CN201285418Y

CN201285418Y - 无人直升机机载空中频谱监测设备

Info

Publication number: CN201285418Y
Application number: CNU200820185914XU
Authority: CN
Inventors: 俞惟铨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2018-09-10

Abstract

本实用新型是无人直升机机载空中频谱监测设备，其特征是包括机载测向天线阵列和手提式机箱，以及机载电源模块；其中手提式机箱内置高、低端电旋开关单元、RF放大器模块、板卡式测向接收机、测向控制处理模块、嵌入式计算机系统；本实用新型的优点：采用了先进的嵌入式综合一体化设计、中频信号DSP技术和模块化组合，配置简洁实用；配备轻型小尺寸的测向天线和板卡式接收机，结构紧凑轻便；系统可在机载多自由度快速运动或空中滞留非稳定状态下实现高精度高灵敏度侦查、快速发现、识别分析、远程遥控、自动任务测向、设备运行状态查询、无线数据传输等功能。

Description

无人直升机机载空中频谱监测设备

技术领域

本实用新型涉及的是无人直升机机载空中频谱监测设备，属于通信技术中的阵列信号数字处理测向技术领域。

背景技术

由于地面电磁环境复杂，超短波(VHF/UHF)无线电信号的传输受地形、地物、高压线和工业交通等的影响，导致传播路径多变、极化不纯和相位起伏。而空中电波的传输环境较为干净，空中监测要比地面监测的效果好得多。因此，我们提出了“立体监测”的新概念，即在地面陆基固定监测或移动监测的基础上，增加机载空中监测技术手段，可通过在某种飞行器(如：无人直升机)上安装监测设备来实现空中高精度的监测和测向定位，以弥补地面监测的不足。

发明内容

本实用新型的目的在于提出无人直升机机载空中频谱监测设备。在无人直升机上安装轻型小尺寸测向天线、板卡式接收机，采用DSP技术、嵌入式计算机芯片和应用软件，通过远程遥控和无线数据传输方式，来实现对某些重要的或特殊的地域、场所、目标和不同的频域、时域、调制域进行空中高精度的监测和测向定位。

本实用新型的技术解决方案：其结构包括机载测向天线阵列和手提式机箱，以及机载电源模块；其中手提式机箱内置高、低端电旋开关单元、RF放大器模块、板卡式测向接收机、测向控制处理模块、嵌入式计算机系统；所述的机载测向天线阵列的信号输出端与手提式机箱内置的高、低端电旋开关单元的第一信号输入端相接，高、低端电旋开关单元的信号输出端与RF放大器模块的信号输入端相接，RF放大器模块的信号输出端与板卡式测向接收机的信号输入端相接，RF放大器模块的信号输出/输入端与测向控制处理模块的第一输入/输出端对应相接；板卡式测向接收机的信号输入/输出端与嵌入式计算机系统的第一输出/输入端对应相接；测向控制处理模块的第二信号输入/输出端与嵌入式计算机系统的第二信号输出/输入端对应相接；机载电源模块提供工作电源。

本实用新型的优点：采用了先进的嵌入式综合一体化设计、中频信号DSP技术和模块化组合，配置简洁实用；配备轻型小尺寸的测向天线和板卡式接收机，结构紧凑轻便；系统可在飞行器多自由度快速运行或空中滞留非稳定状态下，通过特定的修正补偿算法软件实现高精度高灵敏度侦查、快速发现、识别分析、远程遥控、自动任务测向、设备运行状态查询、无线数据传输等功能。

附图说明

附图1是无人直升机机载空中频谱监测系统电原理框图。

附图2是高、低端电旋开关电原理框图。

附图3是三功能RF放大器电原理框图。

附图4是功率分配器以1：2分配器为例的结构框图。

附图5是机载测向天线阵列示意图。

图中的1是机载测向天线阵列、2是内置高、低端电旋开关单元、3是RF放大器模块、4是板卡式测向接收机、5是测向控制处理模块、6是嵌入式计算机系统、7是机载电源模块、8是手提式机箱、9是五单元垂直极化无源测向天线阵(1000MHz—3000MHz)；10是五单元垂直极化有源测向天线阵(30MHz—1000MHz)。

具体实施方式

对照附图1，其结构包括机载测向天线阵列1和手提式机箱8，以及机载电源模块7；其中手提式机箱8内置高、低端电旋开关单元2、RF放大器模块3、板卡式测向接收机4、测向控制处理模块5、嵌入式计算机系统6；所述的载测向天线阵列1的信号输出端与手提式机箱内置的高、低端电旋开关单元2的第一信号输入端相接，高、低端电旋开关单元2的信号输出端与RF放大器模块3的信号输入端相接，RF放大器模块3的信号输出端与板卡式测向接收机4的信号输入端相接，RF放大器模块3的信号输出/输入端与测向控制处理模块5的第一输入/输出端对应相接；板卡式测向接收机4的信号输入/输出端与嵌入式计算机系统6的第一输出/输入端对应相接；测向控制处理模块5的第二信号输入/输出端与嵌入式计算机系统6的第二信号输出/输入端对应相接；机载电源模块7提供工作电源。

所述的机载测向天线阵列1，可拆装，可倒着吊挂在飞行器的底部。分高低两个频段，各由五单元垂直偶极子组成同心圆阵。低端天线阵的工作频段为30MHz～1000MHz，由五单元有源垂直偶极子天线(直径16mm)组成，阵列直径约760mm(含全封闭圆形天线罩)，单元偶极子长度约280mm；高端天线阵的工作频段为1000MHz～3000MHz，由五单元无源垂直偶极子天线(直径17mm)组成，阵列直径有所缩小，单元偶极子长度约130mm。天线总高度约400mm(含天线罩)，总重约20Kg(含电旋开关等)，阻抗为50Ω，接口为N型插座。

所述的高、低端电旋开关单元2，根据频段分为低端电旋开关单元和高端电旋开关单元。它受测向控制处理模块5的控制和供电。其中低端电旋开关单元的工作频率为30MHz～1000MHz，内部包括SW-5/2-ML低端电旋开关、SPL-1/2功率分配器和SPL-1/5功率分配器。它相当于一个高频电子开关，它有5个信号输入端、2个信号输出端、1个控制/供电端口、1个自校信号输入端和1个自校信号输出端，它受控同时打通某两路信号通道(分为主路、辅路)和自校信号通道。SPL-1/2功率分配器是把自校信号分成两路，其中一路经SPL-1/5功率分配器又被分成5路，引入低端电旋开关，用于对30MHz～1000MHz频段工作的系统进行自校；另一路自校信号被送到高端电旋开关单元中，用于高频段系统的自校。高端电旋开关单元的工作频率为1000MHz～3000MHz，内部包括SW-5/2-MH高端电旋开关和SPL-1/5功率分配器。它也是一个高频电子开关，它有5个信号输入端、2个信号输出端、1个控制/供电端口、1个自校信号输入端，它受控同时打通某两路信号通道(分为主路、辅路)和自校信号通道。从低端电旋开关单元分出的一路自校信号经SPL-1/5功率分配器后被分成5路，用于对1000MHz～3000MHz频段工作的系统进行自校。其工作原理：当控制电压V1、V2加电，二极管D_1-3导通时，来自机载测向天线阵列1的信号就可传到节点A，当控制电压V2、V3加电，二极管D_4-6导通时，自校信号就可传到节点A，当控制电压V4、V5加电，二极管D7-9导通时，节点A的信号就可从主路输出；当控制电压V6、V7加电，二极管D10-12导通时，节点A的信号就可从辅助路输出(如图2所示)。

RF放大器模块3，包括两个宽频带低噪声三功能放大器，工作频率为30MHz～3000MHz，具有放大、直通、衰减三种功能，在使用中根据实际需要由软件设定。分别对来自电旋开关单元2的主、辅路信号进行处理。它们各有1个控制/供电端、1个输入端、1个输出端。放大器由第一高频继电器、第二高频继电器、放大电路、衰减电路和电源组成，高频继电器(型号RF303-12)、放大器中的放大管(型号ERA-51SM)。+12V电源受软件控制分别加到第一高频继电器和第二高频继电器上。当第一高频继电器加电，而第二高频继电器不加电时，输入信号经放大电路后得到线性放大，再第二经高频继电器的直通部分输出。即为“放大”。当第一高频继电器不加电，而第二高频继电器加电时，输入信号经第一高频继电器的直通部分后到达第二高频继电器的衰减电路，经衰减后输出。即为“衰减”。当第一高频继电器和第二高频继电器都不加电时，输入信号经第一高频继电器和第二高频继电器的直通部分输出。即为“直通”。故该放大器具有“直通、放大、衰减”三功能。

测向接收机4，由两个板卡式测向接收机(J0601)组成。对来自RF放大器模块3的信号进行变频、解调、解码(可对不同频域、调制域、时域的信号进行监测测量)，输出包含频率、幅度、频偏、调制度、带宽、电平、频谱图像等的数字监测信息和包含信号相位和幅度特性的数字测向信号。它通过串口与计算机通讯。本实施例中选用江西省九江市713厂的J0601数字式测向接收机，该接收机为板卡式，采用PCI总线结构和模块化设计，一块模板就是一个接收通道，采用两块板卡即可组成双信道。接收机模板可插在带有PCI插槽的计算机内，用压条固定，构成先进的嵌入式接收机计算机组合的虚拟仪器平台。

所述的测向控制处理模块5(型号为DFC050E)是系统各部分控制驱动单元和直流供电单元。处理模块通过接口与嵌入式计算机系统6进行通讯，接受计算机的控制指令，对电旋开关单元、RF放大器模块、测向接收机等进行控制，使系统按着软件程序进行监测和测向。

所述的嵌入式计算机系统6。内置的嵌入式计算机为研华公司的ARK-3380，测向软件被固化在嵌入式计算机内，因而设备运行的可靠性得到增强，同时体积、功耗也大大减小。硬件“看门狗”可以在异常状态下或断电时迅速复位并快速启动至程序运行状态。内置的嵌入式Linux系统，可以使得系统软件内核容量大大减小，硬件配置裁减至适合程度。应用软件为我公司研发的机载多自由度快速运动或空中滞留非稳定状态下的专用智能化监测测向软件，其具有机载监测测向设备完备的侦查功能和信号分析处理功能。该计算机系统除了执行程序(包括存储、打印)外，还对大量的数据、音频、视频等进行处理，它通过对大量采集的信息数据进行复杂的统计算法和运动状态修正补偿算法(如自相关算法、相位检波算法、HILBERT变换、FFT算法等)，从而得出信号的方位。

所述的电源模块7是系统供电单元，可将220VAC交流电转换为直流电。还配备了电池组。

系统采用无线传输，5.4GHz无线扩频通信传输，飞行器上装有小尺寸平板发射接收天线、地面配以全向发射接收天线。

Claims

1、无人直升机机载空中频谱监测设备，其特征是手提式机箱内置高、低端电旋开关单元、RF放大器模块、板卡式测向接收机、测向控制处理模块、嵌入式计算机系统；所述的载测向天线阵列的信号输出端与手提式机箱内置的高、低端电旋开关单元的第一信号输入端相接，高、低端电旋开关单元的信号输出端与RF放大器模块的信号输入端相接，RF放大器模块的信号输出端与板卡式测向接收机的信号输入端相接，RF放大器模块的信号输出/输入端与测向控制处理模块的第一输入/输出端对应相接；板卡式测向接收机的信号输入/输出端与嵌入式计算机系统的第一输出/输入端对应相接；测向控制处理模块的第二信号输入/输出端与嵌入式计算机系统的第二信号输出/输入端对应相接；机载电源模块提供工作电源。

2、根据权利要求1所述的无人直升机机载空中频谱监测设备，其特征是所述的机载测向天线阵列倒着吊挂在飞行器的底部，分高低两个频段，各由五单元垂直偶极子组成同心圆阵，其中低端天线阵的工作频段为30MHz～1000MHz，由五单元有源垂直偶极子天线组成，直径16mm；阵列直径760mm，含全封闭圆形天线罩，单元偶极子长度280mm；高端天线阵的工作频段为1000MHz～3000MHz，由五单元无源垂直偶极子天线组成，直径17mm；阵列直径有所缩小，单元偶极子长度130mm；天线总高度400mm，含天线罩，阻抗为50Ω，接口为N型插座。

3、根据权利要求1所述的无人直升机机载空中频谱监测设备，其特征是所述的高、低端电旋开关单元，根据频段分为低端电旋开关单元和高端电旋开关单元，受测向控制处理模块的控制和供电；其中低端电旋开关单元的工作频率为30MHz～1000MHz，内部包括SW-5/2-ML低端电旋开关、SPL-1/2功率分配器和SPL-1/5功率分配器；它相当于一个高频电子开关，它有5个信号输入端、2个信号输出端、1个控制/供电端口、1个自校信号输入端和1个自校信号输出端，它受控同时打通主路、辅路两路信号通道和自校信号通道；SPL-1/2功率分配器是把自校信号分成两路，其中一路经SPL-1/5功率分配器又被分成5路，引入低端电旋开关，用于对30MHz～1000MHz频段工作的系统进行自校；另一路自校信号被送到高端电旋开关单元中，用于高频段系统的自校；高端电旋开关单元的工作频率为1000MHz～3000MHz，内部包括SW-5/2-MH高端电旋开关和SPL-1/5功率分配器；它也是一个高频电子开关，它有5个信号输入端、2个信号输出端、1个控制/供电端口、1个自校信号输入端，它受控同时打通主路、辅路两路信号通道和自校信号通道；从低端电旋开关单元分出的一路自校信号经SPL-1/5功率分配器后被分成5路，用于对1000MHz～3000MHz频段工作的系统进行自校。