一种基于双北斗天线的定位定向系统的制作方法

本实用新型属于卫星导航定位定向应用领域，具体涉及一种基于双北斗天线的定位定向系统。

背景技术：

随着数字遥感技术的不断发展，对定位技术的要求也不断提高。目前在很多场合是使用电子罗盘进行方位确定的，由于电子罗盘具有体积小、价格低、安装使用方便及定向时间短等优点，因此作为导航仪器或姿态传感器已被广泛应用于航空、航天、机器人、航海、车辆自主导航等领域。

在单兵武器发射领域，特别是便携火箭弹、导弹发射领域，由于对空观测的瞄准设备视场小，在没有目标引导的情况下，仅仅依靠人力搜索、瞄准运动目标非常困难，因此，定位定向系统的选择使用就尤为重要了。在实际使用中，电子罗盘定向设备因为是依据地球磁场信息进行定位，因此测量观测设备的指向方位角容易受地磁环境的影响，测量精度低，引导观测设备跟踪瞄准目标的误差大；另外，由于现实中很多物体或设备(如汽车)具有金属磁性，易对电子磁罗盘造成干扰，也会引起定向姿态信息的误差。

因此，有必要提供一种适用于单兵武器的定位定向系统，满足单兵武器使用灵活机动的需求，为单兵武器瞄准射击提供实时准确的定位定向指示，也便于瞄准射击的指挥观察和矫正，克服电子罗盘的误差影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于双北斗天线的定位定向系统，以解决单兵武器在瞄准射击过程中由于不断动态调整需要实时提供高精度方位指示的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种基于双北斗天线的定位定向系统，包括两个北斗天线以及与两个北斗天线均电连接的北斗接收机，两个北斗天线呈直线等高度固定安装在被测载体的两端，被测载体为单兵武器发射架；北斗接收机用于接收两个北斗天线的信号并实时解算输出单兵武器发射架在动态调整过程中的俯仰角和/或方位角。

在本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统的另一实施例中，单兵武器发射架为圆筒形便携导弹发射架，两个北斗天线分别通过对应的天线安装架固定在便携导弹发射架的两端。

在本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统的另一实施例中，两个北斗天线几何中心之间的距离范围为1.2m～1.4m，两个北斗天线与便携导弹发射架的垂直高度范围为60mm～70mm；俯仰角范围为0°～60°，俯仰角分辨率为小于0.5°；方位角范围为0°～360°，方位角分辨率为小于1.5°。

在本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统的另一实施例中，天线安装架包括竖向设置的支杆，支杆的上端设置有螺纹安装部，支杆上于螺纹安装部的下端设置有挡止支撑沿，支杆的下端设置有用于夹紧在被测载体上并保持支杆与被测载体垂直的夹紧机构，夹紧机构上设置有与被测载体的外周面形状匹配的夹持面。

在本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统的另一实施例中，夹紧机构包括连接部以及装配在连接部上的夹持部，夹持部包括相对设置的且相对移动的第一夹持爪和第二夹持爪、驱动第一夹持爪和/或第二夹持爪移动的驱动组件以及锁定和松开移动的第一夹持爪和/或第二夹持爪的锁定组件，第一夹持爪与第二夹持爪相对的面为夹持面。

在本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统的另一实施例中，驱动组件包括与第二夹持爪两端的连线垂直设置的驱动杆，且驱动杆的末端与第二夹持爪一端固定连接，连接部沿其延伸方向设置有容纳驱动杆的容纳槽，容纳槽的末端两侧槽壁上设置有铰接耳，驱动杆与第二夹持爪的连接处通过销轴铰接设置在铰接耳上，夹紧时，驱动杆位于容纳槽内。

在本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统的另一实施例中，锁定组件包括驱动杆的前端沿驱动杆的延伸方向移动设置的伸缩舌，以及设置在驱动杆上驱动伸缩舌伸出和缩回的扳手，容纳槽的前端槽壁的上端设置有与伸缩舌的上端面挡止配合的挡沿；扳手与驱动杆之间内置设有弹簧，弹簧处于自然状态时伸缩舌伸出，弹簧处于压缩状态时伸缩舌缩回。

在本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统的另一实施例中，北斗接收机是包括接收北斗授时信号并同步输出时间信息的北斗接收机。

在本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统的另一实施例中，定位定向系统还包括与北斗接收机连接的远控终端，远控终端的显示内容包括同步显示的俯仰角、方位角和时间信息。

在本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统的另一实施例中，两个北斗天线均为同时接收北斗二号的B1信号和B3信号的北斗天线。

本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统利用北斗系统进行定位定向，能够实现动态条件下单兵武器发射架姿态和位置的实时、高精度测量，可以为精确制导武器提供定位导航服务；双天线的应用可以大幅度提高定位定向系统的定位定向精度，解决了使用电子罗盘定位定向测量精度低，易受干扰的问题。另外，利用北斗二号卫星实现超短基线的定向定位解算，受周围磁场环境的影响小，可以实时输出单兵武器发射架的动态定位测向信息。该系统体积小、方便安装，密封防水处理，适用于各种恶劣环境，具有良好的使用效果和应用前景。

附图说明

图1是本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统实施例的结构示意图；

图2是本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统实施例中天线安装架第一种位置的立体图；

图3是本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统实施例中天线安装架第二种位置的立体图；

图4是本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统实施例中天线安装架安装状态示意图；

图5是本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统实施例中天线安装架的主视图；

图6是本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统实施例中天线安装架另一种夹紧机构结构示意图；

图7是本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统实施例中天线安装架另一种锁定组件结构示意图。

具体实施方式

在本实用新型的具体实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

如图1所示为本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统实施例的结构示意图，该系统包括第一北斗天线101和第二北斗天线102以及与两个北斗天线均电连接的北斗接收机106，两个北斗天线呈直线等高度固定安装在被测载体103的两端，被测载体103为单兵武器发射架；北斗接收机106用于接收两个北斗天线的信号并实时解算输出单兵武器发射架在动态调整过程中的俯仰角、方位角。

这里，第一北斗天线101和第二北斗天线102以相垂直方式固定安装在被测载体103的两端，且这两个北斗天线规格尺寸相同，与被测载体103的垂直高度相等。另外，这两个北斗天线所在直线与被测载体长度方向的中心轴线平行，这是两个北斗天线呈直线等高度固定安装在被测载体103两端的具体含义。采用这种结构将两个北斗天线与被测载体固定连接为一体，能够使北斗天线随被测载体的随机移动而移动，直接测量出被测载体动态变化过程中的俯仰角和高低角。

本实施例基于双北斗天线的定位定向系统采用北斗系统进行定位定向，北斗定位系统是我国自主开发的全球定位系统，对用户提供无源定位、导航及授时服务，该系统可以为汽车、客机和轮船等常用交通工具提供定位服务，为精确制导武器提供定位导航服务，其对我国摆脱对国外GPS系统的依赖有着重要意义。利用双北斗天线同时接收多个不同频段的信号，再通过差分运算，可消除电离层延迟的影响，大幅度提高定位定向系统的定位定向精度。

本实施例的定位定向系统利用北斗接收机在使用过程中实时接收来自两个北斗天线的信号，通过定位、定向解算得到单兵武器发射架在动态调整过程中的俯仰角以及方位角，从而满足了单兵武器使用灵活机动的需求，为单兵武器瞄准射击提供实时准确的定位定向指示，也便于瞄准射击的指挥观察和矫正，克服电子磁盘的误差影响。

优选的，本实施例的两个北斗天线均为同时接收北斗二号B1信号和B3信号的北斗天线，同时还可以利用北斗二号卫星授时，接收卫星授时信号，获得高精度时钟信息，该天线优选四频航空型测量天线GGBJM5。

本实施例的单兵武器发射架包括火箭筒发射架、反坦克武器发射架等，优选为圆筒形便携导弹发射架，两个北斗天线101和102分别通过对应的天线安装架104和105固定在便携导弹发射架的前后两端，固定方式采用刚性连接。本实施例中两个北斗天线与便携导弹发射架的垂直高度范围为60mm～70mm；俯仰角范围为0°～60°，俯仰角分辨率为小于0.5°，方位角范围为0°～360°，方位角分辨率为小于1.5°。

另外，两个北斗天线几何中心之间的距离L的范围为1.2m～1.4m，这个距离即为基线长度。由于现在使用的北斗系统中基线长度一般在2m以上，那么本实施例采用的1.2m～1.4m的基线即属于超短基线。

本实施例的定位定向系统在使用时，更多的是使用定向精度，对定位精度要求不高。定向精度主要受基线长度、载波相位测量偶然误差、多径干扰误差、标定误差和激光测距测角仪测角误差等因素的影响。利用上述双北斗天线进行定位定向时，载波相位测量偶然误差导致定向均方根误差为：

其中，σ_φ为载波相位非差测量均方根误差，λ为波长(这里为0.192m)，HDOP(horizontal dilution of precision)为水平几何精度衰减因子，n为测量次数，D为基线长度。本实施例中B1信号频点的载波相位非差测量均方根误差为0.007；北斗的HDOP通常为2.0，在少数地区达到4.0。

当北斗的HDOP为4.0，基线长度为1.2m，动态情况次数取1时，代入可得：

在实测过程中，基线长度为1.2m时，通常情况下，误差在0.5度左右，但有时误差会达到0.9～1度，该精度在允许范围内，能够满足使用要求。

如图2～图4所示，本实施例的天线安装架104和105结构完全相同，包括竖向设置的支杆1，支杆1的上端设置有螺纹安装部11，支杆1上于螺纹安装部11的下端设置有挡止支撑沿12，支杆1的下端设置有将支撑杆1夹紧安装在便携导弹发射架上并使支杆1与便携导弹发射架保持垂直的夹紧机构2。

该天线安装架将天线通过螺纹安装部安装到支杆的上端，然后通过夹紧机构将支杆及北斗天线夹紧安装到便携导弹发射架上，固定牢固，保证北斗天线不会偏移和掉落，同时北斗天线与便携导弹发射架垂直设置，保证了载体的精准定位。

进一步优选设置地，夹紧机构2包括连接部23以及装配在连接部23上的夹持部24，夹持部24包括相对设置的第一夹持爪21和第二夹持爪22、驱动组件3、锁定组件4。第一夹持爪21与第二夹持爪22相对的面为夹持面，第一夹持爪21一体成型固设在连接部23上，第二夹持爪22转动装配在连接部23上，驱动组件驱动第二夹持爪22转动以打开和缩小夹持口，使夹持部24简单容易的夹持在便携导弹发射架上。当本实施例的天线安装架夹紧在便携导弹发射架上时，锁定组件将第二夹持爪22锁定，防止第二夹持爪22转动。

进一步优选地，第一夹持爪21的夹持面设置成1/2圆弧面，第二夹持爪22的夹持面设置成1/4圆弧面，且在夹紧时，第一夹持爪21的夹持面与第二夹持爪22的夹持面位于同一圆面上。第一夹持爪21和第二夹持爪22部分不闭合夹持到载体上，这样能够保证第一夹持爪21和第二夹持爪22较为方便容易的夹持到便携导弹发射架的外周面上，且能够保证夹持力全部施加到载体的外周面上，夹持牢固。本实施例由于第一夹持爪21和第二夹持爪22的夹持面均为圆弧形结构，所以适合夹持在圆筒形结构的被测载体上，当然如果需要安装在其他结构的载体上，上述的第一夹持爪和第二夹持爪的夹持面设置成与需要夹持的载体的外周面形状匹配的夹持面即可。

进一步优选的，上述的第一夹持爪21和第二夹持爪22的圆弧形夹持面的宽度为20mm，进一步保证了第一夹持爪21和第二夹持爪22与便携导弹发射架的外周面在宽度方向上接触面积大，防止本实施例的天线安装架翻转，进一步的保证夹持牢固。

进一步优选地，连接部23与支杆1垂直设置且沿支杆1的径向方向上延伸，且连接部23的前端与支杆1的下端通过螺钉13可拆卸的固定连接，第一夹持爪21和第二夹持爪22均装配到连接部23的末端，这样设置首先可以将支杆1与夹紧机构2方便的拆卸，根据不同的载体的结构选择不同的夹紧机构，方便夹紧机构的更换。第一夹持爪21的夹持面朝向连接部23的反向延伸方向，这样设置能够使夹持部的夹持方向与连接部的延伸方向位于同一平面上，在将天线安装在便携导弹发射架上时，能够保持北斗天线位于便携导弹发射架的外侧，不会妨碍观测者沿便携导弹发射架方向进行观测，同时能够减小周围磁场对天线的干扰。

进一步优选设置地，驱动组件3包括与第二夹持爪22两端的连线垂直设置的驱动杆31，所述驱动杆31铰接装配在连接部23的末端，且与第二夹持爪22一端固定连接，连接部23沿其延伸方向设置有容纳驱动杆31的容纳槽26，驱动杆31与第二夹持爪22均铰接装配在连接部23的末端是通过以下结构实现的，容纳槽26的末端两侧槽壁上设置有铰接耳25，驱动杆31与第二夹持爪22的连接处通过销轴6铰接装配在铰接耳25上。夹紧机构夹紧载体时，驱动杆31位于容纳槽26内。

进一步优选地，锁定组件4包括驱动杆31的前端沿驱动杆31的延伸方向移动设置的伸缩舌41，以及设置在驱动杆31上驱动伸缩舌41伸出和缩回的扳手42，容纳槽26的前端槽壁的上端设置有与伸缩舌41的上端面挡止配合的挡沿43。

进一步优选地，扳手42的后端与驱动杆31的末端之间内置设有弹簧，当弹簧处于自然状态时伸缩舌41伸出，当弹簧处于压缩状态时伸缩舌41缩回。

本实施例的天线安装架在使用时，先将天线安装在支杆1上端的螺纹安装部11上，并通过挡止支撑沿12对天线进一步进行支撑，然后手动扳动扳手42压缩弹簧，并驱动伸缩舌41缩回，驱动杆31向连接部23的上方旋转，带动第二夹持爪22远离第一夹持爪21以打开夹持口，将夹紧机构夹持在便携导弹发射架上，驱动杆31向下旋转，带动第二夹持爪22靠近第一夹持爪21以缩小夹持口，使第一夹持爪21和第二夹持爪22的夹持面夹紧贴合在便携导弹发射架的外周面上，继续向下旋转驱动杆31，使驱动杆31位于容纳槽26内时，松开扳手42，伸缩舌41在弹簧回弹力的作用下弹出，此时伸缩舌41的上端面与容纳槽26上的挡沿43挡止配合，防止了第二夹持爪22旋转。此时完成了将天线安装夹持在便携导弹发射架上。

如图3和图4所示，进一步为了防止本实施例的天线安装架在便携导弹发射架上转动，在便携导弹发射架的外周面上分别设置第一凸台81和第二凸台82，第一夹持爪21的侧面上设置有与第一凸台81挡止配合的第一防旋定位槽7，第二夹持爪22的侧面上设置有与第二凸台82挡止配合的第二防旋定位槽5。

如图5所示，进一步优选地，将支杆1的高度H设置成70mm，同时支杆1的轴线到第一夹持爪21的圆心的距离D为100mm。当然还可以根据不同载体的直径的不同支杆1的高度H取60mm或60mm～70mm之间的值，支杆1的轴线到第一夹持爪21的圆心的距离D取90mm或90mm～100mm之间的值。这样设置使天线受周围磁场环境的影响减到最小。

在其它的实施例中，如图6所示，上述的夹紧机构还可以设置成，第二夹持爪22与连接部23固定连接，第一夹持爪21通过驱动组件靠近或远离第二夹持爪22以打开和缩小夹持口。驱动组件的结构可以设置成连接部23沿其延伸方向上设置有螺纹孔14，螺纹孔14内螺纹旋设有驱动螺纹杆15，驱动螺纹杆15的末端与第一夹持爪21转动装配，旋动驱动螺纹杆15时，通过螺纹传动驱动螺纹杆15沿螺纹孔14移动，并带动第一夹持爪21移动。由于螺纹装配自身有自锁能力，因此锁定组件可以直接利用螺纹的自锁功能来对第一夹持爪进行锁定。

在其它的实施例中，上述的锁定组件还可以采用如图7所示的结构，在容纳槽26相对的内侧面上均设置有卡槽，驱动杆31上通过连杆32铰接滑动装配有向两侧伸出和缩回的梯形卡接凸起33，两个连杆32的末端铰接，驱动杆31上设置有驱动按钮34，该驱动按钮34通过连接杆35连接在连杆32的末端的铰接位置处，驱动按钮34与连接杆35之间设置有压缩弹簧36。按下驱动按钮34时梯形卡接凸起33随着连接杆35的移动相对向内移动缩回，此时可以驱动驱动杆31，并带动第二夹持爪22转动以打开夹持口，夹紧机构夹紧便携导弹发射架后，松开驱动按钮34，驱动按钮34在压缩弹簧36的作用力下弹回到初始状态，此时梯形卡接凸起33相对向外移动伸出，并且卡紧在容纳槽26上的卡槽内，此时将驱动杆31锁定，进而防止了第二夹持爪22转动。

北斗接收机106的型号为JM550，该北斗接收机包括分别与两个北斗天线对应连接的卫星无线电导航业务(RNSS，Radio Navigation Satellite System)的射频模块、基带信号处理模块和微处理器模块，其中，射频模块用于实现导航信号的变频、放大、滤波处理，将收到的北斗射频信号转换成模拟中频信号；基带信号处理模块完成对设定导航信号的捕获、跟踪、导航电文解调解码、原始观测量提取等功能，与微处理器模块共同完成被测载体位置速度时间等信息的解算；微处理器模块完成对导航电文的抽取、解算，并通过输出模块输出导航信息。该微处理器模块优选主频160MHz的TMS320VC54 DSP芯片，定向计算可在2s内完成。该北斗接收机106还能够接收北斗授时信号并同步输出时间信息。

本实施例的定位定向系统还包括与北斗接收机106连接的远控终端107，该远控终端107优选ARM计算机，其功能为：接收目标信息，根据便携导弹发射架位置解算出目标相对于便携导弹发射架的距离、方位角和俯仰角，计算便携导弹发射架筒体姿态角(方位角和俯仰角)，计算便携导弹发射架需要偏转的方向等。该计算机可以同步显示上述方位角、俯仰角以及时间信息等。

该定位定向系统的两个北斗天线分别接收北斗二号B1/B3卫星信号，经过放大滤波处理后传送到北斗接收机。经过北斗接收机内的射频模块处理以后，转换成模拟中频信号，然后通过AD转换成数字信号，送入基带信号处理模块进行处理后，将导航电文、原始观测量输出到DSP芯片，完成对导航电文的抽取、解算，获得被测载体的位置、方位、俯仰、速度、时间的相关信息，最终信息通过连接端口传输到远控终端进行显示。

本实施例的DSP芯片采用1.2m～1.4m的超短基线作为约束条件，利用2分钟或1分钟内测得的载波相位、伪距信息，采用快速整周模糊度求解的优化算法，可以正确求解出载波相位整周模糊度，提高便携导弹发射架的定向精度，提高数据解算速度和解算正确率，达到系统高精度、快速反应的要求。

本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统利用北斗二号超短基线定位测向解算，可实时输出精度满足使用要求的便携导弹发射架动态定位测向信息，还能够输出高精度的授时信号，其技术指标如表1所示：

表1

该系统采用快速整周模糊度求解的优化算法，无需静态初始化，定向时间短，实时性强；另外，基线长度已知并作为约束条件，提高了系统的可靠性，解决了单兵武器在瞄准射击过程中由于不断动态调整需要实时提供高精度方位指示的问题。本实用新型基于双北斗天线的定位定向系统利用北斗系统进行定位定向，能够实现动态条件下单兵武器发射架姿态和位置的实时、高精度测量，可以为精确制导武器提供定位导航服务。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。