一种车载测量民用航空导航设备的自动测试系统及方法与流程

本发明涉及自动测试技术领域，具体涉及一种车载测量民用航空导航设备的自动测试系统及方法。

背景技术：

目前各机场客货运航班流量不断增加，机场运行对导航设备的性能和保障要求更加严格，不仅需要更先进的自动测量方法，而且对测量数据的连续性和精确性要求极高；而车载自动测试系统需要结合车载移动系统、惯性导航系统、天线姿态控制系统、升降系统和在线测试分析系统才能解决测量的连续性和精确性要求。

在现实情况中，导航信号测量是维护人员举着测试天线定点测量，需要人为不定时地改变测试天线的方向、角度、高度和测量点位，即耗费时间，也耗费人力，有时为了确保导航设备的稳定运行，需要停航进行检查，一般一次测试需要4至5人左右进行几天的测试才能完成所有的导航设备的巡检；定点测试的数据不连续不能完整反应导航设备的性能和导航设备空间信号的结构，数据的拟合需要进行插值处理，造成测试和绘制的数据及曲线不准确，而且测量过程易受天气等因素的影响，可能会间接影响机场运营。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种车载测量民用航空导航设备的自动测试系统及方法，可获得有效的待测信息和连续的测试数据，从而提高测量精度，保证测量数据的准确性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种车载测量民用航空导航设备的自动测试系统，所述系统包括：民用航空导航信号接收模块、组合惯性导航模块、天线姿态控制模块、垂直升降模块、车载移动模块、中央控制处理模块和在线测试分析模块；其中，

与所述组合惯性导航模块连接的民用航空导航信号接收模块设置在垂直升降模块上方；

所述天线姿态控制模块与中央控制处理模块相互连接；所述中央控制处理模块分别与民用航空导航信号接收模块、组合惯性导航模块和垂直升降模块连接；

所述民用航空导航信号接收模块、组合惯性导航模块通过车载移动模块与在线测试分析模块连接。

优选的，所述垂直升降模块包括：升降杆底座，和所述升降杆底座上安装的垂直升降机；

所述垂直升降机与测试机构连接，用于调节在线测试分析模块的高度；

所述垂直升降机与处理器连接，通过处理器调节垂直升降机的升降量。

优选的，所述民用航空导航信号接收模块包括导航信号接收天线，用于获取导航台站的民用航空导航信号；

所述组合惯性导航模块，包括北斗用户接收机、三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计；

所述北斗用户接收机设置有北斗差分接收天线，用于接收惯性导航信号；

所述三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计相互连接，用于接收导航坐标系中的速度、偏航角度和位置信息；

所述民用航空导航信号包括：航向信号、下滑信号、指点标信号和全向信标信号；

所述惯性导航信号包括：地球磁场信号、北斗信号和北斗差分信号。

进一步地，所述民用航空导航信号接收模块、组合惯性导航模块与中央控制处理模块的输入端连接，用于将民用航空导航信号、惯性导航信号，以及在线测试分析模块在导航坐标系中的速度、偏航角度和位置信号传输给中央控制处理模块。

进一步地，所述中央控制处理模块包括：获取单元、生成单元和传输单元；其中，

所述获取单元，用于获取预设导航台站位置序列，民用航空导航信号接收模块、垂直升降机和组合惯性导航模块当前的姿态、经纬度、高度、方位角度和俯仰角度；

所述生成单元，用于将预设导航台站位置序列与民用航空导航信号接收模块、垂直升降机和组合惯性导航模块当前的姿态、经纬度、高度、方位角度和俯仰角度进行比较，生成天线升降控制量、方位旋转量和俯仰调节量；

传输单元，用于将所述天线升降控制量、方位旋转量和俯仰调节量发送给天线姿态控制模块；

其中，所述导航台站位置序列为导航台站的高度和经纬度。

优选的，所述车载移动模块包括：安装于所述垂直升降机顶端的方位转向台、俯仰旋转台和旋转关节。

进一步地，所述天线姿态控制模块，包括输入单元、伺服中央控制处理模块、驱动器、步进电机、传动机构、编码器、射频端口和电源端口，其中，

所述输入单元，用于将预设导航台站位置序列，以及民用航空导航信号接收模块、垂直升降机和导航模块当前的姿态、经纬度、高度、方位角度和俯仰角度输入中央控制处理模块；

所述伺服控制器接收中央控制处理模块返回的天线升降控制量、方位旋转量和俯仰调节量控制指令，通过驱动器驱动步进电机和传动机构调节北斗差分接收天线的姿态；

所述步进电机和传动机构与编码器连接，用于根据调整后的姿态修正调整参数；

所述电源端口与外接电源输入端连接；

所述射频端口，用于传输输入射频信号和输出射频信号；

所述输入射频信号包括：与所述输出射频信号相关的反射信号分量。

进一步地，所述天线姿态控制模块与车载移动模块连接，用于驱动所述导航信号接收天线到达指定高度、经纬度和角度的最优信号接收位置；

其中，所述垂直升降机根据天线升降控制量调节导航信号接收天线的高度，所述方位转向台和俯仰旋转台，根据方位旋转量和俯仰调节量，调节导航信号接收天线的方位角度和俯仰角度。

进一步地，所述导航信号接收天线通过射频端口向在线测试分析模块发送民用航空导航信号；通过所述在线测试分析模块完成民用航空导航设备的自动测试；

所述在线测试分析模块包括显示屏和存储单元，分别用于显示和储存导航设备的测试参数和结构信息。

一种车载测量民用航空导航设备的自动测试方法，所述方法包括：

将接收的民用航空导航信号、惯性导航信号，以及测试时的速度、偏航角度和位置信号进行预处理；

将经过预处理的信号与预设导航台站位置序列进行比较，生成天线升降控制量、方位旋转量和俯仰调节量；

根据所述天线升降控制量、方位旋转量和俯仰调节量，驱动导航信号接收天线到达指定高度、经纬度和角度的最优信号接收位置接收民用航空导航信号，完成民用航空导航设备的自动测试；其中，

所述经过预处理后的信号包括：天线的姿态、经纬度、高度、方位角度和俯仰角度。

与最接近的现有技术比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种车载测量民用航空导航设备的自动测试系统及方法，利用民用航空导航信号接收模块、组合惯性导航模块、天线姿态控制模块、垂直升降模块、车载移动模块、中央控制处理模块和在线测试分析模块；上述模块通过中央控制处理模块的调控，使得信号接收天线到达最优信号接收位置接收民用航空导航信号，以获得有效待测信息和连续的测试数据，完成民用航空导航设备的自动测试，从而提高测量精度，保证测量数据的准确性。该系统及方法可广泛适用于各个民用机场中，可有效降低企业成本和人力资源成本，增加市场竞争力，提高经济效益。

附图说明

图1是本发明提供的一种车载测量民用航空导航设备的自动测试系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的车载移动系统俯视图；

图3是本发明实施例提供的控制天线姿态的示意图；

图4是本发明实施例提供的天线姿态控制系统的原理框图；

图5是本发明实施例提供的车载测量民用航空导航设备的自动测试方法流程图；

其中，1-民用航空导航信号接收模块，2-组合惯性导航模块，3-垂直升降系统，4-天线姿态控制模块，5-车载移动模块，6-中央控制处理模块，7-在线测试分析模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

为了具体了解本发明提供的技术方案，将在下面的实施例中对本发明的技术方案做出详细的描述和说明。显然，本发明提供的实施例并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，除这些描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

实施例1：如图1所示，本发明提出的一种车载测量民用航空导航设备的自动测试系统，包括民用航空导航信号接收模块(1)、组合惯性导航模块(2)、天线姿态控制模块(4)、垂直升降模块(3)、车载移动模块(5)、中央控制处理模块(6)和在线测试分析模块(7)；其中，

与组合惯性导航模块连接的民用航空导航信号接收模块设置在垂直升降模块上方；

天线姿态控制模块与中央控制处理模块相互连接；所述中央控制处理模块分别与民用航空导航信号接收模块、组合惯性导航模块和垂直升降模块连接；

民用航空导航信号接收模块、组合惯性导航模块通过车载移动模块与在线测试分析模块连接。

垂直升降模块(3)包括：升降杆底座，和升降杆底座上安装的垂直升降机；

所述垂直升降机与测试机构连接，用于调节在线测试分析模块的高度；

所述垂直升降机与处理器连接，通过处理器调节垂直升降机的升降量。

民用航空导航信号接收模块(1)包括导航信号接收天线，用于获取导航台站的民用航空导航信号；

所述组合惯性导航模块，包括北斗用户接收机、三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计；

所述北斗用户接收机设置有北斗差分接收天线，用于接收惯性导航信号；

所述三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计相互连接，用于接收导航坐标系中的速度、偏航角度和位置信息；

所述民用航空导航信号包括：航向信号、下滑信号、指点标信号和全向信标信号；

所述惯性导航信号包括：地球磁场信号、北斗信号和北斗差分信号。

民用航空导航信号接收模块、组合惯性导航模块与中央控制处理模块的输入端连接，用于将民用航空导航信号、惯性导航信号，以及在线测试分析模块在导航坐标系中的速度、偏航角度和位置信号传输给中央控制处理模块。

中央控制处理模块(6)包括：获取单元、生成单元和传输单元；其中，

所述获取单元，用于获取预设导航台站位置序列，民用航空导航信号接收模块、垂直升降机和组合惯性导航模块当前的姿态、经纬度、高度、方位角度和俯仰角度；

所述生成单元，用于将预设导航台站位置序列与民用航空导航信号接收模块、垂直升降机和组合惯性导航模块当前的姿态、经纬度、高度、方位角度和俯仰角度进行比较，生成天线升降控制量、方位旋转量和俯仰调节量；

传输单元，用于将所述天线升降控制量、方位旋转量和俯仰调节量发送给天线姿态控制模块；其中，所述导航台站位置序列为导航台站的高度和经纬度。

(5)车载移动模块包括：安装于所述垂直升降机顶端的方位转向台、俯仰旋转台和旋转关节。

所述天线姿态控制模块(4)，包括输入单元、伺服中央控制处理模块、驱动器、步进电机、传动机构、编码器、射频端口和电源端口，其中，

所述输入单元，用于将预设导航台站位置序列，以及民用航空导航信号接收模块、垂直升降机和导航模块当前的姿态、经纬度、高度、方位角度和俯仰角度输入中央控制处理模块；

所述伺服控制器接收中央控制处理模块返回的天线升降控制量、方位旋转量和俯仰调节量控制指令，通过驱动器驱动步进电机和传动机构调节北斗差分接收天线的姿态；

所述步进电机和传动机构与编码器连接，用于根据调整后的姿态修正调整参数；

所述电源端口与外接电源输入端连接；

所述射频端口，用于传输输入射频信号和输出射频信号；

所述输入射频信号包括：与所述输出射频信号相关的反射信号分量。

所述天线姿态控制模块与车载移动模块连接，用于驱动所述导航信号接收天线到达指定高度、经纬度和角度的最优信号接收位置；

其中，所述垂直升降机根据天线升降控制量调节导航信号接收天线的高度，所述方位转向台和俯仰旋转台，根据方位旋转量和俯仰调节量，调节导航信号接收天线的方位角度和俯仰角度。

所述导航信号接收天线通过射频端口向在线测试分析模块发送民用航空导航信号；通过所述在线测试分析模块完成民用航空导航设备的自动测试；

所述在线测试分析模块(7)包括显示屏和存储单元，分别用于显示和储存导航设备的测试参数和结构信息。所述结构信息包括：航向台航迹结构、下滑台端射横向结构和全向信标参数曲线。

实施例2：本发明提出的一种车载测量民用航空导航设备的自动测试方法，如图5所示，其步骤具体包括：

s1将接收的民用航空导航信号、惯性导航信号，以及测试时的速度、偏航角度和位置信号进行预处理；

s2将经过预处理的信号与预设导航台站位置序列进行比较，生成天线升降控制量、方位旋转量和俯仰调节量；

s3根据所述天线升降控制量、方位旋转量和俯仰调节量，驱动导航信号接收天线到达指定高度、经纬度和角度的最优信号接收位置接收民用航空导航信号，完成民用航空导航设备的自动测试；其中，所述经过预处理后的信号包括：天线的姿态、经纬度、高度、方位角度和俯仰角度。

实施例3：根据上述发明提供的技术方案，本实施例提出民用航空导航设备测量用车载测试系统，包括民用航空导航信号接收系统，组合惯性导航系统，垂直升降系统，天线姿态控制系统，车载移动系统，中央控制处理系统，导航设备在线测试及分析系统。

民用航空导航信号接收系统，用于接收航向、下滑、指点标和全向信标等民用航空导航信号，安置于组合惯性导航系统和天线姿态控制系统之上；

组合惯性导航系统，用于接收地球磁场、北斗信号和北斗差分信号，同时也将民用航空导航设备的速度、偏航角度和位置等信号传输到中央控制处理系统，根据惯性导航数据和调节量调节天线姿态；组合惯性导航系统上包括有北斗差分接收机、三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计等；

天线姿态控制系统，用于将民用航空导航信号接收系统、组合惯性导航系统和垂直升降系统当前的姿态、经纬度、高度、方位角度和俯仰角度以及预设的导航台站位置序列输入到中央控制处理系统，同时也用于调节导航信号接收天线的方位角度和俯仰角度；天线姿态控制系统4包括方位转向台、俯仰旋转台、旋转关节以及射频端口；导航台站位置序列为导航台站的高度和经纬度；

将民用航空导航信号接收系统、组合惯性导航系统和天线姿态控制系统合装在一起，通过组合惯性导航系统的北斗差分接收机的连续定位来辅助民用航空导航信号接收机获得导航信号接收系统的连续位置信息，并将与导航信号接收天线接收到的导航台站信号绑定传输到中央控制处理系统，便于做信号分析；

垂直升降系统，用于调整导航信号接收系统的高度；垂直升降系统升降杆底座有垂直升降机，升降量受中央控制处理系统调控；

车载移动系统，用于承载自动测试系统，确保测量控制系统的稳定运行、测量过程的连续及电源保障的持续供给，从而解决了由于不连续测量需要进行插值的问题，更精确的反应测试的精准度；

中央控制处理系统，是一种基于软件程序控制的系统，用于将天线姿态控制系统4输入的导航信号接收系统1当前的姿态、经纬度、高度、方位角度和俯仰角度以及组合惯性导航系统输入的民用航空导航设备的速度、偏航角度和位置等信息与预设的导航台站位置序列进行计算和比较，生成天线升降控制量、方位旋转量及俯仰调节量，同时输出给天线姿态控制系统；中央控制处理系统包括姿态分析程序、自动测试控制程序、导航信号测试、分析和处理程序等；中央控制处理系统使用的北斗信号的当前经纬度和高度是根据北斗差分定位系统获得；

导航设备在线测试及分析系统，用于测试、分析和处理民用航空导航信号接收系统获取的导航台站的导航信号，并显示各导航设备的测试参数、储存获取到的数据以及显示航向台航迹结构、下滑台端射横向结构和全向信标参数曲线等结构；测试的导航信号参数包括航向信标的载波频率和功率、航道余隙信号的频率和功率、90hz信号的频率和调制度、150hz信号的频率和调制度、调制度和与调制度差、识别码的频率和调制度等，下滑信标的载波频率和功率、航道余隙信号的频率和功率、90hz信号的频率和调制度、150hz信号的频率和调制度、调制度和与调制度差等，全向信标的载波频率和功率、30hz信号的频率和调制度、9960hz信号的频率和调制度、方位角、识别码的频率和调制度等，指点信标的载波频率和功率、3000hz信号的频率和调制度、1300hz信号的频率和调制度、400hz信号的频率和调制度等；

参见图2，车载移动系统，包含安装于车顶的垂直升降机和升降杆顶端的方位转向台、俯仰旋转台、旋转关节、组合惯性导航系统以及民用航空导航信号接收天线，通过中央控制处理系统的调控，车载移动系统移动到精确的测量位置，垂直升降机调整测试高度，方位转向台、俯仰旋转台和旋转关节获取调控指令调整测试天线的方位角度和俯仰角度，组合惯性导航系统根据惯性导航原理调整天线的旋转速度和偏航角度；垂直升降系统可调节高度为0至18米，确保能测试下滑信号的下滑道信号；车载移动系统用于承载自动测试系统，确保测量控制系统的稳定运行、测量过程的连续及电源保障的持续供给，从而解决了由于不连续测量需要进行插值的问题，更精确的反应测试的精准度；

参见图3，导航信号接收天线姿态控制硬件结构、组合惯性导航系统及北斗差分结构包含民用航空导航信号接收系统、组合惯性导航系统、方位转向台和俯仰旋转台共同构成导航信号接收天线的姿态控制系统的硬件部分；其中，导航信号接收天线部分、天线姿态控制部分和北斗差分接收机部分安装于垂直升降机顶部，主要包括有导航信号接收天线、北斗差分接收天线、北斗差分接收机、三轴陀螺仪、三轴加速计、三轴磁力计、旋转关节、方位转向台和俯仰旋转台等。导航信号接收天线用于获取航向、下滑、指点标和全向信标等民用航空导航信号；北斗差分接收天线用于获取基准北斗发射机和北斗卫星的信号；三轴陀螺仪、三轴加速计和三轴磁力计用于获取导航坐标系中的速度、偏航角度和位置等信息；方位转向台和俯仰旋转台用于调整接收天线的水平和垂直方向的姿态。

参见图4，天线姿态控制系统的结构包括伺服控制器、驱动器、步进电机、传动机构、编码器、射频端口以及电源端口等组成。天线姿态控制系统根据中央控制处理系统的控制指令控制伺服控制器工作，驱动器驱动步进电机和传动机构调整测试天线的姿态，包括旋转速度、偏航角度和位置，同时编码器根据调整的状态修正调整参数；导航信号接收天线获取导航台站的导航信息通过射频端口传输到导航设备在线测试及分析系统进行分析和处理；电源端口提供220v的外接电源输入。

实施例4：本实施例提供的车载测量民用航空导航设备的自动测试方法，其包括：

步骤s101，利用民用航空导航信号接收系统和组合惯性导航系统对导航台站信号和地球磁场及北斗信号进行接收，并采用分别安装在民用航空导航信号接收系统和组合惯性导航系统的信号预处理模块将所接收到的信号进行预处理，再和民用航空导航设备的速度、偏航角度和位置等信号传输给中央控制处理系统和导航设备在线测试及分析系统；其中，由于组合惯性导航系统中含有北斗差分接收机，利用所述北斗差分接收机的连续定位来辅助导航信号接收机获得所述民用航空导航信号接收系统的连续位置信息，并将与接收到的导航信号绑定传输到导航设备在线测试及分析系统做分析和处理；

步骤s102，将天线姿态控制系统获取的天线当前的姿态、经纬度、高度及方位角度和俯仰角度及预设的导航台站位置序列输入到中央控制处理系统；

步骤s103，利用中央控制处理系统将导航信号接收系统的当前的姿态、经纬度、高度及方位角度和俯仰角度以及组合惯性导航系统输入的民用航空导航设备的速度、偏航角度和位置等信息与预设的导航台站位置序列进行计算，并生成天线升降控制量、方位旋转量和俯仰调节量；导航台站位置序列为导航台站的高度和经纬度；

步骤s104，中央控制处理系统将生成的天线升降控制量、方位旋转量和俯仰调节量反馈给垂直升降机、方位转向台和俯仰旋转台，垂直升降机、方位转向台和俯仰旋转台共同作用下调节导航信号接收天线的姿态、高度和经纬度，驱动民用航空导航信号接收天线到达指定高度和经纬度；

步骤s105，导航设备在线测试及分析系统测试、分析和处理民用航空导航信号接收系统获取的导航台站的导航信号，显示各导航设备的测试参数、储存获取到的数据以及显示航向台航迹结构、下滑台端射横向结构和全向信标参数曲线等结构。

如每个民用机场均采用上述民用航空导航设备测量用车载自动测试系统及其测试方法，可以有效降低企业成本，增加市场竞争力。其所节约下来的人力资源成本转换为货币来计算，必将是一个不可小觑的数字。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。