用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及無線定位系統(tǒng)領域，具體為一種用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)。解決了目前彈體以及飛行器黑匣子搜尋難度較大的技術問題。一種用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)，包括一個其上設有GPS天線的無人機；無人機上設有與GPS天線相連接的GPS定位信息處理器以及與GPS定位信息處理器相連接的存儲器；還包括設置在無人機機身腹部且朝向地面的全向天線以及與全向天線相連接的信號強度指示器；所述信號強度指示器連接有信息處理系統(tǒng)；信息處理系統(tǒng)連接有數(shù)傳電臺；無人機的機身上部設有與數(shù)傳電臺相連接的信息轉(zhuǎn)發(fā)天線。本實用新型采用無人機搜索信號采用強度指示和GPS定位相結(jié)合的方式，大大提高了搜索效率，提高了搜索精度。
【專利說明】用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及無線定位系統(tǒng)領域，具體為一種用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在航天航空【技術領域】需要尋找落地之后的航天航空落體物，特別是尋找落體物上攜帶的記錄有相關信息數(shù)據(jù)的黑匣子，以便對落體物各項飛行參數(shù)進行數(shù)據(jù)分析。黑匣子通常配有作為信號源的信標發(fā)射機，信標發(fā)射機作為黑匣子定位的輔助裝置，信標發(fā)射機設置在“黑匣子”外部，隨著“黑匣子”一起從空中下落，當下落到近地高度時候，信標發(fā)射機被彈射出來，脫離“黑匣子”作自由落體運動，并在彈射出的同時開始定位工作，落地后信標發(fā)射機繼續(xù)工作，通過持續(xù)發(fā)射更新的GPS導航信息，直至耗盡電量。如果能夠接收到信標機發(fā)射的信號，就可以確定黑匣子的具體位置。目前搜索“黑匣子”的主要方法是人工地毯式尋找，耗時長、效率低，難以滿足實際需要，如果信標機電量耗盡，尋找黑匣子將更加困難。因此能夠在短時間內(nèi)準確的搜尋到黑匣子的精確位置顯得尤為重要。
[0003]現(xiàn)有技術中，黑匣子的技術已經(jīng)非常成熟，如以下專利文獻記載:1、可回收黑匣子技術
[0004]根據(jù)專利“彈載固態(tài)記錄器”(200710062170.2)，所設計的模塊化、系列化彈箭黑
匣子，存儲器主要包括接收和存儲兩部分，接收部分主要是對數(shù)據(jù)進行實時存儲。接口部分具備高速數(shù)據(jù)傳遞功能，存儲部分滿足耐沖擊、耐濕熱環(huán)境、無電狀態(tài)下長時間保存數(shù)據(jù)的要求。彈載黑匣子與固態(tài)記錄器以半導體存儲器為存儲介質(zhì)，具有體積小、功耗低、耐惡劣環(huán)境等優(yōu)點。
[0005]2、記錄器回收技術，
[0006](I)根據(jù)專利“記錄器回收用傘降裝備”(申請?zhí)?201010298351.7)，陸地環(huán)境黑匣子和信標機綁定設計，為信標機與存儲器綁定在一起，信標機隨著存儲器由高空一起下落，存儲器防護層外壁有高度傳感器，可以檢測存儲器下落的位置，當?shù)竭_近地位置時降落傘被打開，信標機開始工作。
[0007](2)根據(jù)“記錄器回收用水下定位搜索方法”(201010613666.6)，對于試驗場為水中環(huán)境時，記錄器的防護殼上設置有若干輔助定位裝置，存儲器的防護殼外設有撞擊分裂式外殼，兩殼間設有填充物、內(nèi)裝s;顏料的染色包，撞擊分裂式外殼上設置有若干能脫離外殼本身的浮標。存儲器落水之后由于沖擊作用，存儲器外殼碎裂，裝有顏料的染色包被散于水上，使水面顏色變化，浮標脫離存儲器，浮標內(nèi)部的聲納系統(tǒng)和無線信號發(fā)射系統(tǒng)進行工作。
[0008](3)根據(jù)專利“航空航天回落物體信標機自動彈出裝置”(201010600983.4)，對于試驗場是陸地環(huán)境，在這種情形下，存儲器與彈體分離之后一段時間存儲器上面的減速傘被打開，直到存儲器速度被減小到一定范圍之內(nèi)，信標機開始工作。即使在存儲器下落的過程中仍然沒有搜索到具體位置，在存儲器即將落地時信標機被自動彈出裝置彈出，避免了高沖擊下被撞壞或被埋進沙土的危險。本設計的彈出裝置含有高壓氣罐、無線信標機、自動控制單元、步進電機和減速飄帶，其構(gòu)成在于飄帶纏繞在信標機外表面，信標機置入旋轉(zhuǎn)彈膛中，旋轉(zhuǎn)彈膛安裝在與高壓氣罐出氣口相連的槍管中，旋轉(zhuǎn)彈膛旋轉(zhuǎn)后封閉槍管的氣流外泄，自動控制單元與步進電機連接控制，步進電機轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)彈膛相連接。本發(fā)明通過信標機發(fā)出的信號，搜索人員根據(jù)無線信號進行搜索，準確無誤地回收從天而降的可回收裝置。
[0009]由上面的技術發(fā)明可以看出，黑匣子及其所配信標機技術已經(jīng)成熟，可以滿足各種環(huán)境的定位需求。本實用新型結(jié)合現(xiàn)有的黑匣子導航定位技術提出一種搜索裝置，以求對黑匣子的快速定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本實用新型為解決目前彈體以及飛行器黑匣子搜尋難度較大的技術問題，提供一種用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)。
[0011]本實用新型是采用如下技術方案實現(xiàn)的:一種用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)，包括一個其上設有GPS天線的無人機；無人機上設有與GPS天線相連接的GPS定位信息處理器以及與GPS定位信息處理器相連接的存儲器；還包括設置在無人機機身腹部且朝向地面的全向天線以及與全向天線相連接的信號強度指示器；所述信號強度指示器連接有信息處理系統(tǒng)；信息處理系統(tǒng)連接有數(shù)傳電臺；無人機的機身上部設有與數(shù)傳電臺相連接的信息轉(zhuǎn)發(fā)天線。
[0012]由于黑匣子落地面積區(qū)域較廣，一次性精確定位到具體位置較為困難，因此在信標搜索機信號搜尋中，一般先采用信號強度指示搜索方法，即當無人機在飛行中，全向天線接收黑匣子信標機發(fā)出的信號；一旦接收到微弱信號時，信息處理系統(tǒng)在相應軟件支持下通過標示信號強度和方向來辨別信號源的方向位置，并把上述信息通過數(shù)傳電臺經(jīng)信息轉(zhuǎn)發(fā)天線傳輸?shù)降孛婵刂葡到y(tǒng)后，由地面控制系統(tǒng)調(diào)整無人機的飛行方向，通過不斷矯正無人機的飛行方向以達到或接近信號源。無人機返回后，根據(jù)無人機存儲器上記錄的無人機的GSP信息，就可以獲知黑匣子的具體位置。所述相應軟件是本領域技術人員所容易編寫的。
[0013]進一步的，還包括設置在無人機機身腹部且朝向地面的射頻搜索天線以及與信標搜索天線相連接的信標搜索機；所述信標搜索機的信號輸出端與存儲器的信號輸入端相連接。
[0014]更精確的搜索方法是接收GPS/[目息方法。由于GPSf目息中包含了彳目號源(/[目標發(fā)射機)的地理位置信息，因此只要能夠接收到GPS信息就能定位到信號源。設置在無人機機身腹部且朝向地面的信標搜索天線用于采集較強的包含有黑匣子所在位置信息的GSP信號，并將該信號傳輸至信標搜索機上，信標搜索機將接收到的信息存儲至存儲器中。采用接收GPS信息方法與信號強度指示搜索方法相結(jié)合的方式就可以較快的實現(xiàn)目標物體的搜索。通過無人機空中地毯式的搜索就可以比較容易的發(fā)現(xiàn)信號源，并把信號轉(zhuǎn)發(fā)到地面控制系統(tǒng)，無人機逐步接近信號源，信號源的信號強度逐漸增強，足以令無人機上的信標搜索天線接收到清晰的包含有信號源位置信息的GPS定位信息；信標搜索機將信標搜索天線接收到的信號傳輸至存儲器，通過對無人機落地后存儲器上的信息進行分析就能夠及時找到信號源的具體位置，誤差在米級以內(nèi)。
[0015]進一步的，還包括設置在無人機上的航拍系統(tǒng)；所述航拍系統(tǒng)的外置鏡頭設置在無人機機身腹部。
[0016]無人機載有航拍系統(tǒng)，在飛行過程中可以實時拍攝信號源周圍的地面狀況，為后續(xù)人員到達信號源(黑匣子)落地位置周圍環(huán)境提供參考。
[0017]所述全向天線為水平方向圖上表現(xiàn)為360°都均勻輻射的天線；所述數(shù)傳電臺是指借助DSP技術和軟件無線電技術實現(xiàn)的高性能專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸電臺，均為市場上可以購買到的。
[0018]無人機的遠程控制已經(jīng)是較為成熟的技術，根據(jù)接收到的信標機信號強度來遙控無人機向信號源飛行的技術是易于實現(xiàn)的。
[0019]本實用新型的有益效果:(I)信標發(fā)射機發(fā)射信號覆蓋面積廣，空中無人機搜索范圍廣，兩者結(jié)合可以快速的搜尋到信號。(2)無人機搜索信號采用強度指示和GPS定位相結(jié)合的方式，大大提高了搜索效率。在信號較好時采用GPS導航，能夠接收比較理想的定位數(shù)據(jù)，在GPS失效時采用信號強度指示，拉近無人機與信標機發(fā)射機之間的距離，增強信號強度。(3)定位精度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1本實用新型所述無人機的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2本實用新型所述無人機的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3本實用新型所述各部件的連接框圖。
[0023]圖4信標機空中和落地后的信號搜索方式示意圖。
[0024]1-無人機，2-信標搜索天線，3-信標搜索機，4-GPS天線，5_存儲器，6-GPS定位信息處理器，7-全向天線，8-外置鏡頭，9-信息轉(zhuǎn)發(fā)天線，10-信號強度指示器，11-信息處理系統(tǒng)，12-數(shù)傳電臺，13-微帶天線矩形接受面，14-微帶傳輸線。
【具體實施方式】
[0025]一種用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)，包括一個其上設有GPS天線4的無人機I ;無人機I上設有與GPS天線4相連接的GPS定位信息處理器6以及與GPS定位信息處理器6相連接的存儲器5 ;還包括設置在無人機I機身腹部且朝向地面的全向天線7以及與全向天線7相連接的信號強度指示器10 ;所述信號強度指示器10連接有信息處理系統(tǒng)11 ；信息處理系統(tǒng)11連接有數(shù)傳電臺12 ;無人機I的機身上部設有與數(shù)傳電臺12相連接的信息轉(zhuǎn)發(fā)天線9。
[0026]還包括設置在無人機I機身腹部且朝向地面的信標搜索天線2以及與信標搜索天線2相連接的信標搜索機3 ;所述信標搜索機3的信號輸出端與存儲器5的信號輸入端相連接。
[0027]還包括設置在無人機I上的航拍系統(tǒng)；所述航拍系統(tǒng)的外置鏡頭8設置在無人機I機身腹部。
[0028]所述信標搜索機3、GPS定位信息處理器6、存儲器2、信號強度指示器10、信息處理系統(tǒng)11以及數(shù)傳電臺12均設置在無人機I機身內(nèi)部。[0029]所述航拍系統(tǒng)的主機設置在無人機I機身內(nèi)部。
[0030]所述GPS天線4采用微帶共型天線且設置在無人機I機翼的頂部；GPS天線4與GPS定位信息處理器6之間接有信號功率放大模塊。GPS天線4設置在無人機I機翼的頂部有利于接收GPS信號；微帶共型天線體積小，接收能力強；功率放大模塊可以將信號放大；信標搜索機3可以與信息處理系統(tǒng)11相連接，將接收到的GPS信號直接發(fā)送至地面控制中心。
[0031]所述信息轉(zhuǎn)發(fā)天線9設置在無人機I機頭頂部且朝向天空。
[0032]如圖2所示，所述GPS天線4包括微帶天線矩形接收面13以及連接微帶天線矩形接收面13的微帶傳輸線14。
[0033]采用本實用新型搜索黑匣子的具體步驟為:(1)當黑匣子從空中下落開始，附在黑匣子上面的信標發(fā)射機便開始工作，進行自身GPS定位并把定位信息以廣播的形式對外發(fā)送，此時飛行在空中的無人機搜索系統(tǒng)不間斷的進行信號檢測，當檢測到信號時則對信號方向和距離等參數(shù)進行標定存儲并轉(zhuǎn)發(fā)到地面控制系統(tǒng)；由地面控制系統(tǒng)調(diào)整飛行方向和高度等，拉近與信號源的距離，同時GPS信號能夠持續(xù)接收，就可以準確接收到信號源的經(jīng)緯度；(2)黑匣子空中飛行軌跡是一個弧線形，不是直線下落，落地點和空中位置有較大差異，或者當黑匣子在空中飛行過程中，無人機搜索系統(tǒng)沒有接收到信號，則在黑匣子落地之后信標發(fā)射機繼續(xù)工作，無人機在空中繼續(xù)重復上述過程的地毯式搜索。
[0034]在上述傳輸系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)應用于黑匣子搜尋中，需要有較高的保密性，因此在傳輸系統(tǒng)中需要對信息格式進行加密，GPS信息是符合NMEA-0183規(guī)范的一種信息格式，附在存儲器上面的信標發(fā)射機不僅需要判斷信號的有/無效，還要對GPS信息進行編碼處理，進行加密處理。無線信號傳輸方式同樣需要較安全的方式。因此在本系統(tǒng)中信號傳輸方式采用擴頻跳頻的技術，在擴展頻譜內(nèi)，通過自行設定跳頻點的數(shù)量和位置，只有符合同樣規(guī)律的跳頻接收機才能接收到完整的數(shù)據(jù)，避免的信息被其他設備接收到得可能性，同樣也免于收到其他設備的干擾。
【權利要求】
1.一種用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)，包括一個其上設有GPS天線(4)的無人機Cl);無人機(I)上設有與GPS天線(4)相連接的GPS定位信息處理器(6)以及與GPS定位信息處理器(6)相連接的存儲器(5);其特征在于，還包括設置在無人機(I)機身腹部且朝向地面的全向天線(7)以及與全向天線(7)相連接的信號強度指示器(10);所述信號強度指示器(10)連接有信息處理系統(tǒng)(11);信息處理系統(tǒng)(11)連接有數(shù)傳電臺(12);無人機(I)的機身上部設有與數(shù)傳電臺(12)相連接的信息轉(zhuǎn)發(fā)天線(9)。
2.如權利要求1所述的用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)，其特征在于，還包括設置在無人機(I)機身腹部且朝向地面的信標搜索天線(2 )以及與信標搜索天線(2 )相連接的信標搜索機(3);所述信標搜索機(3)的信號輸出端與存儲器(5)的信號輸入端相連接。
3.如權利要求1或2所述的用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)，其特征在于，還包括設置在無人機(I)上的航拍系統(tǒng)；所述航拍系統(tǒng)的外置鏡頭(8)設置在無人機(I)機身腹部。
4.如權利要求2所述的用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)，其特征在于，所述信標搜索機(3)、GPS定位信息處理器(6)、存儲器(2)、信號強度指示器(10)、信息處理系統(tǒng)(11)以及數(shù)傳電臺(12 )均設置在無人機(I)機身內(nèi)部。
5.如權利要求3所述的用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)，其特征在于，所述航拍系統(tǒng)的主機設置在無人機(I)機身內(nèi)部。
6.如權利要求1或2所述的用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS天線(4)采用微帶共型天線且設置在無人機(I)機翼的頂部；GPS天線(4)與GPS定位信息處理器(6)之間接有信號功率放大模塊。
7.如權利要求3所述的用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS天線(4)采用微帶共型天線且設置在無人機(I)機翼的頂部；GPS天線(4)與GPS定位信息處理器(6)之間接有信號功率放大模塊。
8.如權利要求1或2所述的用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)，其特征在于，所述信息轉(zhuǎn)發(fā)天線(9 )設置在無人機(I)機頭頂部且朝向天空。
9.如權利要求3所述的用于搜索定位黑匣子的無人機系統(tǒng)，其特征在于，所述信息轉(zhuǎn)發(fā)天線(9 )設置在無人機(I)機頭頂部且朝向天空。
【文檔編號】G01S19/42GK203666993SQ201420023942
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權日:2014年1月15日
【發(fā)明者】譚秋林, 張獻生, 周兆英, 熊威, 熊繼軍, 張文棟 申請人:中北大學