一种动态环境可实时定位无线信标机电路的制作方法

所属技术领域

本发明涉及一种动态环境可实时定位无线信标机电路，适用于搜索定位领域。

背景技术：

在地面台站或飞行器中提供自身位置信息的无线电电子设备。它由振荡器、发射机、发射天线和附加设备组成。飞机导航系统中，一个或几个地面导航台用规定的频率发射无线电信标信号（等幅波、音频调制波或代码），飞机机上导航设备根据收到的信标信号测出或解算出飞机相对于导航台的方位。飞机不断测定方位并纠正航向，就可被引导到目的地。

飞行器上装设的无线电信标机的主要用途是：①地面台站接收飞行器发射的信标信号能及时发现飞行器，测定其相对于地面台站的方位角或俯仰角，还可用来引导其他设备的天线，使其对准飞行目标；②采用频率稳定度很高的信标机时，地面台站接收到的信标频率减去标称的信标频率可得出飞行器运动产生的多普勒频率，从而测出飞行器相对于地面台站的径向速度（见多普勒测速系统）；③返回型航天器中的信标机能向搜寻设备提供回收物体位置的信息；④在某些飞行器的信标载频上调制有反映飞行器状况的遥测信息，还可以调制识别标记。信标机与转发器（见通信转发器）的主要区别是：前者主动地发射信标信号，而且只发射不接收，信息传输为单向性；后者接收由地球站发来的信号，并经变频、放大和信号处理，故信息传输具有双向性。与反射式雷达相比，信标跟踪的作用距离远，信号稳定，并且没有雷达的假目标回波干扰。

无线信标机作为单向发射器，目前已在军、民很多领域得到广泛应用，覆盖陆海空各个方面。在航海船只搜救以及远足者搜救等领域的信标机技术都已经比较成熟，市场上也已有不同类型各种应用的产品出现。然而在航空领域针对于记录器的回收却没有成熟的、抗过载性能好、功率大、体积小的专用信标机，尤其是动态环境采用了一些空中、平地和山区等各种条件，而在快速移动的物体上面，gps数据更新率能够满足试验要求，根据更新位置点连接成线，描绘出物体的运动轨迹，因此展开这方面的应用研究是十分有必要的。

技术实现要素：

本发明提供一种动态环境可实时定位无线信标机电路，提出了动态环境下能实时定位箭载记录器的回收系统方案，由随记录器一起下落的信标发射机、天上无人机及地面接收设备组成的搜索网络，实时获取记录器的位置信息，实现了对记录器的快速找寻。

本发明所采用的技术方案是。

可实时定位无线信标机电路由gps接收电路、控制单元、并口转usb接口电路、供电模块电路组成。

所述动态环境可实时定位系统中，当记录器下降到25km高度时记录器上的高度计提供给信标机发射机一个触发脉冲，信标机便开始发射无线信号并进行搜星任务，在预计落点区域内，无人机搜索设备在天上循环飞行进行信号搜索，同时把接收到的信息一方面实时发送到地面接收机一方面存储起来，与此同时地面搜索设备在预定区域内进行搜索信号和接收空中无人机信号的任务。

所述gps接收电路采用国内厂商东方联星生产的gps模块cns50-gps，可良好适应下落时的动态环境以及在民用领域选择，较多的u-blox公司的gps导航模块max-6q。gps模块已经将本身核心cpu、基带芯片、rf射频芯片以及相关的外围电路集成在了一起。数据手册上可查到max-6q模块的参考电路设计，使用单片机的串口可以和其串口功能直接连接实现数据接收。对于cns50-gps模块，其包含两种数据格式：nmea0183和二进制格式，数据输出接口4个，使得设计更具多样性灵活性。

所述控制单元作为系统的核心单元，控制着整个系统的任务调度以及功耗、数据处理等各个部分的工作情况。考虑到gps传输速率和数据长度，本系统处理单元核心器件采用了cygnal公司的单片机c8051f040。单片机系统电路设计包含程序下载电路和时钟电路，gps模块的信息可通过串口来读取，同时gps参数也可以通过串口对其进行更改，例如数据更新率、数据传输格式等。通过单片机来控制gps模块的供电部分，从而可灵活的控制gps工作，达到降低功耗的口的。后级射频模块可通过与c8051f040的串口相连接，通信波特率设置为9600。

本设计系统中，射频模块作为无线通信设计中的一部分，可以直接与cpld或者单片机串口相连进行数据传输，并在其本身内部集成好载波调制和伪码电路设计，采用的是美国digi公司的xtendtm900模块进行组网设计，无线通信射频模块使用5v电源供电，含有20个设计管脚，其中第7管脚可以用来控制模块的工作状态实现功耗控制，通过上位机软件的配置，可直接与cpld和单片机等芯片实现硬件数据流控制和串口数据收发。

所述并口转usb接口电路中，在无线接收设备中，射频前段使用相同的收发单元，通过对射频单元参数设计，可以使收发端具有相同的伪码序列和频率跳变，达到收发同步。采用单片机对后级数据进行处理，对接收的数据经过cpld芯片进行“串一并”转换，形成8位数据格式，经过ft245接口电路生成usb格式数据流传输到上位机，由上位机地图软件显示当前位置。

所述供电模块起到为整个系统提供能量的作用，电源电路设计时不仅需要考虑其充足的电量和稳定的电压，还需要纯净的电源，即电源纹波小，对电路板电路的干扰尽量小。lpc2132将输出指定参数到da模块以输出相应的控制电压，最后再通过恒流放大电路输出所需的控制电流.液晶显示可以增加直观的参数显示，使设置更灵活和方便。串行通信接口可以方便进行isp编程下载，同时通过编程以便于上位pc机对系统的控制和调试。系统采用的da芯片是ad5623，它是一块低功耗、高精度12位的da芯片，该芯片具有两个模拟输出接口，内部自带参考电压为2.2v～5v，因此其输出电压的范围最高为5v，控制电压输入要求为±5v。

本发明的有益效果是：电路结构紧凑，体积小，系统稳定可靠，在快速移动的物体上面，gps数据更新率能够满足要求，根据更新位置点连接成线，描绘出了物体的运动轨迹，可以快速回收数据记录器，且具有良好的抗干扰性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的系统框图。

图2是本发明的gps接收电路。

图3是本发明的控制单元。

图4是本发明的并口转usb接口电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，动态环境可实时定位系统中，当记录器下降到25km高度时记录器上的高度计提供给信标机发射机一个触发脉冲，信标机便开始发射无线信号并进行搜星任务，在预计落点区域内，无人机搜索设备在天上循环飞行进行信号搜索，同时把接收到的信息一方面实时发送到地面接收机一方面存储起来，与此同时地面搜索设备在预定区域内进行搜索信号和接收空中无人机信号的任务。

如图2,gps接收电路采用国内厂商东方联星生产的gps模块cns50-gps，可良好适应下落时的动态环境以及在民用领域选择，较多的u-blox公司的gps导航模块max-6q。gps模块已经将本身核心cpu、基带芯片、rf射频芯片以及相关的外围电路集成在了一起。数据手册上可查到max-6q模块的参考电路设计，使用单片机的串口可以和其串口功能直接连接实现数据接收。对于cns50-gps模块，其包含两种数据格式：nmea0183和二进制格式，数据输出接口4个，使得设计更具多样性灵活性。

如图3，控制单元作为系统的核心单元，控制着整个系统的任务调度以及功耗、数据处理等各个部分的工作情况。考虑到gps传输速率和数据长度，本系统处理单元核心器件采用了cygnal公司的单片机c8051f040。单片机系统电路设计包含程序下载电路和时钟电路，gps模块的信息可通过串口来读取，同时gps参数也可以通过串口对其进行更改，例如数据更新率、数据传输格式等。通过单片机来控制gps模块的供电部分，从而可灵活的控制gps工作，达到降低功耗的口的。后级射频模块可通过与c8051f040的串口相连接，通信波特率设置为9600。

本设计系统中，射频模块作为无线通信设计中的一部分，可以直接与cpld或者单片机串口相连进行数据传输，并在其本身内部集成好载波调制和伪码电路设计。本设计采用的是美国digi公司的xtendtm900模块进行组网设计，无线通信射频模块使用5v电源供电，含有20个设计管脚，其中第7管脚可以用来控制模块的工作状态实现功耗控制，通过上位机软件的配置，可直接与cpld和单片机等芯片实现硬件数据流控制和串口数据收发。

如图4，并口转usb接口电路中，在无线接收设备中，射频前段使用相同的收发单元，通过对射频单元参数设计，可以使收发端具有相同的伪码序列和频率跳变，达到收发同步。采用单片机对后级数据进行处理，对接收的数据经过cpld芯片进行“串一并”转换，形成8位数据格式，经过ft245接口电路生成usb格式数据流传输到上位机，由上位机地图软件显示当前位置。

供电模块起到为整个系统提供能量的作用，电源电路设计时不仅需要考虑其充足的电量和稳定的电压，还需要纯净的电源，即电源纹波小，对电路板电路的干扰尽量小。lpc2132将输出指定参数到da模块以输出相应的控制电压，最后再通过恒流放大电路输出所需的控制电流.液晶显示可以增加直观的参数显示，使设置更灵活和方便。串行通信接口可以方便进行isp编程下载，同时通过编程以便于上位pc机对系统的控制和调试。系统采用的da芯片是ad5623，它是一块低功耗、高精度12位的da芯片，该芯片具有两个模拟输出接口，内部自带参考电压为2.2v～5v，因此其输出电压的范围最高为5v，控制电压输入要求为±5v。