【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于機載定向設備測向，具體涉及一種用于超短波定向儀中的俯仰角測向方法。
技術介紹
1、隨著無線通信技術的發展，超短波無線電測向技術應用領域日益廣泛，要求也越來越高。機載超短波定向儀是安裝在飛機上的專用定向設備，可以掃描接收地面超短波電臺發出的信息，進行載波檢測、跟蹤并解算出地面設備相對于機頭的角度，引導飛機到達地面設備所處區域進行相關作業。因此，定向精度和穩定度是定向設備的關鍵技術指標。
2、傳統定向儀通過機械式電機旋轉完成掃描定向，電機為進口電機，無國產化替代。此類電機體積大，功耗高，維修成本高，在飛機、艦船等高濕熱、振動惡劣條件下，功耗較大，適應性差；傳統定位精度在10°-20°之間，不能適應現有設備的高精度高機動性要求。基于軟件無線電技術的數字化定向儀，采用dsp+fpga硬件架構，具有寬帶掃頻和窄帶定向功能，水平定向精度單點≤6°，可以滿足各型號飛機搜救定向功能數字化發展的要求。超短波定向儀測向天線在接收場中高速運動，使得收到的信號產生多普勒頻移。通過對天線運動方向和速率以及得到的含多普勒頻移的信號分析結算，從而獲得無線電信號方向信息。測向系統組成原理框圖如圖1所示。
3、接收機在一個類似圓上的8根定向天線之間快速切換，相當于單一天線以ωo的角頻率高速旋轉，便產生了多普勒頻移。該頻移信號為正弦波，頻率等于假定單一天線的旋轉角頻率ωo。設系統天線陣圓周的半徑為r，天線陣子與參考方向的夾角a＝360n/n(其中n為偶極子號，n＝0、1、2…n-1，電子開關每次切換時(n+1))，對某一無線電
4、當電子開關的頻率fs＝0時，電子開關輸出端的信號s(t)為：
5、s(t)＝m(t)cos[ωct+p(t)+c]???(1)
6、其中：m(t)、p(t)分別是無線電信號的幅度和相位調制信號，c是無線電信號的初相，ωc是無線電信號的載頻角頻率。當電子開關頻率fs≠0時，單信道無線電接收機中頻輸出端的信號s1(t)為：
7、
8、其中：ki是接收機的傳輸系數；ωc是接收機中頻角頻率；ωk是天線切換的角頻率，是多普勒頻移相關項。
9、對數字信號處理時先使用非相干解調加濾波器的方式，去除掉載波后的基帶信號s2(t)為：
10、
11、再進行fft處理得到幅頻特性和相頻特性，在ωk對應的相頻特性角度就是θ。用matlib仿真后的s2(t)如圖2所示。
12、由于目前機載定向設備主要是針對其他飛機上的超短波信號進行測向，兩飛機高度差和距離相比可以忽略不計，因此當前測向技術屬于水平面的角度測算。但隨著定向設備使用范圍的延伸，被測的超短波信號除了在空中，還可能是地面的超短波電臺。在遠距離時，高度差可以忽略不計，當高度差小于10km時，由式(1)和圓形天線陣列，可知m(t)＝a(1+sin(ωt))，在接近被測試的信號源上方一定范圍內時，式(2)的s2(t)曲線會接近于圓，偏心率變小，這樣水平角測量會有較大誤差，存在定向精度誤差偏大的問題。當飛機過頂時，水平角度無法正常解算，即輸出的定向角度為無效角度，得到錯誤的方位提示會存在誤導飛行員按照錯誤方位飛行的問題。目前僅能靠飛行員結合前期定向數據和經驗進行判斷。
13、并且，申請號為zl201418001982.7，專利技術名稱為：一種反潛用飛機過頂指示系統及指示方法，該專利技術公開了通過超短波定向儀在飛機過頂時不能定位，水平定向角度會出現亂擺顯現，通過這種方法來說明飛機過頂，只能定性說明飛機過頂，無法定量反映飛機過頂的情況。
技術實現思路
1、為了解決現有技術中的問題，本專利技術所提出的俯仰角測量技術是在定向儀水平測量基礎上，增加垂直角度測量算法，使測量維度從平面拓展到立體，使測量目標的方位信息更加詳細和準確。
2、本專利技術提供了一種用于超短波定向儀中的俯仰角測向方法，通過定向儀中的環形腔體定向天線經過高速旋轉后形成多普勒效應，得到方位信息，將得到的方位信息以幅度形式調制到無線電信號上，解調后的定向基帶信號類似心臟線，通過解算心臟線的反正切得到水平角；通過解算心臟線的離心率，可計算出俯仰角。
3、根據本專利技術的實施例，通過解算心臟線的反正切和離心率得到水平角和俯仰角的步驟為：
4、s1.設定帶有方位信息的定向射頻輸入信號srin(t)為：
5、srin(t)＝a(1+k(e×cos(ωot+θ)))cos(ωct)
6、其中，a為信號幅度；k為幅度調制系數，默認為0.5；e為離心率；ω0是多普勒掃描角頻率，ωc是載波角頻率，為俯仰角度，θ為水平角度，令m(t)＝e·cos(ωot+θ)，得到：
7、srin(t)＝a(1+k·m(t))cos(ωct)
8、s2.對定向射頻輸入信號srin(t)進行載波檢測，得到本振頻率ωcl，本地nco電路產生與頻率ωcl相同的兩路正交的本振信號，分別與定向射頻輸入信號srin(t)進行混頻和低通濾波操作后，得到解調信號m(t)；
9、s3.本地nco電路產生頻率ωol的兩路正交的本振信號，分別與步驟s2的解調信號m(t)進行混頻和低通濾波操作后得到歸一化的i2和q2兩路信號，將i2和q2信號經過解算得到水平角和俯仰角。
10、進一步地，步驟s2中得到解調信號m(t)的具體步驟為：
11、經混頻操作后，得到的i、q兩路信號分別為：
12、i＝a(1+k·m(t))cos(ωct)cos(ωclt)
13、q＝a(1+k·m(t))cos(ωct)sin(ωclt)
14、對i、q兩路信號進行下變頻后得到：
15、
16、
17、通過低通濾波器濾除掉i、q兩路信號中的高倍頻后得到：
18、
19、
20、再對i、q兩路信號求平方和后，可消除掉頻率差信號，即得到定向基帶信號sin(t)，
21、
22、通過帶通濾波器，濾除掉定向基帶信號sin(t)中的直流和帶外諧波，得到解調信號m(t)，
23、
24、進一步地，步驟s3中通過得到的解調信號m(t)解算得到水平角和俯仰角的具體步驟為：
25、經混頻操作后，得到i2、q2兩路信號分別為：
26、i2＝a2m(t)×cos(ωolt)＝e·cos(ωot+θ)×cos(ωolt)
27、q2＝a2m(t)×sin(ωolt)＝e·cos(ωot+θ)×sin(ωolt)
28、通過低通濾波器，濾除掉i2、q2兩路信號中的2次諧波后得：
29、i2＝a.e·cos(θ)
30、q2＝a2e·sin(θ)
31、由此可得水平角θ：
32、θ＝arctan本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于超短波定向儀中的俯仰角測向方法，通過定向儀中的環形腔體定向天線經過高速旋轉后形成多普勒效應，得到方位信息，其特征在于，將得到的方位信息以幅度形式調制到無線電信號上，解調后的定向基帶信號類似心臟線，通過解算心臟線的反正切得到水平角；通過解算心臟線的離心率，可計算出俯仰角。
2.根據權利要求1所述的用于超短波定向儀中的俯仰角測向方法，其特征在于，通過解算心臟線的反正切和離心率得到水平角和俯仰角的步驟為：
3.根據權利要求2所述的用于超短波定向儀中的俯仰角測向方法，其特征在于，步驟S2中得到解調信號m(t)的具體步驟為：
4.根據權利要求3所述的用于超短波定向儀中的俯仰角測向方法，其特征在于，步驟S3中通過得到的解調信號m(t)解算得到水平角和俯仰角的具體步驟為：
5.根據權利要求4所述的用于超短波定向儀中的俯仰角測向方法，其特征在于，根據得到的定向基帶信號Sin(t)所對應的類似心臟線，解算出俯仰角和水平角，
6.根據權利要求3所述的用于超短波定向儀中的俯仰角測向方法，其特征在于，步驟S2中的濾波操作具體包括：<...
【技術特征摘要】
1.一種用于超短波定向儀中的俯仰角測向方法，通過定向儀中的環形腔體定向天線經過高速旋轉后形成多普勒效應，得到方位信息，其特征在于，將得到的方位信息以幅度形式調制到無線電信號上，解調后的定向基帶信號類似心臟線，通過解算心臟線的反正切得到水平角；通過解算心臟線的離心率，可計算出俯仰角。
2.根據權利要求1所述的用于超短波定向儀中的俯仰角測向方法，其特征在于，通過解算心臟線的反正切和離心率得到水平角和俯仰角的步驟為：
3.根據權利要求2所述的用于超短波定向儀中的俯仰角測向方法，其特征在于，步驟s2中得到解調信號m(t)的具體步驟為：
4.根據權利要求3所述的用于超短波定向儀中的俯仰角測向方法，其特征在于，步驟s3中通過得到的解調信號m(t)解算得到水平角和俯仰角的具體步驟為：
5.根據權利要求4所述的用于超短波定向儀中的俯仰角測向方法，其特征在于，根據得到的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張寶強，劉洋，祁懷遠，張凡，李瑞，王君方，喬健，李珂，陳子豪，
申請(專利權)人：西安烽火電子科技有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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