CN211826535U - 一种机载定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种机载定位系统，包括：机载定位数据采集器、GPS显示控制器、地面控制单元、机载电台、对时单元、记录器，其中，所述机载定位数据采集器分别与所述GPS显示控制器、所述地面控制单元、所述机载电台、所述对时单元、所述记录器连接，所述机载定位数据采集器通过GPS接收天线接收GPS数据。本实用新型提供的机载定位系统，通过机载定位数据采集器可以实现对大数据的采集处理，且处理速度快。

Description

一种机载定位系统

技术领域

本实用新型属于航天机载数据处理技术领域，具体涉及一种机载定位系统。

背景技术

随着现代航空电子技术的发展，为满足飞机的飞行需要，对机载定位数据的获取提出了更高的需求。目前，大多通过GPS主机获取GPS定位数据，然后变换为不同数据格式。但是传统的GPS主机获取的数据量有限，而通过增加GPS主机提高数据量获取的方式导致机载定位系统体积增加，数据处理速度降低。基于对数据处理速度的更高要求，在机载定位系统中必须充分考虑这些问题，从而实现体积小、功耗小、处理速度快的机载定位系统。

实用新型内容

为了解决现有技术中的不足，本实用新型提供了一种机载定位系统，该机载定位系统包括：

机载定位数据采集器、GPS显示控制器、地面控制单元、机载电台、对时单元、记录器，其中，

所述机载定位数据采集器分别与所述GPS显示控制器、所述地面控制单元、所述机载电台、所述对时单元、所述记录器连接，所述机载定位数据采集器通过GPS接收天线接收GPS数据。

在本实用新型的一个实施例中，所述机载定位数据采集器包括GPS接收卡、单片机、可编程逻辑器件FPGA，其中，

所述GPS接收卡分别与所述单片机、所述可编程逻辑器件FPGA连接，所述单片机还与所述可编程逻辑器件FPGA、所述GPS显示控制器、所述地面控制单元、所述机载电台、所述对时单元、所述记录器连接，所述可编程逻辑器件FPGA还与所述机载电台、所述对时单元、所述记录器连接，所述GPS接收卡通过所述GPS接收天线接收GPS数据。

在本实用新型的一个实施例中，所述GPS接收卡型号为OEM4系列。

在本实用新型的一个实施例中，所述GPS接收卡型号为OEM4-G2L。

在本实用新型的一个实施例中，所述单片机型号为C8051F021系列。

在本实用新型的一个实施例中，所述可编程逻辑器件FPGA型号为Cyclone系列。

在本实用新型的一个实施例中，所述机载定位数据采集器还包括CF卡，所述CF卡与所述单片机、所述可编程逻辑器件FPGA连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述机载定位数据采集器通过ARINC429总线与所述机载电台连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述机载定位数据采集器通过RS232总线与所述记录器连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的机载定位系统，通过机载定位数据采集器可以实现对大数据的采集处理，且处理速度快。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种机载定位系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种机载定位系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种机载定位系统中机载定位数据采集器的外部前面板结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种机载定位系统中机载定位数据采集器的外部后面板结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

请参见图1、图2，图1为本实用新型实施例提供的一种机载定位系统的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的一种机载定位系统中机载定位数据采集器的结构示意图。本实用新型提供了一种机载定位系统，该机载定位系统包括：机载定位数据采集器、GPS显示控制器、地面控制单元、机载电台、对时单元、记录器，其中，

机载定位数据采集器分别与GPS显示控制器、地面控制单元、机载电台、对时单元、记录器连接，机载定位数据采集器通过GPS接收天线接收GPS数据。

具体而言，传统的GPS定位通过GPS主机获取GPS定位数据，但传统的GPS对于大数据的处理，处理速度比较慢，甚至无法进行大数据的定位处理。基于上述存在的问题，本实施例提供了一种机载定位系统，该机载定位系统中的机载定位数据采集器通过GPS接收天线接收GPS数据，并将接收的GPS数据分别通过GPS显示控制器、机载电台、记录器进行显示控制、传输、存储等处理，并分析接收的GPS数据通过地面控制单元对地面计算机进行设置实现地面数据的有效处理，以及通过对时单元进行内部时间自动设定、同步。

本实施例机载定位数据采集器可以实现对大数据的采集处理，且处理速度快。

进一步地，本实施例机载定位数据采集器包括GPS接收卡、单片机、可编程逻辑器件FPGA。

具体而言，请再参见图2，本实施例机载定位数据采集器中：GPS接收卡分别与单片机、可编程逻辑器件FPGA连接，单片机还与可编程逻辑器件FPGA、GPS显示控制器、地面控制单元、机载电台、对时单元、记录器连接，可编程逻辑器件FPGA还与机载电台、对时单元、记录器连接，GPS接收卡通过GPS接收天线接收GPS数据。

其中，本实施例GPS接收卡优选加拿大NovAtel公司的OEM4型GPS接收卡，更优先为OEM4-G2L型GPS接收卡，OEM4-G2L型接收卡是当前GPS发展的最新技术，同时与以前使用的GPS接收卡相兼容，又满足机载测试的使用条件。OEM4-G2L型GPS接收卡采用了最先进的GPS技术，它高度集成，且增设外部电压和温度控制功能，基于OEM4-G2L产品在GPS精密定位、大地测量、船舶引航、车辆、飞行器高精度导航及航空测量与变形监测等方面有着广泛的应用。在GPS动态测量方面，OEM4-G2L产品有着优良的表现。

其中，本实施例单片机优选美国Cygnal公司生产的C8051F021系列单片机。C8051F021系列器件使用Cygnal的微控制器内核CIP-51与MCS-51TM指令集完全兼容，可以使用标准803x/805x的汇编器和编译器进行软件开发CIP-51内核，具有标准8051的所有外设部件包括：5个16位的计数器/定时器、两个全双工UART、256字节内部RAM、128字节特殊功能寄存器、SFR地址空间及8/4个字节宽的I/O端口。CIP-51采用流水线结构与标准的8051结构相比指令执行速度有很大的提高。在一个标准的8051中除MUL和DIV以外，所有指令都需要12或24个系统时钟周期，最大系统时钟频率为12～24MHz，而对于CIP-51内核70％的指令的执行时间为1或2个系统时钟周期只有4条指令的执行时间大于4个系统时钟周期。C8051F021是真正能独立工作的片上系统，所有模拟和数字外设均可由用户固件配置为使能或禁止。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储并允许现场更新8051固件。片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式、不占用片内资源全速在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点观察点单步运行和停机命令。在使用JTAG调试时所有的模拟和数字外设都可全功能运行。每个MCU都可在工业温度范围-45到+85，内用2.7V～3.6V的电压工作。端口I/O、/RST和JTAG引脚都容许5V的输入信号电压。本实施例采用的C8051F021系列单片机在机载定位系统中主要作用为管理、控制、计算，具体地，单片机完成了对可编程器件FPGA的初始值设定、对时单元中时间芯片时间数据的读取、GPS接收卡接收的GPS定位数据的二次解算、记录器通过RS232总线数据发送的管理、机载电台通过ARINC429总线数据收发的管理，以及机载显示控制器的数据发送管理等。

其中，本实施例可编程逻辑器件FPGA优选美国Altera公司生产的Cyclone系列FPGA。Altera Cyclone FPGA基于成本优化的全铜1.5V SRAM工艺，包括2910至20060个逻辑单元，具有多达294912bit的嵌入RAM。Cyclone系列FPGA支持各种单端I/O标准如LVTTL、LVCMOS、PCI和SSTL-2/3，通过LVDS和RSDS标准提供多达129个通道的差分I/O支持。每个LVDS通道传输速率高达640Mbps。Cyclone系列FPGA器件具有双数据速率(DDR)、SDRAM和FCRAM接口的专用电路。Cyclone系列FPGA中有两个锁相环(PLLs)提供六个输出和层次时钟结构，以及复杂设计的时钟管理。AlteraCyclone系列FPGA在同ASIC和ASSP相竞争的价格点上提供了可编程逻辑优势。它可提供如嵌入存储器、外部存储器接口和时钟管理电路等优越特性。Cyclone系列FPGA是基于成本优化的，相对传统的FPGA，全铜工艺的1.5V SRAM工艺仅为其一半的成本，但依然提供了强大的功能。Cyclone系列FPGA提供了全功能的锁相环(PLL)，用于板级的时钟网络管理和专用I/O接口，这些接口用于连接业界标准的外部存储器器件。Altera的NiosII系列嵌入式处理器的IP资源也可以用于Cyclone系列FPGA的开发。本实施例通过采用的Cyclone系列的FPGA主要完成了对GPS接收卡接收的GPS定位数据的计算、记录器通过RS232总线的GPS定位数据的接收与整理、机载电台通过ARINC429总线的上行差分数据的接收与转发、对时单元中对时时间产生和IRIG B产生的DDS电路实现等。

本实施例机载定位数据采集器还包括CF卡，CF卡通过IDE接口与单片机、可编程逻辑器件FPGA连接，用于对机载定位数据采集器中单片机、可编程逻辑器件FPGA处理后的GPS定位数据进行本地存储。

本实施例机载定位数据采集器外壳设计采用驾驶舱安装设备标准尺寸，具体采用XSD-31型机载驾驶舱安装设备标准尺寸，外形尺寸为168mm×148mm×80mm，机载定位数据采集器外壳整体颜色为橘红色，且在飞机上安装采用标准蛛丝扣安装，也可通过自制卡箍捆绑安装。本实施例XSD-31型机载定位数据采集器比如采用中航一集团沈阳兴华航空电器有限责任公司生产的符合美国军用标准MIL-DTL-3899K标准的JY27系列II型圆形电连接器作为型号输入输出，该系列电连接器采用卡口连接方式，具有快速连接与分离、体积小、重量轻、壳体短和接触压接等优点。请参见图3、图4，图3为本实用新型实施例提供的一种机载定位系统中机载定位数据采集器的外部前面板结构示意图，图4为本实用新型实施例提供的一种机载定位系统中机载定位数据采集器的外部后面板结构示意图，图3、图4说明了机载定位数据采集器与外部各单元或器件的连接关系。

本实施例机载定位数据采集器采用GPS接收卡、单片机与可编程逻辑器件FPGA集成的方式，尤其选用了OEM4-G2L型GPS接收卡、C8051F021系列单片机、Cyclone系列FPGA，不仅体积小、功耗小，而且提高了数据处理速度，适用于大数据的处理，进而提高了产品的可靠性。

进一步地，本实施例GPS显示控制器通过RS232总线与机载定位数据采集器中单片机连接，包括机载GPS系统的显示部分、机载GPS系统的控制部分，它接收机载定位数据采集器发送的有关信息，机载定位数据采集器每秒发送大于10Hz的定位数据给GPS显示控制器，GPS显示控制器根据自身运行情况，每秒显示1次或2次定位点即可，最后将飞行、导航参数以文本和图形的方式显示在显控器的显示屏上，供测试人员及飞行员参考。本实施例GPS显示控制器不断监视GPS定位数据、导航信息和系统工作状态，具有实时GPS导航功能，还可以通过GPS显示控制器输入航路点(数量不小于100个)，并且对输入的航路点进行保存，该GPS显示控制器为机载试飞员飞行导航的得力助手。

进一步地，本实施例地面控制单元通过RS232总线与机载定位数据采集器中单片机连接，通过单片机对GPS接收卡采集的GPS定位数据进行分析处理，并根据分析处理结果对地面计算机进行相关数据设置，比如机载飞机号、时间类型、IRIG B AC码幅度等。

进一步地，本实施例机载电台通过ARINC429总线与机载定位数据采集器中单片机、可编程逻辑器件FPGA连接，以ARINC429总线标准输出经单片机、可编程逻辑器件FPGA处理的GPS定位数据，其中主要包括经度、纬度、高度、速度、航迹角以及时间、系统状态等信息，用于后续地面对该GPS定位数据的需要。

进一步地，本实施例对时单元与机载定位数据采集器中单片机、可编程逻辑器件FPGA连接，并输出IRIG-B121码，具体IRIG-B121码为一路单端、2路差动输出，机载工作人员根据IRIG-B121码输出波形调整IRIG B码从而实现符合测试设备的输入电气标准。

进一步地，本实施例记录器通过RS232总线与机载定位数据采集器中单片机、可编程逻辑器件FPGA连接，以RS232C电平标准输出经单片机、可编程逻辑器件FPGA处理的GPS定位数据，其中主要包括经度、纬度、高度、速度、时间等信息，实时记录GPS定位数据，用于后续地面或机载工作人员对该GPS定位数据的需要。

需要说明的是，本实施例机载定位系统中CF卡、GPS显示控制器、地面控制单元、机载电台、对时单元、记录器的型号不限，具体根据实际设计需要进行配置。

本实施例提供的机载定位系统，实现了对大数据的高速处理，具有实时导航功能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种机载定位系统，其特征在于，包括：机载定位数据采集器、GPS显示控制器、地面控制单元、机载电台、对时单元、记录器，其中，

所述机载定位数据采集器分别与所述GPS显示控制器、所述地面控制单元、所述机载电台、所述对时单元、所述记录器连接，所述机载定位数据采集器通过GPS接收天线接收GPS数据。

2.根据权利要求1所述的机载定位系统，其特征在于，所述机载定位数据采集器包括GPS接收卡、单片机、可编程逻辑器件FPGA，其中，

所述GPS接收卡分别与所述单片机、所述可编程逻辑器件FPGA连接，所述单片机还与所述可编程逻辑器件FPGA、所述GPS显示控制器、所述地面控制单元、所述机载电台、所述对时单元、所述记录器连接，所述可编程逻辑器件FPGA还与所述机载电台、所述对时单元、所述记录器连接，所述GPS接收卡通过所述GPS接收天线接收GPS数据。

3.根据权利要求2所述的机载定位系统，其特征在于，所述GPS接收卡型号为OEM4系列。

4.根据权利要求3所述的机载定位系统，其特征在于，所述GPS接收卡型号为OEM4-G2L。

5.根据权利要求2所述的机载定位系统，其特征在于，所述单片机型号为C8051F021系列。

6.根据权利要求2所述的机载定位系统，其特征在于，所述可编程逻辑器件FPGA型号为Cyclone系列。

7.根据权利要求2所述的机载定位系统，其特征在于，所述机载定位数据采集器还包括CF卡，所述CF卡与所述单片机、所述可编程逻辑器件FPGA连接。

8.根据权利要求1所述的机载定位系统，其特征在于，所述机载定位数据采集器通过ARINC429总线与所述机载电台连接。

9.根据权利要求1所述的机载定位系统，其特征在于，所述机载定位数据采集器通过RS232总线与所述记录器连接。

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