CN212903232U - 一种机载无线电罗盘及高度表模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及航空航天测向测高领域，公开了一种机载无线电罗盘及高度表模块，包括ADF功能模块、ALT功能模块、电源模块和接口模块；ADF功能模块包括调制模块、纵向环形天线、横向环形天线、信号转换模块、混频模块、频率合成器、检波模块、方位解算模块、音频处理模块、两个平衡调制器和两个鉴相器，ALT功能模块包括发射天线、接收天线、微波组件、模拟前端模块和测高计算模块；接口模块分别与ADF功能模块和ALT功能模块连接；电源模块分别与ADF功能模块和ALT功能模块相连，接口模块分别与ADF功能模块和ALT功能模块相连。本实用新型实现了无线电罗盘及低高度高度表一体化，在有限的空间和功耗约束下实现了两种机载产品的功能。

Description

一种机载无线电罗盘及高度表模块

技术领域

本实用新型涉及航空航天测向测高领域，具体地涉及一种机载无线电罗盘及高度表模块。

背景技术

无线电罗盘为供飞机测向用的最早的无线电导航设备。机上无线电罗盘接收自地面归航台发射来的电磁波，用环形天线手动或自动跟踪电磁波来向，连续测量飞机纵轴与电磁波来向的夹角，即相对方位角，相对方位角按顺时针方向计量，并用指示器指示。飞机通常需要测量方位角以及飞行高度，而现有技术中，无线电罗盘与高度表为两个独立功能，没有实现一体化设计。

实用新型内容

本实用新型提供一种机载无线电罗盘及高度表模块，从而解决现有技术的上述问题。

一种机载无线电罗盘及高度表模块，包括ADF功能模块、ALT功能模块、电源模块和接口模块；自动定向仪(ADF，Automatic Direction Finder)功能模块包括调制模块、纵向环形天线、横向环形天线、信号转换模块、混频模块、频率合成器、检波模块、方位解算模块、音频处理模块、两个平衡调制器和两个鉴相器；测高(ALT，Altitude)功能模块包括发射天线、接收天线、微波组件、模拟前端模块和测高计算模块；接口模块包括通用总线模块、离散量模块、电磁兼容性(EMC，Electro Magnetic Compatibility)防护模块；接口模块分别与ADF功能模块和ALT功能模块连接；电源模块分别与ADF功能模块和ALT功能模块相连，接口模块分别与ADF功能模块和ALT功能模块相连。

进一步的，电源模块包括依次相连的电磁兼容性(EMC，Electro MagneticCompatibility)滤波模块、电路保护模块、DC/DC转换模块、低压差线性稳压器(LDO，LowDropout Regulator)模块、滤波隔离模块；电源模块与外部电源进行连接。

进一步的，两个平衡调制器包括第一平衡调制器和第二平衡调制器，纵向环形天线和横向环形天线分别与第一平衡调制器和第二平衡调制器对应连接；纵向环形天线、横向环形天线用于分别接收地面电台信号、并将地面电台信号分别发送至第一平衡调制器和第二平衡调制器，调制模块分别与第一平衡调制器和第二平衡调制器连接，调制模块输出的调制低频正弦信号和调制低频余弦信号分别输入至第一平衡调制器和第二平衡调制器；第一平衡调制器和第二平衡调制器分别与信号转换模块相连，信号转换模块、频率合成器分别与混频模块的一端相连，混频模块的另一端与检波模块相连，混频模块用于将信号转换模块输出的叠加信号与频率合成器输出的本振信号进行混频、并将混频后得到的中频信号输入至检波模块；检波模块，用于对中频信号进行检波、并输出音频识别信号和包含方位角的低频信号；检波模块与音频处理模块连接，音频处理模块用于接收检波模块输出的音频识别信号、并对音频识别信号进行音频处理；两个鉴相器包括第一鉴相器和第二鉴相器，两个鉴相器的输入端分别与所述检波模块相连，两个鉴相器的输入端还分别与所述调制模块相连，两个鉴相器用于分别对检波模块输出的包含方位角的低频信号以及调制模块输出的低频正弦信号和低频余弦信号进行鉴相、并将鉴相后的信号经过低通滤波后分别输出包含方位角的正弦信号和包含方位角的余弦信号；方位解算模块与所述两个鉴相器的输出端相连，方位解算模块用于对两个鉴相器分别输出的包含方位角的正弦信号和包含方位角的余弦信号进行方位解算。

进一步的，频率合成器包括电源稳压模块、小数分频电路模块、18.6M温补晶振模块、功率分配模块、两个滤波放大模块和两个阻抗匹配模块；小数分频电路模块的一端连接有SPI总线控制模块，两个滤波放大模块包括第一滤波放大模块和第二滤波放大模块，两个阻抗匹配模块包括第一阻抗匹配模块和第二阻抗匹配模块，小数分频电路模块与第一滤波放大模块的一端连接，第一阻抗匹配模块的另一端与第一滤波放大模块连接，18.6M温补晶振模块与功率分配模块的输入端连接，功率分配模块的第一输出端与小数分频电路模块连接，功率分配模块的第二输出端与第二阻抗匹配模块的一端连接，第二阻抗匹配模块的另一端连接，第二滤波放大模块输出第二本振信号。

进一步的，ALT功能模块包括发射天线、接收天线、微波组件、模拟前端模块和测高计算模块；模拟前端模块包括锯齿波模块、鉴频器、伺服环路模块；测高计算模块包括自动增益控制(AGC，Automatic Gain Control)模块、发射频率控制模块、高度解算模块；发射天线和所述接收天线分别通过所述微波组件与模拟前端模块连接，所述模拟前端模块与所述测高计算模块连接；锯齿波模块包括锯齿波发生器，所述锯齿波发生器用于产生锯齿波信号，锯齿波信号经过压控振荡器振荡产生一个调频带宽为ΔF的调频连续波信号，调频连续波信号通过微波组件后经发射天线发射至地面或海面，时间延迟τ后所述调频连续波信号由地面或海面反射回所述接收天线，接收天线将接收到的调频连续波信号依次通过微波组件、伺服环电路传输至混频器，鉴频器用于测量ALT功能模块的差拍频率f_b；AGC控制模块用于控制伺服环路模块的增益；高度解算模块用于根据ALT功能模块的差拍频率、调频范围ΔF对测量高度进行解算；所述测量高度

T为调制周期，T_i为设备安装延时，C为电磁波在空气中的传播速度。

本实用新型的有益效果是：本实用新型实现了无线电罗盘及低高度高度表一体化，在有限的空间和功耗约束下实现了两种机载产品的功能。本实用新型能够实现测向角度、导航音和测高的高度数据的数字化，本实用新型能够作为子模块适配多种通信导航识别系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例一提供的机载无线电罗盘及高度表模块的结构示意图。

图2为本实施例一提供的ADF功能模块的结构示意图。

图3为本实施例一提供的频率合成器的结构示意图。

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，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方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用来区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本实用新型的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他单元。

实施例一，一种机载无线电罗盘及高度表模块，如图1所示，包括ADF功能模块、ALT功能模块、电源模块和接口模块；ADF功能模块包括调制模块、纵向环形天线、横向环形天线、信号转换模块1、混频模块、频率合成器、检波模块、方位解算模块、音频处理模块、两个平衡调制器和两个鉴相器；ALT功能模块包括发射天线、接收天线、微波组件、模拟前端模块和测高计算模块；接口模块包括通用总线模块、离散量模块、EMC防护模块；接口模块分别与ADF功能模块和ALT功能模块连接；电源模块分别与ADF功能模块和ALT功能模块相连，接口模块分别与ADF功能模块和ALT功能模块相连。

电源模块包括依次相连的EMC滤波模块、电路保护模块、DC/DC转换模块、低压差线性稳压器(LDO，Low Dropout Regulator)模块、滤波隔离模块；电源模块与外部电源进行连接。电路保护模块用于防止电路过压、过流、欠压现象发生，并对电路起到极性防护作用。

如图2所示，两个平衡调制器包括第一平衡调制器和第二平衡调制器，纵向环形天线和横向环形天线分别与第一平衡调制器和所述第二平衡调制器对应连接；纵向环形天线(即正弦天线)、横向环形天线(即余弦天线)用于分别接收地面电台信号、并将地面电台信号分别发送至第一平衡调制器和第二平衡调制器，调制模块分别与第一平衡调制器和第二平衡调制器连接，调制模块输出的调制低频正弦信号和调制低频余弦信号分别输入至第一平衡调制器和第二平衡调制器；第一平衡调制器和第二平衡调制器分别与信号转换模块相连，信号转换模块、频率合成器分别与混频模块的一端相连，混频模块的另一端与所述检波模块相连，混频模块用于将信号转换模块输出的叠加信号与频率合成器输出的本振信号进行混频、并将混频后得到的中频信号V9输入至检波模块；检波模块，用于对中频信号V9进行检波、并输出音频识别信号和包含方位角的低频信号V10,低频信号V10的表达式为V10＝Kcos(ωt-θ)，θ为方位角，ω为角频率，K为振幅；检波模块与音频处理模块连接，音频处理模块用于接收检波模块输出的音频识别信号V10、并对音频识别信号V10进行音频处理；两个鉴相器包括第一鉴相器和第二鉴相器，两个鉴相器的输入端分别与检波模块相连，两个鉴相器的输入端还分别与调制模块相连，两个鉴相器用于分别对检波模块输出的包含方位角的低频信号V10以及调制模块输出的低频正弦信号和低频余弦信号进行鉴相,获得鉴相后的正弦信号

和鉴相后的余弦信号

将鉴相后的信号经过低通滤波后分别输出包含方位角的正弦信号V12＝K′sinθ和包含方位角的余弦信号V11＝K′cosθ；方位解算模块与两个鉴相器的输出端相连，方位解算模块用于对两个鉴相器分别输出的包含方位角的正弦信号V12和包含方位角的余弦信号V11进行方位解算,获得方位角

本实用新型采用了超外差二次变频技术，ADF功能模块将外部低频信号(地面电台信号)通过二次混频变为中频信号，音频处理模块用于接收检波模块输出的音频识别信号V10、并对音频识别信号V10进行音频处理，将音频识别信号V10经过晶体滤波器后抑制带外噪声，检波出导航音。同时本实用新型利用ADF功能模块内部调制模块生成的低频调制信号(调制低频正弦信号和调制低频余弦信号)，经天线(正弦天线和余弦天线)正交及垂直天线作用，在检波后通过数字解算，计算出相对方位角。导航音及方位角均通过接口模块的数字总线(即通用总线模块)进行对外传输。

如图3所示，频率合成器包括电源稳压模块、小数分频电路模块、18.6M温补晶振模块、功率分配模块、两个滤波放大模块和两个阻抗匹配模块；小数分频电路模块的一端连接有SPI总线控制模块，两个滤波放大模块包括第一滤波放大模块和第二滤波放大模块，两个阻抗匹配模块包括第一阻抗匹配模块和第二阻抗匹配模块，小数分频电路模块与第一滤波放大模块的一端连接，第一阻抗匹配模块的另一端与第一滤波放大模块连接，18.6M温补晶振模块与功率分配模块的输入端连接，功率分配模块的第一输出端与小数分频电路模块连接，功率分配模块的第二输出端与第二阻抗匹配模块的一端连接，第二阻抗匹配模块的另一端连接，第二滤波放大模块输出第二本振信号。频率合成器用于为ADF功能模块提供第一本振和第二本振信号。

ALT功能模块包括发射天线、接收天线、微波组件、模拟前端模块和测高计算模块(见图1)；模拟前端模块包括锯齿波模块、鉴频器、伺服环路模块；测高计算模块包括自动增益控制(AGC，Automatic Gain Control)模块、发射频率控制模块、高度解算模块；发射天线和所述接收天线分别通过所述微波组件与模拟前端模块连接，所述模拟前端模块与所述测高计算模块连接；锯齿波模块包括锯齿波发生器，所述锯齿波发生器用于产生锯齿波信号，锯齿波信号经过压控振荡器振荡产生一个调频带宽为ΔF的调频连续波信号，调频连续波信号通过微波组件后经发射天线发射至地面或海面，时间延迟τ后所述调频连续波信号由地面或海面反射回所述接收天线，接收天线将接收到的调频连续波信号依次通过微波组件、伺服环电路传输至混频器，鉴频器用于测量ALT功能模块的差拍频率f_b；AGC控制模块用于控制伺服环路模块的增益；高度解算模块用于根据ALT功能模块的差拍频率、调频范围ΔF对测量高度进行解算；测量高度

T为调制周期，T_i为设备安装延时，C为电磁波在空气中的传播速度。设备安装延时T_i与ALT模块的模拟前端模块连接到发射天线或接收天线的电缆长度以及飞机机轮高度有关。

本实施例中，无线电罗盘及高度表模块还包括自检模块、ARINC429通信模块、LVDS通信模块以及CAN总线通信模块。本实施例在测高功能上采用调频连续波体制。电路设计上采用两级锯齿波发生器控制微波组件的扫频；采用MFB滤波器设计跟踪鉴频器电路，控制鉴频器电路；采用AGC电路控制伺服环路的增益；采用D/A技术进行模拟高度的输出；采用A/D采样技术进行自检模块的设计。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种机载无线电罗盘及高度表模块，其特征在于，包括ADF功能模块、ALT功能模块、电源模块和接口模块；所述ADF功能模块包括调制模块、纵向环形天线、横向环形天线、信号转换模块、混频模块、频率合成器、检波模块、方位解算模块、音频处理模块、两个平衡调制器和两个鉴相器；所述ALT功能模块包括发射天线、接收天线、微波组件、模拟前端模块和测高计算模块；所述接口模块包括通用总线模块、离散量模块、EMC防护模块；所述接口模块分别与所述ADF功能模块和所述ALT功能模块连接；所述电源模块分别与所述ADF功能模块和所述ALT功能模块相连，所述接口模块分别与所述ADF功能模块和所述ALT功能模块相连。

2.根据权利要求1所述的机载无线电罗盘及高度表模块，其特征在于，所述电源模块包括依次相连的EMC滤波模块、电路保护模块、DC/DC转换模块、LDO模块、滤波隔离模块；所述电源模块与外部电源进行连接。

3.根据权利要求1或2所述的机载无线电罗盘及高度表模块，其特征在于，所述两个平衡调制器包括第一平衡调制器和第二平衡调制器，纵向环形天线和横向环形天线分别与所述第一平衡调制器和所述第二平衡调制器对应连接；纵向环形天线、横向环形天线用于分别接收地面电台信号、并将所述地面电台信号分别发送至第一平衡调制器和第二平衡调制器，调制模块分别与第一平衡调制器和第二平衡调制器连接，所述调制模块输出的调制低频正弦信号和调制低频余弦信号分别输入至第一平衡调制器和第二平衡调制器；所述第一平衡调制器和所述第二平衡调制器分别与所述信号转换模块相连，所述信号转换模块、频率合成器分别与所述混频模块的一端相连，所述混频模块的另一端与所述检波模块相连，所述混频模块用于将信号转换模块输出的叠加信号与频率合成器输出的本振信号进行混频、并将混频后得到的中频信号输入至检波模块；所述检波模块，用于对所述中频信号进行检波、并输出音频识别信号和包含方位角的低频信号；所述检波模块与所述音频处理模块连接，所述音频处理模块用于接收所述检波模块输出的音频识别信号、并对所述音频识别信号进行音频处理；所述两个鉴相器包括第一鉴相器和第二鉴相器，所述两个鉴相器的输入端分别与所述检波模块相连，所述两个鉴相器的输入端还分别与所述调制模块相连，所述两个鉴相器用于分别对所述检波模块输出的包含方位角的低频信号以及所述调制模块输出的低频正弦信号和低频余弦信号进行鉴相、并将鉴相后的信号经过低通滤波后分别输出包含方位角的正弦信号和包含方位角的余弦信号；所述方位解算模块与所述两个鉴相器的输出端相连，所述方位解算模块用于对所述两个鉴相器分别输出的包含方位角的正弦信号和包含方位角的余弦信号进行方位解算。

4.根据权利要求3所述的机载无线电罗盘及高度表模块，其特征在于，所述频率合成器包括电源稳压模块、小数分频电路模块、18.6M温补晶振模块、功率分配模块、两个滤波放大模块和两个阻抗匹配模块；所述小数分频电路模块的一端连接有SPI总线控制模块，所述两个滤波放大模块包括第一滤波放大模块和第二滤波放大模块，两个阻抗匹配模块包括第一阻抗匹配模块和第二阻抗匹配模块，所述小数分频电路模块与所述第一滤波放大模块的一端连接，所述第一阻抗匹配模块的另一端与所述第一滤波放大模块连接，所述18.6M温补晶振模块与所述功率分配模块的输入端连接，功率分配模块的第一输出端与所述小数分频电路模块连接，所述功率分配模块的第二输出端与所述第二阻抗匹配模块的一端连接，所述第二阻抗匹配模块的另一端连接，所述第二滤波放大模块输出第二本振信号。

5.根据权利要求1所述的机载无线电罗盘及高度表模块，其特征在于，所述ALT功能模块包括发射天线、接收天线、微波组件、模拟前端模块和测高计算模块；所述模拟前端模块包括锯齿波模块、鉴频器、伺服环路模块；所述测高计算模块包括AGC模块、发射频率控制模块、高度解算模块；所述发射天线和所述接收天线分别通过所述微波组件与所述模拟前端模块连接，所述模拟前端模块与所述测高计算模块连接；所述锯齿波模块包括锯齿波发生器，所述锯齿波发生器用于产生锯齿波信号，所述锯齿波信号经过压控振荡器振荡产生一个调频带宽为ΔF的调频连续波信号，所述调频连续波信号通过微波组件后经发射天线发射至地面或海面，时间延迟τ后所述调频连续波信号由地面或海面反射回所述接收天线，所述接收天线将接收到的调频连续波信号依次通过微波组件、伺服环电路传输至混频器，所述鉴频器用于测量ALT功能模块的差拍频率f_b；所述AGC模块用于控制伺服环路模块的增益；所述高度解算模块用于根据ALT功能模块的差拍频率、调频范围ΔF对测量高度进行解算；所述测量高度

T为调制周期，T_i为设备安装延时，C为电磁波在空气中的传播速度。

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