共轴双旋翼直升机定位系统

技术领域

本发明涉及卫星定位领域，具体为共轴双旋翼直升机定位系统。

背景技术

共轴双旋翼直升机具有绕同一理论轴线一正一反旋转的上下两副旋翼，由于转向相反，两副旋翼产生的扭矩在航向不变的飞行状态下相互平衡。通过所谓的上下旋翼总距差动产生不平衡扭矩可实现航向操纵，共轴双旋翼在直升机的飞行中，既是升力面又是纵横向和航向的操纵面，一般具有旋翼直径小、迎面阻力小、速度快、机动能力强的特点。如俄罗斯的卡-25、卡-50等。

共轴双旋翼直升机在执行空中任务时，通常需要不断确认自身位置，保证任务过程的安全性和可控性，但目前大多数定位系统均采用简单的单卫星GPS或北斗进行定位，通过向卫星发射信号，信号经过处理后发往地面基站，再通过地面基站发送到直升机内，此过程存在一些弊端，首先直升机不同于汽车等地面交通工具，飞行在空中不断移动的直升机很难通过接收地面基站的信号来精准确定自身坐标位置，其次在信号发送过程中，会混杂其他的信号，影响地面基站对于信号的计算，从而导致定位不准确。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了共轴双旋翼直升机定位系统，解决了飞行在空中不断移动的直升机很难通过接收地面基站的信号来精准确定自身坐标位置，其次在信号发送过程中，会混杂其他的信号，影响地面基站对于信号的计算，从而导致定位不准确的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：共轴双旋翼直升机定位系统，包括：

辐射源发射模块，设置在直升机上，用于发射直升机辐射源信号；

两个辐射源信号接收模块，分别设置在第一北斗卫星和第二北斗卫星上，用于接收直升机辐射源信号；

所述第一北斗卫星和第二北斗卫星上均设有信号处理模块，用于对直升机辐射源信号进行处理，获取辐射源信号的收发时间和辐射源发射模块的中心频率；

信号接收天线，设置在地面基站，用于接收来自第一北斗卫星和第二北斗卫星中信号处理模块处理后的辐射源信号。

优选的，所述第一北斗卫星和第二北斗卫星上还均设有信号发射模块，用于向地面基站的信号接收天线发射信号处理模块处理后的辐射源信号。

优选地，所述地面基站还包括射频前端模块、中频处理模块、基带处理模块和定位计算模块，所述射频前端模块用于对接收的辐射源信号进行信号滤波，所述中频处理模块将辐射源信号转化为数字形式，所述基带处理模块对数字形式的辐射源信号进行解析处理，最所述定位计算模块对解析处理后的辐射源信号计算得出辐射源信号位置信息。

优选的，所述地面基站还包括定位信号发射模块，用于发射通过定位计算模块计算得出辐射源信号位置信息，所述直升机上还设有定位信号接收模块，用于接收定位信号发射模块所发射的辐射源信号位置信息，进而确定直升机位置。

优选的，所述射频前端模块包括DSP模块和滤波模块，所述滤波模块的输出端通过MCBSP串口与DSP模块的数据接收端相连，所述DSP模块的输出端通过数/模转换模块与滤波模块的数据接收端相连，所述滤波模块包括通透滤波器、可编辑通透滤波器和梯度计算与系数修正模块。

优选的，采用可编辑通透滤波器和梯度计算与系数修正模块对辐射源信号进行处理，并输出滤波后的辐射源信号，包括以下步骤：

(1)通透滤波器接收辐射源信号，将辐射源信号作为输入信号X(n)，并对X(n)进行算法处理和补偿后得到滤波器输出信号y(n)，并将输出信号y(n)输入至可编辑通透滤波器中，同时期望输出信号Y(n)也输入至可编辑通透滤波器中；

(2)通过梯度计算与系数修正模块用于接收Y(n)和y(n)的差值作为误差信号e(n)，并对每次的输入信号X(n)和误差信号e(n)进行计算，得出下一轮滤波所使用的系数；

(3)通过可编辑通透滤波器不断更新滤波器的系数，用滤波器模拟得到的反馈量和实际反馈量之间的误差，并最终输出得到的最终输出信号L(n)，该最终输出信号L(n)即为滤波后的辐射源信号。

优选的，所述定位计算模块通过获取第一北斗卫星与第二北斗卫星的时差和频差，并通过计算得到辐射源信号的具体位置信息，进而确定直升机位置；

dto＝(‖r

dfo＝f

‖r‖＝R

其中dto为第一北斗卫星与第二北斗卫星的时差，dfo为第一北斗卫星与第二北斗卫星的频差，r

优选的，所述定位计算模块通过获取多次第一北斗卫星与第二北斗卫星的时差和频差，并通过计算得到辐射源信号的具体位置信息，进而确定移动中直升机位置；

dto

dfo

其中k表示测量次数，k＝1,2,3...。

本发明提供了共轴双旋翼直升机定位系统。具备以下有益效果：

1、本发明通过直升机的辐射源发射模块向两个北斗卫星发射辐射源信号，利用两个北斗卫星对接收的辐射源信号的时差和频差，配合地面基站对处理后的辐射源信号进行计算来获得直升机的位置，定位过程准确快速，同时还可以对移动状态下的直升机进行精准定位，更好地满足直升机的定位需求。

2、本发明采用可编辑通透滤波器和梯度计算与系数修正模块对获取的辐射源信号进行滤波，形成辐射源信号输入的自适应滤波技术，能够快速精确定位反馈频率，有效地消除辐射源信号传输过程中混杂的其他信号波，提高后续对辐射源信号位置的定位计算准确性。

附图说明

图1为本发明的系统架构图；

图2为本发明中滤波模块的系统结构图；

具体实施方式

下面将结合本发明的说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅附图1-附图2，本发明实施例提供共轴双旋翼直升机定位系统，包括：

辐射源发射模块，设置在直升机上，用于发射直升机辐射源信号；

两个辐射源信号接收模块，分别设置在第一北斗卫星和第二北斗卫星上，用于接收直升机辐射源信号；

第一北斗卫星和第二北斗卫星上均设有信号处理模块，用于对直升机辐射源信号进行处理，获取辐射源信号的收发时间和辐射源发射模块的中心频率；

具体的，空间两颗卫星接收到的辐射源信号，由于路径和速度的不同，两路信号之间存在一定的时差和频差，根据立体几何的定义，到空间两个固定点的距离为常数的点构成双曲面，因此，对于确定的两个卫星的位置，由某一个时差值确定的轨迹是单边的双曲面，与地球球面可相交出一条曲线，同理，频差也确定了一个曲面，该曲面与地球球面相交得到另一条曲线，两条曲线的交点就是辐射源信号的位置。

信号接收天线，设置在地面基站，用于接收来自第一北斗卫星和第二北斗卫星中信号处理模块处理后的辐射源信号。

本实施例中，第一北斗卫星和第二北斗卫星上还均设有信号发射模块，用于向地面基站的信号接收天线发射信号处理模块处理后的辐射源信号。

进一步的，地面基站还包括射频前端模块、中频处理模块、基带处理模块和定位计算模块，射频前端模块用于对接收的辐射源信号进行信号滤波，中频处理模块将辐射源信号转化为数字形式，基带处理模块对数字形式的辐射源信号进行解析处理，最后通过定位计算模块计算得出辐射源信号位置信息。

进一步的，地面基站还包括定位信号发射模块，用于发射通过定位计算模块计算得出辐射源信号位置信息，直升机上还设有定位信号接收模块，用于接收定位信号发射模块所发射的辐射源信号位置信息，进而确定直升机位置。

进一步的，射频前端模块包括DSP模块和滤波模块，滤波模块的输出端通过MCBSP串口与DSP模块的数据接收端相连，DSP模块的输出端通过数/模转换模块与滤波模块的数据接收端相连，滤波模块包括通透滤波器、可编辑通透滤波器和梯度计算与系数修正模块。

进一步的，采用可编辑通透滤波器和梯度计算与系数修正模块对辐射源信号进行处理，并输出滤波后的辐射源信号，包括以下步骤：

(1)通透滤波器接收辐射源信号，将辐射源信号作为输入信号X(n)，并对X(n)进行算法处理和补偿后得到滤波器输出信号y(n)，并将输出信号y(n)输入至可编辑通透滤波器中，同时期望输出信号Y(n)也输入至可编辑通透滤波器中；

(2)通过梯度计算与系数修正模块用于接收Y(n)和y(n)的差值作为误差信号e(n)，并对每次的输入信号X(n)和误差信号e(n)进行计算，得出下一轮滤波所使用的系数；

(3)通过可编辑通透滤波器不断更新滤波器的系数，用滤波器模拟得到的反馈量和实际反馈量之间的误差，并最终输出得到的最终输出信号L(n)，该最终输出信号L(n)即为滤波后的辐射源信号。

具体的，用收敛快速运算简单的最小均方误差算法，不断修正和更新滤波器的系数，使得输出信号和参考信号的误差达到最小，这样模拟得到的信号越接近实际的反馈信号，从而达到滤波处理的目的。

进一步的，定位计算模块通过获取第一北斗卫星与第二北斗卫星的时差和频差，并通过计算得到辐射源信号的具体位置信息，进而确定直升机位置；

dto＝(‖r

dfo＝f

‖r‖＝R

其中dto为第一北斗卫星与第二北斗卫星的时差，dfo为第一北斗卫星与第二北斗卫星的频差，r

进一步的，定位计算模块通过获取多次第一北斗卫星与第二北斗卫星的时差和频差，并通过计算得到辐射源信号的具体位置信息，进而确定移动中直升机位置；

dto

dfo

其中k表示测量次数，k＝1,2,3...。

对于移动中的直升机，通过在不同时刻观察得到不同时差、频差值组成定位方程，从而确定移动中直升机的位置。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。