；计算接收天线坐标点到发射台坐标的正方位角，并转换为北向逆时针方向角度；计算x轴正方向逆时针方向到来波方向的角度，根据该角度将磁天线的两路接收信号和进行合成。本发明方法只需在磁棒上加装方向传感器，对硬件改动少，软件实现方便，与信号强度无关，能够自动判断计算来波方向。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁天线信号合成方法，属于无线电授时领域，主要用于Loran-C定时终端中。
背景技术
Loran-C系统是国际标准化的无线电定位、导航与授时(positioning navigationtiming，PNT)服务系统，具有发射功率大、作用距离远、信号相位稳定性好等优点，通过差分修正后可以提供优于100ns量级时间服务和20m的位置服务，当全球卫星导航系统GNSS信号受到拒止情况下，Loran-C可作为GNSS导航和授时重要的备份手段。我国现有的Loran-C授时系统包括BPL授时系统和“长河二号”系统，同时我国于2018年规划在西部建设三个Loran-C授时台，从而与现有的Loran-C系统基本实现授时信号的全国土覆盖。Loran-C定时终端用户通过接收Loran-C授时系统信号实现定时，Loran-C定时用户一般是在固定点接收，且能够已知天线接收位置。现在Loran-C定时终端中接收天线主要是采用鞭状天线，鞭状天线体积较大，安装不方便，对接地要求高，同时会受到静电沉积和电力线等的干扰，导致接收信号信噪比变低。而磁天线具有体积小、不需接地、能够抗电性干扰、接收信噪比高等优点。对于单磁棒来说，其具有方向性，不同方向接收信号具有不同的幅度和相位，存在接收盲区。因此一般采用两根磁棒十字交叉和四根磁棒回形摆放接收Loran-C信号，可实现全向接收。但是由磁天线原理可知，垂直磁天线可形成四个象限，在信号到达对立方向有一个180°的相位改变，因此接收信号当来波方向进入四个象限，两路磁棒接收信号为：
Vx(t)＝X(t)cos(θ)＝Acos(θ)*E(t)sin(2πft+PC)
Vy(t)＝X(t)sin(θ)＝Asin(θ)*E(t)sin(2πft+PC)
上式f为Loran-C信号100kHz载波频率，E(t)是脉冲信号包络，A是信号幅度，PC是相位编码。式中θ为来波方向与某一磁棒夹角，范围为0～360°，X(t)＝AE(t)sin(2πft+PC)为Loran-C信号，四个象限信号换算后幅度和相位改变量为[cos(θ′),sin(θ′)]、[-cos(θ′),sin(θ′)]、[-cos(θ′),-sin(θ′)]和[cos(θ′)，-sin(θ′)]，θ′为θ换算后角度，范围为0-90°。因此在Loran-C定时接收机使用时如果简单的相加合成用于定时，有可能会造成5μs的时差测量误差。如何在用户定时接收机中使用磁天线，必须解决定时接收机磁天线合成问题。现在常用方法是将两路信号叠加使用，在不知道θ情况下，合成信号存在与实际信号幅度不一致问题，不能完全恢复信号幅度和相位。因此为充分利用磁天线优势，必须对来波夹角进行估计，实现两路磁棒信号的合成。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种适用于Loran-C定时终端的磁天线信号合成方法，能够解决Loran-C定时终端磁天线信号合成的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
(1)以两个垂直交叉磁棒的交叉点为原心构建直角坐标系；在磁天线中加装电子罗盘，电子罗盘输出磁天线相对于北方的偏离角度θ0；
(2)计算接收天线坐标点
到发射台坐标/>
的正方位角A，并转换为北向逆时针方向角度θi，/>
和λ为纬度和经度；
(3)根据角度θi与θ0计算x轴正方向逆时针方向到来波方向的角度θ；
(4)将磁天线的两路接收信号Vx(t)和Vy(t)合成得到
所述的步骤(1)中，第一象限为x轴和y轴均接收正相位信号；第二象限为x轴接收负相位信号，y轴接收正相位信号；第三象限为x轴和y轴均接收负相位信号；第四象限为x轴接收正相位信号，y轴接收负相位信号。
所述的步骤(1)将磁天线天线x轴正向最大接收方向与电子罗盘正北对应，校准后将天线和电子罗盘固定；当用户使用时，将磁天线架设固定，电子罗盘输出磁天线相对于北方的偏离角度，将偏离角度换算为从x轴正方向逆时针方向的角度，在设定时长内获得角度偏差序列θ′j；对序列θ′j从大到小进行排序，取中间值作为电子罗盘最终偏离角度θ0。
所述的步骤(2)计算方位角
若方位角A的分子大于0且分母大于0，则θi＝A；当分子小于0且分母大于0，则θi＝2π+A；其他情况θi＝π+A。
所述的步骤(3)当λi≤λ0时，θ＝θ0-θi；当λi＞λ0时，θ＝θ0+(360°-θi)。
所述的(1)以四个垂直交叉磁棒的中心点为原心构建直角坐标系，重复步骤(1)～(4)对磁天线的四路信号进行处理，就能够合成四磁棒正方形结构的磁天线信号。
本发明的有益效果是：
(1)本发明方法只需在磁棒上加装方向传感器，对硬件改动少，易于实现。
(2)本发明方法只需要通过简单计算即可实现磁天线信号合成，软件实现方便。
(3)本发明合成方法与信号强度无关，在弱信号时也能进行合成。
(4)本发明可自动判断计算来波方向，用户使用时可任意摆放天线。
(5)本发明对双磁棒垂直交叉结构和四磁棒正方形结构的磁天线合成均适用。
(6)本发明通过AD采集后进行数字信号合成，合成后信号Loran-C定时接收机可直接对信号处理和使用。
附图说明
图1是本发明方法过程图；
图2是垂直交叉磁天线结构示意图；
图3是来波方向和正北方向在直角坐标轴中示意图；
图4是交叉磁棒合成前AD采集的x轴磁棒实际脉冲组信号波形图；
图5是交叉磁棒合成前AD采集的x轴磁棒实际单脉冲信号波形图；
图6是交叉磁棒合成前AD采集的y轴磁棒实际脉冲组信号波形图；
图7是交叉磁棒合成前AD采集的y轴磁棒实际单脉冲信号波形图；
图8是本发明方法合成后的脉冲组信号波形图；
图9是本发明方法合成后的单脉冲信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供如下方案：
通过实测确定两根单磁棒接收的正负相位，将两个垂直交叉磁棒对应到以交叉点为原心的直角坐标系x轴和y轴中，其中第一象限为x轴和y轴均接收正相位信号；第二象限为x轴接收负相位信号，y轴接收正相位信号；第三象限为x轴和y轴均接收负相位信号；第四象限为x轴接收正相位信号，y轴接收负相位信号。
通过在磁天线中加装电子罗盘，电子罗盘北方(0度)与x轴正相位最大值进行零值校准，即天线x轴正向最大接收方向与电子罗盘正北(0度)对应，校准后将天线和电子罗盘固定。当用户使用时，将磁天线架设固定，电子罗盘会按照其协议输出偏离角度(相对于北方)，将偏离角度换算为从x轴正方向逆时针方向的角度，范围为0°～360°。一段时间内可获得角度偏差序列θ′j，j＝1…N。
软件接收到电子罗盘后偏离角度序列后，对序列进行滤波，对N个点的角度θ′j进行从大到小的排序，取中间值作为电子罗盘最终偏离角度θ0，减少角度测量误差。
计算用户设置的接收天线坐标点
到发射台坐标/>
的正方位角A。/>
和λ为纬度和经度。
上式中反正切计算出的方位角A范围在-90°～90°范围内，因此还需通过分子分母的正负号判断象限，将A转换由北向逆时针方向角度，范围为0°～360°。转换方法为：当分子大于0且分母大于0，则θi＝A；当分子小于0且分母大于0，则θi＝2π+A；对于其他情况，θi＝π+A。
通过以上获得的θi与θ0角度，计算x轴正方向逆时针方向到来波方向的角度θ。
当λi≤λ0时，θ＝θ0-θi；
当λi＞λ0时，θ＝θ0+(360°-θi)。
对于两根磁棒垂直交叉摆放的天线，通过两路AD对信号进行采集，得到两路接收信号为Vx(t)和Vy(t)，两路信号合成后为：
AD采集后的进行合成的信号为X(t)，Loran-C定时用户接收机可以直接进行处理和使用。对于四磁棒正方形结构的磁天线只需要将四路信号按上述方法对应处理。
本发明的实施例按照图1所示的实现过程进行。接收磁天线为垂直交叉磁天线结构，如图2中所示。接收信号为BPL长波授时台发播信号。
步骤1：通过实测确定两根单磁棒正相位波形，分别对应到直角坐标系的x轴和y轴上。将电子罗盘指向正北方向，此时输出角度为0度，x轴磁棒正相位最大接收方向也指向正北方向。将电子罗盘固定到交叉磁棒中心点。这样建立信号来波、直角坐标和正北方向的关系，如图3中所示。
步骤2：将磁天线放置到任意接收点位置后，获取电子罗盘输出角度偏差θ′j序列值。对θ′j序列值按照从大到小顺序排列，取中间数值作为滤波后θ0值为39.9°。
步骤3：接收点坐标P(34.4333°,109.4667°)，发射台坐标X(34.2365°,108.9379°)，代入下式可得方位角A。
对于上式按照当分子大于0且分母大于0，则θi＝A；当分子小于0且分母大于0，则θi＝2π+A；对于其他情况，θi＝π+A。上式中分子和分母均大于0，因此对方位角进行变换可得到θi＝6.8416°。
步骤4：当λi＞λ0时，θ＝θ0+(360°-θi)。当λi≤λ0时，θ＝θ0-θi；由于发射台纬度小于接收点纬度因此θ＝θ0-θi＝33.0854°。
步骤5：交叉磁棒接收信号通过AD采集后x轴磁棒接收信号如图4和图5所示，y轴磁棒接收信号如图6和图7所示，将接收信号按照下式进行合成，合成后信号如图8和图9所示。
至此完成交叉磁棒接收信号的合成，Loran-C定时接收机可对合成后信号进行处理。
Claims (5)
1.一种适用于Loran-C定时终端的磁天线信号合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以两个垂直交叉磁棒的交叉点为原心构建直角坐标系；在磁天线中加装电子罗盘，电子罗盘输出磁天线相对于北方的偏离角度θ0；
将磁天线天线x轴正向最大接收方向与电子罗盘正北对应，校准后将天线和电子罗盘固定；当用户使用时，将磁天线架设固定，电子罗盘输出磁天线相对于北方的偏离角度，将偏离角度换算为从x轴正方向逆时针方向的角度，在设定时长内获得角度偏差序列θ′j；对序列θ′j从大到小进行排序，取中间值作为电子罗盘最终偏离角度θ0；
(2)计算接收天线坐标点
到发射台坐标/>
的正方位角A，并转换为北向逆时针方向角度θi，/>
和λ为纬度和经度；
(3)根据角度θi与θ0计算x轴正方向逆时针方向到来波方向的角度θ；
(4)将磁天线的两路接收信号Vx(t)和Vy(t)合成得到
2.根据权利要求1所述的适用于Loran-C定时终端的磁天线信号合成方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，第一象限为x轴和y轴均接收正相位信号；第二象限为x轴接收负相位信号，y轴接收正相位信号；第三象限为x轴和y轴均接收负相位信号；第四象限为x轴接收正相位信号，y轴接收负相位信号。
3.根据权利要求1所述的适用于Loran-C定时终端的磁天线信号合成方法，其特征在于，所述的步骤(2)计算方位角
若方位角A的分子大于0且分母大于0，则θi＝A；当分子小于0且分母大于0，则θi＝2π+A；其他情况θi＝π+A。
4.根据权利要求1所述的适用于Loran-C定时终端的磁天线信号合成方法，其特征在于，所述的步骤(3)当λi≤λ0时，θ＝θ0-θi；当λi>λ0时，θ＝θ0+(360°-θi)。
5.根据权利要求1所述的适用于Loran-C定时终端的磁天线信号合成方法，其特征在于，所述的(1)以四个垂直交叉磁棒的中心点为原心构建直角坐标系，重复步骤(1)～(4)对磁天线的四路信号进行处理，合成四磁棒正方形结构的磁天线信号。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110172632.6A CN113009409B (zh) | 2021-02-08 | 2021-02-08 | 一种适用于Loran-C定时终端的磁天线信号合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110172632.6A CN113009409B (zh) | 2021-02-08 | 2021-02-08 | 一种适用于Loran-C定时终端的磁天线信号合成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113009409A CN113009409A (zh) | 2021-06-22 |
| CN113009409B true CN113009409B (zh) | 2023-06-23 |
Family
ID=76384142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110172632.6A Active CN113009409B (zh) | 2021-02-08 | 2021-02-08 | 一种适用于Loran-C定时终端的磁天线信号合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113009409B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114089270B (zh) * | 2021-11-03 | 2024-04-19 | 中国科学院国家授时中心 | 一种Loran-C垂直交叉磁天线接收信号检测方法 |
| CN115189706A (zh) * | 2022-07-15 | 2022-10-14 | 武汉大学 | 基于loranC甚低频信号的有源小磁天线实现方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2541198A1 (en) * | 2011-06-30 | 2013-01-02 | Furuno Electric Company Limited | Road map feedback corrections in tightly coupled gps and dead reckoning vehicle navigation |
| CN106486776A (zh) * | 2016-10-19 | 2017-03-08 | 赵嵩郢 | 一种高灵敏长波全向磁天线 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110257882A1 (en) * | 2010-04-15 | 2011-10-20 | Mcburney Paul W | Road map feedback server for tightly coupled gps and dead reckoning vehicle navigation |
-
2021
- 2021-02-08 CN CN202110172632.6A patent/CN113009409B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2541198A1 (en) * | 2011-06-30 | 2013-01-02 | Furuno Electric Company Limited | Road map feedback corrections in tightly coupled gps and dead reckoning vehicle navigation |
| CN106486776A (zh) * | 2016-10-19 | 2017-03-08 | 赵嵩郢 | 一种高灵敏长波全向磁天线 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 基于罗兰C的全向磁天线技术研究;崔国恒;曹可劲;许江宁;朱银兵;;计算机测量与控制(第12期);全文 * |
| 基于罗兰C磁天线的高精度数字移相算法研究;崔国恒;许江宁;曹可劲;朱银兵;;计算机工程与设计(第04期);全文 * |
| 罗兰C磁天线在鱼雷导航定位中的应用;崔国恒;许江宁;曹可劲;;鱼雷技术(第02期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113009409A (zh) | 2021-06-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113009409B (zh) | 一种适用于Loran-C定时终端的磁天线信号合成方法 | |
| CN105182390B (zh) | 一种运载体水下定位的方法 | |
| CN105515689A (zh) | 一种智能移动终端辅助定向天线方向调校的系统及方法 | |
| CN110308746A (zh) | 一种适用于三轴转台式测控天线的星体标校方法 | |
| CN106785366B (zh) | 一种用于卫星共视接收机的全频点测量型天线 | |
| CN105607650A (zh) | 一种指向性天线的角度标校装置及方法 | |
| CN102792177A (zh) | 测向方法 | |
| CN104125002A (zh) | 一种便携式卫星接收机快速锁定卫星的方法 | |
| CN104820441A (zh) | 一种无线网桥自动测向和调整方法及系统 | |
| CN114142234A (zh) | 相控阵天线与卫星的对星方法、系统、电子设备及介质 | |
| CN105929377B (zh) | 一种基于单极子交叉环天线的高频雷达船舶方位角估计方法 | |
| CN107248891B (zh) | 一种用于移动通信天线指向监测的测向测姿装置 | |
| CN112994821B (zh) | 一种基于信号特征检测的Loran-C磁天线接收信号合成方法 | |
| CN207457517U (zh) | 一种基于卫星网络通信的rtk测量仪 | |
| CN104993220A (zh) | 旋转场式全向天线、低空近程雷达系统及信号处理方法 | |
| Yang et al. | A novel land-based high-frequency geolocation system | |
| Zhang et al. | GPS signal anti-jamming based on dual-polarized antenna array | |
| CN104698432B (zh) | 一种基于相控阵天线的弹载雷达测角方法 | |
| CN215986460U (zh) | 基于八面阵相控阵的干扰测向装置 | |
| CN113126022B (zh) | 一种双天线定位测向方法 | |
| CN213182005U (zh) | 一种超宽带协同雷达装置 | |
| CN114280655A (zh) | 一种基于全球导航卫星系统的测姿方法和系统 | |
| CN204809409U (zh) | 一种车载高精度多模北斗导航定位天线 | |
| CN102841357A (zh) | 一种辅助校准卫星信号的方法及装置 | |
| Yi et al. | Direction-of-arrival estimation for high-frequency radar on a floating platform |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |