毫米波無人機(jī)回收引導(dǎo)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種毫米波無人機(jī)回收引導(dǎo)裝置,應(yīng)用于艦載無人機(jī)撞網(wǎng)回收的定位和引導(dǎo)。該裝置由無人機(jī)上機(jī)載毫米波雷達(dá)設(shè)備和艦載毫米波雷達(dá)設(shè)備兩部分組成，其中機(jī)載毫米波雷達(dá)設(shè)備包括422接口電路、數(shù)據(jù)及信息處理單元、毫米波頻綜、功率解算模塊、相位解算模塊、毫米波收發(fā)前端；艦載毫米波雷達(dá)設(shè)備包括422接口電路,數(shù)據(jù)及信息處理單元,毫米波頻綜,功率控制單元,毫米波功放組件及毫米波寬帶多通道接收機(jī)。本發(fā)明通過艦載毫米波設(shè)備在空間某一區(qū)域內(nèi)發(fā)射雷達(dá)引導(dǎo)波束，并接收機(jī)載雷達(dá)設(shè)備的再生雷達(dá)波束判斷無人機(jī)所處象限及偏離中心情況，計(jì)算航向及俯仰偏差，最終通過422接口將偏差量傳給無人機(jī)飛控設(shè)備。本發(fā)明具有體積小、定位精度高、速度快、覆蓋范圍廣、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，能有效減少無人機(jī)回收的工作量，加快了回收速度。
【專利說明】毫米波無人機(jī)回收引導(dǎo)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無人機(jī)回收引導(dǎo)技術(shù)，利用無線電測向和測距原理為無人機(jī)回收提供 精確的空間位置信息和飛行路線，其實(shí)質(zhì)是協(xié)同式引導(dǎo)雷達(dá)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 艦載無人機(jī)是以戰(zhàn)艦為基地的作戰(zhàn)機(jī)種，必須滿足和適應(yīng)戰(zhàn)艦的工作環(huán)境、自然 環(huán)境和作戰(zhàn)環(huán)境。海上的自然環(huán)境比陸地復(fù)雜、惡劣，無人機(jī)在艦上起降時(shí)必然存在較大的 外界干擾。目前，固定翼無人機(jī)大部分是靠阻攔網(wǎng)或傘降回收的，存在著很大的安全隱患， 能否安全可靠地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回收已成為評(píng)價(jià)艦載無人機(jī)性能好壞的重要指標(biāo)之一。
[0003]艦載無人機(jī)撞網(wǎng)回收是一種理想的精確定點(diǎn)回收方式，特別適合小型固定翼無 人機(jī)在狹窄回收?qǐng)龅鼗蚺灤鲜褂?，可以認(rèn)為它是一種零距離回收方式。撞網(wǎng)回收系統(tǒng)一 般由攔阻網(wǎng)裝置、吸能緩沖裝置和末端引導(dǎo)裝置等組成，其核心技術(shù)在于如何引導(dǎo)無人機(jī) 準(zhǔn)確地飛向攔阻網(wǎng)，從而平穩(wěn)、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)撞網(wǎng)回收。無人機(jī)撞網(wǎng)回收系統(tǒng)在工程應(yīng)用方面 的集成研制工作目前在國內(nèi)還未開展。與國外相比，國內(nèi)對(duì)無人機(jī)撞網(wǎng)回收技術(shù)的研究應(yīng) 用存在著相當(dāng)大的差距，其中精確引導(dǎo)技術(shù)為主要瓶頸。
[0004] 目前，國內(nèi)對(duì)撞網(wǎng)回收的無人機(jī)末端精確引導(dǎo)技術(shù)的研究應(yīng)用主要有激光引導(dǎo)、 GPS組合引導(dǎo)和電視跟蹤引導(dǎo)等。其中激光引導(dǎo)和電視跟蹤引導(dǎo)最大的問題是不能全天候 工作，系統(tǒng)復(fù)雜；GPS組合引導(dǎo)系統(tǒng)引導(dǎo)精度一般，位置結(jié)算較慢，實(shí)時(shí)性差。
[0005]本發(fā)明通過艦載毫米波設(shè)備在空間某一區(qū)域內(nèi)發(fā)射雷達(dá)引導(dǎo)波束，機(jī)載雷達(dá)設(shè)備 將接收到的雷達(dá)信號(hào)再生后發(fā)出，艦載雷達(dá)設(shè)備根據(jù)四個(gè)接收天線接收到的信號(hào)強(qiáng)度和 相位關(guān)系判斷無人機(jī)所處象限及偏離中心情況，計(jì)算航向及俯仰偏差；艦載設(shè)備的發(fā)射信 號(hào)經(jīng)過了PN調(diào)制和數(shù)據(jù)調(diào)制，將機(jī)載設(shè)備回波中的PN序列和本地序列比較后得到無人機(jī) 的斜距。機(jī)載雷達(dá)設(shè)備對(duì)接收到的信號(hào)解調(diào)得到無人機(jī)航向及俯仰偏差數(shù)據(jù)最終通過422 接口將偏差量傳給無人機(jī)飛控設(shè)備。本發(fā)明具有體積小、定位精度高、速度快、覆蓋范圍廣、 可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，能有效減少無人機(jī)回收的工作量，加快了回收速度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是將毫米波技術(shù)、通信技術(shù)和無線電測距測角技術(shù)有機(jī)結(jié)合，在 滿足測角測距精度的同時(shí)減小設(shè)備體積重量，為艦載無人機(jī)回收提供全天候的精確引導(dǎo)。
[0007]本發(fā)明主要由無人機(jī)上機(jī)載毫米波雷達(dá)設(shè)備和艦載毫米波雷達(dá)設(shè)備兩部分組成， 其中機(jī)載毫米波雷達(dá)設(shè)備包括422接口電路、數(shù)據(jù)及信息處理單元、毫米波頻綜、功率解算 模塊、毫米波收發(fā)前端、機(jī)載天線；艦載毫米波雷達(dá)設(shè)備包括422接口電路、數(shù)據(jù)及信息處 理單元、毫米波頻綜、相位解算、毫米波功放組件、毫米波寬帶多通道接收機(jī)和四象限天線。 其中所述毫米波收發(fā)前端包括混頻器、腔體濾波器、LNA和1320MHz帶通濾波器；所述的毫 米波多通道接收機(jī)包括腔體濾波器、XL1000、下變頻器、1320MHz帶通濾波器、TGA4516和 CHA3093 ;所述的毫米波頻綜包括IOOMHz恒溫晶振、ADF4107和HMC509。
[0008] 本發(fā)明的工作原理如下： 1、角度測量：艦載定向天線發(fā)射四象限信標(biāo)頻率，機(jī)載全向接收機(jī)接收到信標(biāo)頻率以 后，根據(jù)信標(biāo)可以判別出所處象限并能粗略估計(jì)角度偏差。為了實(shí)現(xiàn)精確角度測量采用相 位法測角，機(jī)載設(shè)備定向發(fā)射機(jī)向艦載設(shè)備發(fā)射以PN序列開始的單頻(其中PN序列作為再 生測距偽碼和同步信息）作為艦載設(shè)備精確測角的頻標(biāo)。艦載設(shè)備多通道毫米波接收機(jī)根 據(jù)四個(gè)接收天線收到的信號(hào)相位關(guān)系解算出無人機(jī)的航向和俯仰精確偏差。精確角度偏差 值再通過四象限信標(biāo)頻率發(fā)射傳給機(jī)載設(shè)備，精度可達(dá)0. 05度。
[0009] 2、距離測量：采用偽碼再生測距方式，利用精確測角時(shí)機(jī)載設(shè)備定向發(fā)射機(jī)信道 1向艦載設(shè)備發(fā)射的PN序列作為艦載設(shè)測距備的偽碼。艦載設(shè)備對(duì)PN序列跟蹤同步后由 四象限信標(biāo)頻率發(fā)射，機(jī)載設(shè)備根據(jù)本地PN序列和接收到的PN序列的相位差解算出無人 機(jī)與艦載攔阻網(wǎng)的距離，精度可達(dá)±1米。
[0010] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：（1)功能強(qiáng)，體積?。?)適應(yīng)性強(qiáng)，定位精度高（3)速度快、覆蓋范 圍廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明目毫米波無人機(jī)引導(dǎo)裝置原理框圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明機(jī)載雷達(dá)設(shè)備原理框圖。
[0013] 圖3是本發(fā)明艦載雷達(dá)設(shè)備原理框圖。
[0014] 圖4是本發(fā)明數(shù)據(jù)機(jī)信號(hào)處理板原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0016] 本發(fā)明是一種毫米波無人機(jī)回收導(dǎo)引裝置，包括無人機(jī)上機(jī)載毫米波雷達(dá)設(shè)備和 艦載毫米波雷達(dá)設(shè)備兩部分組成，其中機(jī)載毫米波雷達(dá)設(shè)備包括422接口電路6、數(shù)據(jù)及信 息處理單元5、毫米波頻綜3、功率解算模塊4、毫米波收發(fā)前端2、機(jī)載天線1 ;艦載毫米波 雷達(dá)設(shè)備包括422接口電路7、數(shù)據(jù)及信息處理單元8、毫米波頻綜10、相位解算12、毫米波 功放組件14、毫米波寬帶多通道接收機(jī)11和四象限天線13。
[0017] 所述機(jī)載毫米波前端2包括功放組件21、腔體濾波器221、上變頻24、1320MHz帶 通濾波器251、腔體濾波器222、下變頻組件23以及1320MHz帶通濾波器252 ;所述機(jī)載毫米 波頻綜3包括第一壓控振蕩器HMC509芯片261、第二壓控振蕩器HMC509芯片262、第一鎖 相環(huán)ADF4107芯片271、第二鎖相環(huán)ADF4107芯片272和IOOMHz恒溫晶振28 ;所述毫米波 寬帶多通道接收機(jī)11包括第一、二、三、四腔體濾波器321、322、323和324,第一、二、三、四 下變頻組件351、352、353、354，第一、二、三、四132011取帶通濾波器381、382、383、384;所述 毫米波頻綜10包括第一壓控振蕩器HMC509芯片371、第二壓控振蕩器HMC509芯片372、第 一鎖相環(huán)ADF4107芯片361、第二鎖相環(huán)ADF4107芯片362和IOOMHz恒溫晶振34 ;所述數(shù) 據(jù)及信號(hào)處理板28和39電路結(jié)構(gòu)相同，包括第一、二、三、四緩沖放大器411、412、413、414， 第一、二、三、四高速A/D芯片 421、422、423、424,XilinxVIRTEX5 高速FPGA芯片 43,TI公 司DSP2812芯片44,第一、二高速DAC芯片451、452和第一、二低通濾波器461、462。
[0018] 所述艦載雷達(dá)設(shè)備數(shù)據(jù)機(jī)信號(hào)處理板39將載有PN序列的中頻信號(hào)通過上變頻單 元325與HMC509芯片372產(chǎn)生的本振信號(hào)混頻并由功放組件33放大后經(jīng)饋電網(wǎng)絡(luò)由陣列 天線13發(fā)射出去。所載PN序列根據(jù)解算時(shí)間要求、系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)性等綜合考慮，確定偽碼速 率為/e = 2Mpi，再根據(jù)偽碼測距的最大無模糊距離公式A=exJV/2/e ,當(dāng)最大無模糊距 離為R=IOKm時(shí)，確定碼長N=134,粗測時(shí)距離誤差

【權(quán)利要求】
1. 毫米波無人機(jī)回收引導(dǎo)裝置，其特征在于： 所述毫米波無人機(jī)回收引導(dǎo)裝置由無人機(jī)上機(jī)載毫米波雷達(dá)設(shè)備和艦載毫米波雷達(dá) 設(shè)備兩部分組成，其中機(jī)載毫米波雷達(dá)設(shè)備包括422接口電路（6)、數(shù)據(jù)及信息處理單元 (5 )、毫米波頻綜（3 )、功率解算模塊（4)、毫米波收發(fā)前端（2 )、機(jī)載天線（1);艦載毫米波雷 達(dá)設(shè)備包括422接口電路（7)、數(shù)據(jù)及信息處理單元（8)、毫米波頻綜（10)、相位解算（12)、 毫米波功放組件（12)、毫米波寬帶多通道接收機(jī)（11)和四象限天線（13);所述艦載雷達(dá) 設(shè)備數(shù)據(jù)機(jī)信號(hào)處理板（39)將載有PN序列的中頻信號(hào)通過上變頻單元（325)與HMC509 芯片（372)產(chǎn)生的本振信號(hào)混頻并由功放組件（33)放大后經(jīng)饋電網(wǎng)絡(luò)由陣列天線（13)發(fā) 射出去；機(jī)載雷達(dá)設(shè)備通過天線（1)接收艦載設(shè)備陣列天線（13)發(fā)射的毫米波信號(hào)，經(jīng)由 下變頻組件（23)和壓控振蕩器HMC509芯片（262)產(chǎn)生的本振混頻后得到中頻信號(hào)，中頻 信號(hào)在數(shù)據(jù)及信號(hào)處理板（28)中被高速AD采樣由FPGA芯片完成偽碼的再生，并經(jīng)上變頻 器（24)與壓控振蕩器HMC509芯片（261)產(chǎn)生的本振混頻得到再生后的毫米波信號(hào)，該信 號(hào)經(jīng)功放組件（21)放大后由天線（1)發(fā)射給艦載雷達(dá)設(shè)備以便測距、測角；如果偽碼還載 有信息，數(shù)據(jù)及信號(hào)處理板（28)還要進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)，并將解調(diào)后的數(shù)據(jù)由422接口電路（6) 傳輸；艦載雷達(dá)設(shè)備天線（13)接收到由機(jī)載設(shè)備天線1發(fā)射的再生信號(hào)后經(jīng)下變頻組件 (351)、（352)、（353)和（354)與壓控振蕩器HMC509芯片（371)產(chǎn)生的本振混頻得到4路中 頻信號(hào)，這些中頻信號(hào)由數(shù)據(jù)及信號(hào)處理板（39)中的高速AD芯片（421 )、（422)、（423)和 (424)分別采樣，并在FPGA芯片（43)進(jìn)行相位解算得到角度信息，同時(shí)將恢復(fù)出來的PN序 列與本地PN序列比較得到距離信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波無人機(jī)回收引導(dǎo)裝置，其特征在于：毫米波頻綜（3)和 毫米波頻綜（10)電路相同，以毫米波頻綜（3)為例，其第一壓控振蕩器HMC509芯片（261)與 第一鎖相環(huán)ADF4107芯片（271)組成的頻綜電路為發(fā)射上變頻（24)提供本振信號(hào)，其中上 變頻（24)為諧波混頻器，第一壓控振蕩器HMC509芯片（261)輸出頻率為8GHz到8. 25GHz; 同理第二壓控振蕩器HMC509芯片（262)、和第二鎖相環(huán)ADF4107芯片（272)組成的頻綜電 路為下變頻組件提供本振，頻率范圍為8. 75GHz到9GHz。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波無人機(jī)回收引導(dǎo)裝置，其特征在于：所述的所述機(jī)載 毫米波前端（2)將天線（1)接收到的毫米波引導(dǎo)信號(hào)經(jīng)腔體濾波器（222)濾波后由下變頻 組件（23)和壓控振蕩器HMC509芯片（262)產(chǎn)生的本振混頻得到數(shù)據(jù)及信號(hào)處理板（28)的 輸入中頻信號(hào)；同時(shí)，數(shù)據(jù)及信號(hào)處理板（28)的再生中頻信號(hào)經(jīng)上變頻（24)混頻、腔體濾 波器（221)濾除邊帶后經(jīng)功放組件（21)放大后由天線（1)發(fā)出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波無人機(jī)回收引導(dǎo)裝置，其特征在于：所述的數(shù)據(jù)及信 號(hào)處理板（28)和（39)電路結(jié)構(gòu)相同，第一、二、三、四緩沖放大器（411)、（412)、（413)和 (414)將輸入的中頻信號(hào)緩沖放大并由第一、二、三、四高速A/D芯片（421)、（422)、（423)和 (424)進(jìn)行正交采樣，采樣頻率為1. 5GHz，采樣后的信號(hào)送至Xilinx公司的VIRTEX5高速 FPGA芯片（43)處理；TI公司DSP2812芯片（44)實(shí)現(xiàn)422接口和其它控制；FPGA芯片（43)， 第一、二高速DAC芯片（451)、（452)和第一、二低通濾波器（461)、（462)共同產(chǎn)生所需的發(fā) 射中頻信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01S13/50GK104515987SQ201310450600
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】李興廣, 陳磊 申請(qǐng)人:長春理工大學(xué)