基于低成本轻型飞机的一般引导着陆装置的制作方法

文档序号:14677902发布日期:2018-06-12 21:45
基于低成本轻型飞机的一般引导着陆装置的制作方法

本实用新型涉及一种飞机引导着陆通信装置,尤其涉及一种基于低成本轻型飞机的一般引导着陆装置,具体的说是结合低成本轻型飞机本身的飞行特点,通过雷达测距原理,并结合低成本轻型飞机一般降落曲线,经过对雷达数据的解算,形成标准降落速度,升降速度,来引导飞行员进行降落,达到引导着陆的目的。



背景技术:

近年来,随着我国低空空域开放的趋势,我国通航行业也进入了飞速发展阶段,因此诞生了许多价格低廉,易操作,飞行环境适应力极强的旋翼类飞行器,简称低成本轻型飞机,因其滑跑降落对跑道要求较低,一般飞行高度低,因此适用范围较广,主要用于农药喷洒,观光旅游,地形勘探等领域。由于低成本轻型飞机为开放式座舱结构,起飞降落只能依靠飞行员目视进行判断,加上其复杂的飞行环境,同样也带来了许多安全隐患。近年来旋翼类飞行器,在起飞降落过程中发生了多起事故,导致机毁人亡的事件。本实用新型主要针对低成本轻型飞机处于目视条件不佳,及培训教学中学员遵循的一般着陆的情况下,为飞行员提供着陆引导,所谓一般着陆是指特定的降落点:速度、垂直升降速度、下降角、降落距离、降落曲线的情况下进行的着陆。



技术实现要素:

针对现有技术中存在的缺陷和隐患,本实用新型的目的在于提供一种基于低成本轻型飞机的一般引导着陆装置,有效的解决了现有技术的缺点。

本实用新型的技术方案如下:基于低成本轻型飞机的一般引导着陆装置,所述实现装置包括仪表着陆处理单元和综合显示器,其中仪表着陆处理单元连接综合显示器,所述仪表着陆处理单元由前视雷达模块、下视雷达模块和数据解算模块组成,其中前视雷达模块和下视雷达模块分别与数据解算模块连接,所述前视雷达模块通过射频电缆与前视雷达天线连接,所述下视雷达模块通过射频电缆与下视雷达天线连接,其中前视雷达天线垂直安装在机头前方,下视雷达天线垂直安装在机体下方。

优选的,所述前视雷达模块和下视雷达模块采用相同的硬件组成。

优选的,所述仪表着陆处理单元外部设有两路离散I/O信号接口,其中一路离散I/O信号接口连接机内通话模块,另一路离散I/O信号接口连接告警指示灯,用于声光告警。

优选的,所述仪表着陆处理单元外部设有一路RS422总线数据接口,所述RS422总线数据接口与综合显示器连接,用于将仪表着陆处理单元的数据传输给综合显示器,同时综合显示器以界面形式进行实时降落显示。

优选的,所述前视雷达模块与前视雷达天线通过射频传输信号。

优选的,所述下视雷达模块与下视雷达天线通过射频传输信号。

相对于现有技术,本实用新型的优点在于:

本实用新型针对低成本轻型飞机的飞行跑线,利用测距雷达模块测距能力和数据处理单元组成的仪表着陆处理单元,配合综合显示器图形界面显示即可实现低成本轻型飞机的一般引导着陆能力,该装置低成本,体积小,重量轻,安装简单,很大程度保障了低成本轻型飞机的降落时的安全性。

附图说明

图1所示为本实用新型的结构示意图;

图2所示为本实用新型前视、下视雷达模块工作原理框图;

图3所示为本实用新型经锯齿波调制的FMCW发射和接收信号的时间相关曲线图;

图4所示为本实用新型硬件原理框图;

图5所示为本实用新型一般引导着陆实现方式图;

图6所示为本实用新型综合显示器显示的一般引导着陆界面图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本实用新型具体实施方式:

需要说明的是,本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本实用新型可实施的限定条件,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本实用新型可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1~6所示,其示出了本实用新型的具体实施方式;如图所示,本实用新型公开了基于低成本轻型飞机的一般引导着陆装置,所述实现装置包括仪表着陆处理单元和综合显示器,其中仪表着陆处理单元连接综合显示器,所述仪表着陆处理单元由前视雷达模块、下视雷达模块和数据解算模块组成,其中前视雷达模块和下视雷达模块分别与数据解算模块连接,所述前视雷达模块通过射频电缆与前视雷达天线连接,所述下视雷达模块通过射频电缆与下视雷达天线连接,其中前视雷达天线垂直安装在机头前方,下视雷达天线垂直安装在机体下方。

所述下视雷达模块用于测试机体与地面的相对距离,前视雷达模块用于测试机头与地面的相对距离,数据解算模块用于数据接收,解析,计算,判断,组帧,上传功能,前视雷达天线垂直安装在机头前方,下视雷达天线垂直安装在机体下方。

优选的,所述前视雷达模块和下视雷达模块采用相同的硬件组成。

优选的,所述仪表着陆处理单元外部设有两路离散I/O信号接口,其中一路离散I/O信号接口连接机内通话模块,另一路离散I/O信号接口连接告警指示灯,用于声光告警。前视雷达天线与下视雷达天线将实时采集的数据通射频线发送给仪表着陆处理单元,数据处理单元经过对数据解析,计算,判断后将数据发送给综合显示器并以实时界面形式展现给飞行员,若出现飞机当前飞行数据脱离一般着陆曲线时,仪表着陆处理单元分别通过一路离散I/O信号接口发送音频给告警灯,并使其点亮,另一路离散I/O信号接口连接机内通话器,并发送离散I/O信号(告警信号),发送语音告警。

优选的,所述仪表着陆处理单元外部设有一路RS422总线数据接口,所述RS422总线数据接口与综合显示器连接,用于将仪表着陆处理单元的数据传输给综合显示器。

优选的,所述前视雷达模块与前视雷达天线通过射频传输信号。

优选的,所述下视雷达模块与下视雷达天线通过射频传输信号。

如图2所示,前视、下视雷达模块工作原理:前视、下视雷达模块可探测静态目标与雷达模块传感器之间的距离信息,探测过程中只产生频率的延时效应,即由时间延迟引起的同一时刻发射信号和目标回波信号的频率差异,其工作模式为单通道FMCW工作模式,需设置调制信号。

探测物体的距离,即静态物体到传感器之间的距离,调制信号采用锯齿波即可,这是因为,此时的干扰大多为多普勒信号,而在抗干扰性能方面,锯齿波调制要优于三角波调制,选用线性升坡曲线或者降坡曲线作为发射频率的时间相关函数,并定期重复这些波,以得到可能的平均值。

调制幅度:选取调谐曲线中线性度最好的一段确定Vtune的调节范围。

最远作用距离:400m;距离分辨:0.6m。

工作流程:由VCO输出一个频率为ƒtra的发射信号,其中一路经发射天线发射出去,一路又分流成两路分别进入I、Q所在的通道的混频器中,其中Q通道的信号在混频之前还需先经90°的移相;接收天线接收到的回波信号,先经低噪声放大处理后,再分别经混频器与实时分流的两路信号进行混频;混频后得到的信号再经中频滤波放大处理,最终得到I、Q两路中频信号,I、Q两路中频输出信号中均携带有探测目标的距离信息。

算法分析:差频信号中的距离信息,是通过由时间延迟引起的差频信号来反映的。

如图3所示,发射频率曲线(实线)与接收频率曲线(虚线)的唯一区别是时间延迟。如图所示,在某一时刻t0时的瞬时接收信号,其频率低于瞬时发射频率(对于升坡曲线而言),原因是传感器在同一时刻发射频率已经升高。如果在混频器中混合发射信号和接收信号,就会生成一个恒定的差频信号ƒD,其中包含所需的距离信息。而且,此频率越高,目标的距离越远。下列公式(1)和(2)说明了目标距离R与差频ƒD的关系:

(1);

(2);

差频;

振荡器发射频率的变化范围,即调频宽度;

T锯齿波重复周期;

调频速度,;

目标距离;

光速;

对中频差频信号进行相应的分析处理得到ƒD的值,则可由公式(1)或(2)得到此时目标距传感器的距离信息。

测距精度与探测距离的关系:调频速度ƒ越大,差频信号ƒD也越大,可以用“FMCW计算工具”初步估算,则我们在后端做滤波处理时设定的带宽也会越大(为使得所需差频信号通过),这就会导致采样时(至少两倍的频率采样)采样率也变大,如此便提高了测量精度,也就是说调频速度越大,测距精度越大。

在固定调频宽度,做远距离测量时,差频信号可能很大,不利于后端做信号滤波处理,则要适当减小,而又只有通过减小调频速度ƒ才能减小,这样则会间接导致测量精度减小,即作用距离越大,测距精度越小。

实际上,测距精度主要与信号后端处理有关,后端采样时采用脉冲压缩等技术也可能提高远距离测量时的测距精度。

最小可测距离:由公式(1)和(2)可以看出,调频宽度越大,测量距离就越短。要使得差频处理有意义,就要使调频速度等于差频,也就是说,扫描要生成一整个差频周期,此时可定义最小可测距离Rmin。公式如下:

令由公式(1)或(2)可得

(3);

如果分配调频宽度为250MHz的24GHz ISM频段,可得传感器的距离分辨率即最小测量距离为0.6m。要提高距离分辨率,即使最小测量距离越小越好,则要使调频宽度越大,如果调频宽度有限,则距离分辨率由后期信号处理技术决定。

如图4所示,仪表着陆处理单元内部由前视雷达模块、下视雷达模块和数据解算模块组成,其中前视雷达模块和下视雷达模块采用相同的硬件组成,主要完成目标物体距离和速度的初步计算,数据解算模块完成协议层的解算工作,根据预先设定好的距离、速度等信息参数与前视雷达模块和下视雷达模块FPGA上传来的数据进行解算,并把解算结果上传给综合显示器,同时反映在告警信号上。

低成本轻型飞机一般引导着陆装置的操作过程:如图5所示,图中所示低成本轻型飞机处于一般降落飞行包线起点,l1为前视测距雷达模块与地面的相对距离,h1为下视测距雷达模块与地面的相对高度,t1与t2为时间量,图中高度h2,长度l2,角度α(飞机与跑道的夹角)为已知标准降落包线参数。

当 (4);

为到达标准降落高度;

当 (5);

为到达标准降落距离;

(6);

为间隔时间;

同理利用上述公式(4)可得出h4;利用上述公式(6)可得出当前垂速;

利用上述公式(5)、(6)可得出当前空速;

如图6所示,当计算出的高度、降落距离、垂速、空速(如当前高度:200m,当前空速:30km/h,当前垂速5m/s)到达低成本轻型飞机一般降落飞行包线(如标准高度:200m,标准空速:30km/h,标准垂速5m/s)时,打开综合显示器软件的引导降落界面,飞行员可根据界面显示的标准数据与当前数据的偏差修正低成本轻型飞机当前参数,从而达到引导着陆效果。

上面结合附图对本实用新型优选实施方式作了详细说明,但是本实用新型不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解,本实用新型不限于特定的实施方式,本实用新型的范围由所附权利要求限定。

再多了解一些
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