CN113777640B - 针对无人机探测定位的北斗相参***及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种针对无人机探测定位的北斗相参***及设备，包括：卫星接收模块，用于解调和解析北斗卫星信号，并生成原始北斗秒脉冲信号和北斗时长信号；运算建模模块，用于优化北斗卫星星座模型，生成北斗秒脉冲信号；铷原子钟模块，用于提供原始频率信号；功分倍频输出模块，用于输出主振频率源信号；相参锁相模块，用于将原始频率信号的相位与北斗秒脉冲信号的相位锁定；分频脉冲输出模块，用于输出与主振频率信号的相位相参的定时脉冲信号；中央控制模块，用于对各模块进行状态监控以及协调控制。本发明可以生成与北斗秒信号同步的定时脉冲信号及相参主振频率源信号，缩短了无人机的探测定位时长并提高了无人机的探测定位精度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及无人机探测与定位技术领域，尤其涉及一种针对无人机探测定位的北斗相参***及设备。
背景技术
近年来，无人技术及平台已经延伸到海、陆、空、天等多个领域，其中无人机无疑是众多无人平台发展最迅速的，随着无人机广泛应用以及国家政策对低空域的逐步开放，无人机“黑飞”与滥用也给社会公众的人身安全造成了潜在危害。目前对无人机探测定位主要是依托于雷达并采用信号到达时间差估计(TDOA)方法来实现，而TDOA需要有稳定的主振频率源和时间定时脉冲。随着北斗导航***的大量应用，采用北斗信号驯服原子钟以提供主振频率源、并采用北斗同步秒作为时间定时脉冲的传统方式已作为TDOA的主要方法，由于主振频率源相位和定时脉冲相位之间是相互独立考量的，在无人机的体积越来越小且航速越来越快的情况下，无法满足对探测锁定时长和探测精度的要求。因此，开发一种针对无人机探测定位的北斗相参***及设备，可以有效克服上述相关技术中的缺陷，就成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种针对无人机探测定位的北斗相参***及设备。
第一方面，本发明的实施例提供了一种针对无人机探测定位的北斗相参***，包括：卫星接收模块，用于解调和解析北斗卫星信号，并生成原始北斗秒脉冲信号和北斗时长信号；运算建模模块，用于优化北斗卫星星座模型，生成北斗秒脉冲信号；铷原子钟模块，用于提供原始频率信号；功分倍频输出模块，用于输出主振频率源信号；相参锁相模块，用于将原始频率信号的相位与北斗秒脉冲信号的相位锁定；分频脉冲输出模块，用于输出与主振频率信号的相位相参的定时脉冲信号；中央控制模块，用于对各模块进行状态监控以及协调控制。
在上述***实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的针对无人机探测定位的北斗相参***，还包括：按键显示模块，用于通过中央控制模块的控制，进行装置的状态显示和按键控制。
在上述***实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的针对无人机探测定位的北斗相参***，还包括：无人机探测定位***，用于通过中央控制模块对所述针对无人机探测定位的北斗相参***进行状态监控。
在上述***实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的针对无人机探测定位的北斗相参***，所述输出主振频率源信号，包括：将铷原子钟模块输出的原始频率信号进行功率分配和倍频，并输出与原始频率信号相位相关的主振频率源信号。
在上述***实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的针对无人机探测定位的北斗相参***，所述将原始频率信号的相位与北斗秒脉冲信号的相位锁定，包括：对运算建模模块输出的北斗秒脉冲信号和功分倍频输出模块输出的主振频率源信号进行相位检测，并输出频率调节码至铷原子钟模块，将铷原子钟模块输出的原始频率信号的相位与运算建模模块输出的北斗秒脉冲信号的相位锁定。
在上述***实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的针对无人机探测定位的北斗相参***，所述输出与主振频率信号的相位相参的定时脉冲信号，包括：对功分倍频输出模块输出的主振频率信号进行直接分频，输出与主振频率信号的相位相参的定时脉冲信号。
在上述***实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的针对无人机探测定位的北斗相参***，所述无人机探测定位***，还用于接收分频脉冲输出模块的定时脉冲输出和功分倍频输出模块的相参主振频率输出。
在上述***实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的针对无人机探测定位的北斗相参***，还包括：卫星天线模块，用于接收北斗卫星信号。
第二方面，本发明的实施例提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的针对无人机探测定位的北斗相参***。
第三方面，本发明的实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机实现第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的针对无人机探测定位的北斗相参***。
本发明实施例提供的针对无人机探测定位的北斗相参***及设备，通过将卫星接收模块、运算建模模块、铷原子钟模块、功分倍频输出模块、相参锁相模块、分频脉冲输出模块和中央控制模块进行***集成，可以生成与北斗秒信号同步的定时脉冲信号及相参主振频率源信号，以此缩短了无人机的探测定位时长并提高了无人机的探测定位精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的针对无人机探测定位的北斗相参***结构示意图；
图2为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一针对无人机探测定位的北斗相参***结构示意图；
图4为本发明实施例提供的又一针对无人机探测定位的北斗相参***结构示意图；
图5为本发明实施例提供的再一针对无人机探测定位的北斗相参***结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
将铷原子钟频率信号以锁相方式锁定于北斗秒信号，再以锁相倍频方式生成相位关系稳定的主振频率信号，最后将主振频率信号直接分频生成定时脉冲信号，从而输出与北斗秒高精度同步的定时脉冲信号以及相参主振频率源信号。基于这种思想，本发明实施例提供了一种针对无人机探测定位的北斗相参***，参见图1，该***包括：卫星接收模块，用于解调和解析北斗卫星信号，并生成原始北斗秒脉冲信号和北斗时长信号；运算建模模块，用于优化北斗卫星星座模型，生成北斗秒脉冲信号；铷原子钟模块，用于提供原始频率信号；功分倍频输出模块，用于输出主振频率源信号；相参锁相模块，用于将原始频率信号的相位与北斗秒脉冲信号的相位锁定；分频脉冲输出模块，用于输出与主振频率信号的相位相参的定时脉冲信号；中央控制模块，用于对各模块进行状态监控以及协调控制。
具体可以参见图3，基于上述***实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的针对无人机探测定位的北斗相参***，还包括：按键显示模块，用于通过中央控制模块的控制，进行装置的状态显示和按键控制。按键显示模块通过中央控制模块的控制，进行装置的状态显示和按键控制。
具体可以参见图4，基于上述***实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的针对无人机探测定位的北斗相参***，还包括：无人机探测定位***，用于通过中央控制模块对所述针对无人机探测定位的北斗相参***进行状态监控。无人机探测定位***接受分频脉冲输出模块的定时脉冲输出和功分倍频输出模块的相参主振频率输出，并通过中央控制模块对装置进行状态监控。
基于上述***实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的针对无人机探测定位的北斗相参***，所述输出主振频率源信号，包括：将铷原子钟模块输出的原始频率信号进行功率分配和倍频，并输出与原始频率信号相位相关的主振频率源信号。
基于上述***实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的针对无人机探测定位的北斗相参***，所述将原始频率信号的相位与北斗秒脉冲信号的相位锁定，包括：对运算建模模块输出的北斗秒脉冲信号和功分倍频输出模块输出的主振频率源信号进行相位检测，并输出频率调节码至铷原子钟模块，将铷原子钟模块输出的原始频率信号的相位与运算建模模块输出的北斗秒脉冲信号的相位锁定。
基于上述***实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的针对无人机探测定位的北斗相参***，所述输出与主振频率信号的相位相参的定时脉冲信号，包括：对功分倍频输出模块输出的主振频率信号进行直接分频，输出与主振频率信号的相位相参的定时脉冲信号。
基于上述***实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的针对无人机探测定位的北斗相参***，所述无人机探测定位***，还用于接收分频脉冲输出模块的定时脉冲输出和功分倍频输出模块的相参主振频率输出。
具体地，卫星接收模块用于解调和解析北斗卫星信号，并生成原始北斗秒脉冲信号和北斗时间信号；运算建模模块用于优化北斗卫星星座模型，生成高精度北斗秒脉冲信号；铷原子钟模块提供原始频率信号；功分倍频输出模块根据铷原子钟模块输出的原始频率信号，进行功率分配和倍频后，输出与原始频率信号相位关系稳定的多路、多种主振频率源信号；相参锁相模块根据运算建模模块输出的高精度北斗秒脉冲信号、功分倍频输出模块输出的主振频率源信号，进行相位检测并输出频率调节码至铷原子钟模块，使得铷原子钟模块输出的原始频率信号的相位锁定于运算建模模块输出的高精度北斗秒脉冲信号；分频脉冲输出模块对功分倍频输出模块输出的主振频率信号进行直接分频，输出与主振频率信号的相位相参的定时脉冲信号；中央控制模块与各模块连接，进行各模块的状态监控以及协调控制。
具体可以参见图5，基于上述***实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的针对无人机探测定位的北斗相参***，还包括：卫星天线模块，用于接收北斗卫星信号。
本发明实施例提供的针对无人机探测定位的北斗相参***及设备，通过将卫星接收模块、运算建模模块、铷原子钟模块、功分倍频输出模块、相参锁相模块、分频脉冲输出模块和中央控制模块进行***集成，可以生成与北斗秒信号同步的定时脉冲信号及相参主振频率源信号，以此缩短了无人机的探测定位时长并提高了无人机的探测定位精度。
本发明实施例提供的针对无人机探测定位的北斗相参***及设备，采用铷原子钟的频率高稳定特性，生成抖动极小的定时脉冲信号；采用环外锁相方法，解决了现有技术中铷原子钟只能锁频不能锁相的问题；通过直接分频的方法，解决了现有技术中输出频率与定时脉冲非相参的问题；生成与北斗秒高精度同步的定时脉冲信号以及相参主振频率源信号，提供给无人机探测定位***，缩短探测定位时间并提高探测定位精度；装置可适用于单基站、双基站、多基站***，并适于静止***和动态***使用。
在诸多定位探测技术中，无线电探测与定位技术被广泛应用于通信侦察、航空航天、电子对抗等多个工程领域，而目前的无人机探测定位***也大量采用无线电探测与定位技术。无人机探测定位***一般由一个发射雷达站和多个接收雷达站组成，通过雷达来探测无人机目标，雷达利用电磁波进行目标检测和目标参数提取，以实现对目标的定位。具体来讲，通过双基地雷达或多基地雷达的雷达天线将电磁波集中发射到某个范围内，经目标发射后由雷达接收，利用电磁波从发射雷达至目标再到接收雷达的时间差(TDOA)来实现定位。为了提高TDOA探测定位的精度，最重要的是考虑时序精度，也就是定时脉冲与载波频率相位的精度，采集的相位时间误差将直接转化为距离测量的误差最终决定定位误差。这些误差大致分为两个部分：第一，探测定位***每个雷达站记录的时间的不确定性，这就取决于每个站使用的定时脉冲的精度；第二，每个站之间的载波频率相位同步精度，这就取决于每个站主振频率的相位同步精度。
由于无人机探测定位***的多个雷达站是远距离分布，每个站使用的都是独立的时间频率装置，不能如单基地雷达一样做到主振频率和定时脉冲完全同源，每个独立的时间频率装置只能通过接收北斗卫星信号并将定时脉冲直接同步到北斗秒脉冲以实现准同源，这个准同源的定时脉冲精度将直接影响定位精度，而这个同步过程与主振频率没有关联；再者，为了提高准同源精度并获得在卫星信号丢失状态下的更好的守时精度，时间频率装置需要内置铷原子钟，铷原子钟将为主振频率提供原始频率输出，但铷原子钟由于物理机理的限制不能直接做到输出频率相位同步至北斗秒，即主振频率的相位与定时脉冲之间无关联非相参。这种定时脉冲与主振频率无关联同步的方法就导致在无人机探测定位***在进行信号级数据处理时难以提高TDOA定位精度并加快定位时间。
本发明实施例提供的针对无人机探测定位的北斗相参***及设备,与现有技术方案的最大不同在于定时脉冲是由主振频率直接分频移相获得，而不是将定时脉冲直接锁定于北斗秒脉冲，克服了铷原子钟不能进行频率锁相相参的缺点，采用环外锁相方法，使铷原子钟的输出频率相位锁定于高精度的北斗秒脉冲，再由铷原子钟的输出频率进行直接分频和移相，从而得到同步于北斗秒脉冲的定时脉冲及相参主振频率信号。
本发明实施例的***是依托电子设备实现的，因此对相关的电子设备有必要做一下介绍。基于此目的，本发明的实施例提供了一种电子设备，如图2所示，该电子设备包括：至少一个处理器(processor)、通信接口(Communications Interface)、至少一个存储器(memory)和通信总线，其中，至少一个处理器，通信接口，至少一个存储器通过通信总线完成相互间的通信。至少一个处理器可以调用至少一个存储器中的逻辑指令，以实现***实施例中提供的各种***。
此外，上述的至少一个存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的全部***或部分***。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)实现各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法或***。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。基于这种认识，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
在本专利中，术语"包括"、"包含"或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种针对无人机探测定位的北斗相参***，其特征在于，包括：卫星接收模块，用于解调和解析北斗卫星信号，并生成原始北斗秒脉冲信号和北斗时长信号；运算建模模块，用于优化北斗卫星星座模型，生成北斗秒脉冲信号；铷原子钟模块，用于提供原始频率信号；功分倍频输出模块，用于输出主振频率源信号，包括：将铷原子钟模块输出的原始频率信号进行功率分配和倍频，并输出与原始频率信号相位相关的主振频率源信号；相参锁相模块，用于将原始频率信号的相位与北斗秒脉冲信号的相位锁定；分频脉冲输出模块，用于输出与主振频率信号的相位相参的定时脉冲信号，包括：对功分倍频输出模块输出的主振频率信号进行直接分频，输出与主振频率信号的相位相参的定时脉冲信号；中央控制模块，用于对各模块进行状态监控以及协调控制；
所述将原始频率信号的相位与北斗秒脉冲信号的相位锁定，包括：对运算建模模块输出的北斗秒脉冲信号和功分倍频输出模块输出的主振频率源信号进行相位检测，并输出频率调节码至铷原子钟模块，将铷原子钟模块输出的原始频率信号的相位与运算建模模块输出的北斗秒脉冲信号的相位锁定。
2.根据权利要求1所述的针对无人机探测定位的北斗相参***，其特征在于，还包括：按键显示模块，用于通过中央控制模块的控制，进行装置的状态显示和按键控制。
3.根据权利要求2所述的针对无人机探测定位的北斗相参***，其特征在于，还包括：无人机探测定位***，用于通过中央控制模块对所述针对无人机探测定位的北斗相参***进行状态监控。
4.根据权利要求1所述的针对无人机探测定位的北斗相参***，其特征在于，所述无人机探测定位***，还用于接收分频脉冲输出模块的定时脉冲输出和功分倍频输出模块的相参主振频率输出。
5.根据权利要求4所述的针对无人机探测定位的北斗相参***，其特征在于，还包括：卫星天线模块，用于接收北斗卫星信号。
6.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，
所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现如权利要求1至5任一项权利要求所述的***。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机实现如权利要求1至5中任一项权利要求所述的***。
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