CN208350991U - 一种基于相控阵天线的时间式信标回收机 - Google Patents
一种基于相控阵天线的时间式信标回收机 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于相控阵天线的时间式信标回收机，所述的信标回收机包括主控板，与主控板电连接并在其控制下工作的射频模块、相控阵天线、电子罗盘、全向天线、测时模块、显示屏和电源，其中射频模块和相控阵天线配合以便发射特定频率的电磁波，电子罗盘用于标定正北方向，全向天线用于发射和接收信号，电源为整个信标回收机供电。本实用新型所公开的信标回收机，不依赖天线阵列，只用两个天线，结构简单，适合在环境多变的甲板使用。
Description
技术领域
本实用新型属于海洋探测信标回收领域，特别涉及该领域中的一种基于相控阵天线的时间式信标回收机。
背景技术
随着陆地资源日益紧缺，人类再次将目光投向了占地球面积71%的海洋。21世纪，人类进入了大规模开发利用海洋的时期。为了探索海洋，各式各样的探测设备被陆续研制，投诸实践。这些设备或被投放深海进行探测，或漂浮海面搜集数据，在人类探知海洋的过程中，发挥重要作用。
由于深海洋流难测，海面波浪不定，海洋探测设备往往因此发生位置的不定向偏移。深海探测设备完成探测工作后，其浮出水面后所处的位置往往会偏离投放地的位置，这种位置的偏差会因洋流的作用而难以判定，偏差距离高达数公里，偏差方向更是未知。
传统的信标机采用GPS模块采集位置信息后通过电台发送出去，信标接收机接收到该数据后，根据自身的GPS数据进行计算，得出信标机的方位，实现对信标机的定位，其使用的电台模块不仅体积大，而且功耗高，定位方法完全依赖GPS。
时间式定位测角原理需要用到可以发射窄波束的定向天线，并要求该定向天线可以匀速扫描，机械式天线虽然能通过对天线结构的设计形成窄的方向特性，但快速扫描时的机械震动强烈，会引入转速等机械误差，同时主瓣波束往往不够尖锐，还容易受到副瓣干扰。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种不依赖GPS技术的基于相控阵天线的时间式信标回收机及回收方法。
本实用新型采用如下技术方案：
一种基于相控阵天线的时间式信标回收机，其改进之处在于：所述的信标回收机包括主控板，与主控板电连接并在其控制下工作的射频模块、相控阵天线、电子罗盘、全向天线、测时模块、显示屏和电源，其中射频模块和相控阵天线配合以便发射特定频率的电磁波，电子罗盘用于标定正北方向，全向天线用于发射和接收信号，电源为整个信标回收机供电。
进一步的，所述的主控板是以单片机或微控制器为数据处理中心的控制电路。
进一步的，所述的射频模块可以产生可调信号。
进一步的，所述的相控阵天线为二维相控阵天线，阵元排列成长方形，可在水平方向以扇面快速扫描的形式发射窄波束信号。
进一步的，所述的显示屏是可以进行数据显示和图像绘制的串口屏。
进一步的，所述的电源为线性电源。
进一步的，所述信标回收机的电路部分置于防水防震的防护箱内。
一种基于相控阵天线的时间式信标回收方法，使用上述的信标回收机，其改进之处在于，包括如下步骤：
（1）信标回收机上电后，相控阵天线开始沿着水平方向作顺时针扇面扫描，发射的信号记为信号A，电子罗盘为信标回收机提供正北方向；
（2）当相控阵天线的主瓣指向正北时，测时模块开始计时，同时全向天线向外发射信号B；
（3）信标机接收到相控阵天线或者全向天线发射的信号都会立即转发，当全向天线接收到信标机转发的信号A时，记录时间间隔为t1，当全向天线接收到信标机转发的信号B时，记录时间间隔为t2；如全向天线既接收不到信号B又接收不到信号A，需要返回步骤（1）重做；如全向天线可以接收到信号B却接收不到信号A，需要180度水平旋转相控阵天线后再返回步骤（1）重做；
（4）根据t2以及光速可以计算出信标回收机和信标机之间的距离；根据相控阵天线的扫描角速度以及时间t1和t2，可以计算出当相控阵天线的窄波束信号指向信标机时的角度，结合电子罗盘提供的正北方向，可以得到信标机相对信标回收机以正北为参考的方向；确定距离和方向后即实现了对信标机的定位。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型所公开的信标回收机，不依赖天线阵列，只用两个天线，结构简单，适合在环境多变的甲板使用。使用相控阵天线发射窄波束信号，既可实现高速扫描，又能避免机械式天线在高速旋转时发生的惯性问题。此外相控阵天线不同于机械式定向天线，可以提供尖锐的窄方向波束，且可以通过程序设置以降低副瓣干扰，大大提高定位精度。
本实用新型所公开的回收方法，采用时间式定位方法，只需测量两个时间值就可以实现定位，只要测时芯片精度高，就能保证定位精度，整体方法简单，适合嵌入式平台使用。
附图说明
图1是本实用新型实施例1所公开信标回收机的组成示意图；
图2是本实用新型实施例1所公开回收方法的流程示意图；
图3是本实用新型实施例1所公开回收方法中相控阵天线的测时原理示意图；
图4是本实用新型实施例1所公开回收方法中全向天线的测时原理示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种基于相控阵天线的时间式信标回收机，所述的信标回收机包括主控板，与主控板电连接并在其控制下工作的射频模块、相控阵天线、电子罗盘、全向天线、测时模块、显示屏和电源，其中射频模块和相控阵天线配合以便发射特定频率的电磁波，电子罗盘用于标定正北方向，全向天线用于发射和接收信号，电源为整个信标回收机供电，最终解算的结果通过显示屏直观地显示出来。
在本实施例中，所述的主控板是以单片机或微控制器为数据处理中心的控制电路。所述的射频模块可以产生可调信号。所述的相控阵天线为二维相控阵天线，阵元排列成长方形，可在水平方向以扇面快速扫描的形式发射窄波束信号，其扫描角速度可知，主瓣足够窄，副瓣足够小。所述的测时模块要求具有很高的精度，以便可以高精度的测算时间间隔。所述的显示屏是可以进行数据显示和图像绘制的串口屏。所述的电源为线性电源。所述信标回收机的电路部分置于防水防震的防护箱内。
如图2所示，本实施例还公开了一种基于相控阵天线的时间式信标回收方法，使用上述的信标回收机，包括如下步骤：
（1）信标回收机上电后，相控阵天线开始沿着水平方向作顺时针扇面扫描，发射的信号记为信号A，电子罗盘为信标回收机提供正北方向；
（2）当相控阵天线的主瓣指向正北时，测时模块开始计时，同时全向天线向外发射信号B；
（3）信标机接收到相控阵天线或者全向天线发射的信号都会立即转发，如图3所示，当全向天线接收到信标机转发的信号A时，记录时间间隔为t1，如图4所示，当全向天线接收到信标机转发的信号B时，记录时间间隔为t2；如全向天线既接收不到信号B又接收不到信号A，需要返回步骤（1）重做；由于相控阵天线不能360度扫描，如全向天线可以接收到信号B却接收不到信号A，需要180度水平旋转相控阵天线后再返回步骤（1）重做；
（4）根据t2以及光速可以计算出信标回收机和信标机之间的距离；根据相控阵天线的扫描角速度以及时间t1和t2，可以计算出当相控阵天线的窄波束信号指向信标机时的角度，结合电子罗盘提供的正北方向，可以得到信标机相对信标回收机以正北为参考的方向；确定距离和方向后即实现了对信标机的定位。
Claims (7)
1.一种基于相控阵天线的时间式信标回收机，其特征在于：所述的信标回收机包括主控板，与主控板电连接并在其控制下工作的射频模块、相控阵天线、电子罗盘、全向天线、测时模块、显示屏和电源，其中射频模块和相控阵天线配合以便发射特定频率的电磁波，电子罗盘用于标定正北方向，全向天线用于发射和接收信号，电源为整个信标回收机供电。
2.根据权利要求1所述的基于相控阵天线的时间式信标回收机，其特征在于：所述的主控板是以单片机或微控制器为数据处理中心的控制电路。
3.根据权利要求1所述的基于相控阵天线的时间式信标回收机，其特征在于：所述的射频模块可以产生可调信号。
4.根据权利要求1所述的基于相控阵天线的时间式信标回收机，其特征在于：所述的相控阵天线为二维相控阵天线，阵元排列成长方形，可在水平方向以扇面快速扫描的形式发射窄波束信号。
5.根据权利要求1所述的基于相控阵天线的时间式信标回收机，其特征在于：所述的显示屏是可以进行数据显示和图像绘制的串口屏。
6.根据权利要求1所述的基于相控阵天线的时间式信标回收机，其特征在于：所述的电源为线性电源。
7.根据权利要求1所述的基于相控阵天线的时间式信标回收机，其特征在于：所述信标回收机的电路部分置于防水防震的防护箱内。
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| CN109031280A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-12-18 | 中国海洋大学 | 一种基于相控阵天线的时间式信标回收机及回收方法 |
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2018
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| CN109031280B (zh) * | 2018-06-25 | 2023-08-11 | 中国海洋大学 | 一种基于相控阵天线的时间式信标回收机及回收方法 |
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