一种弹载信标系统技术方案

本发明专利技术公开了一种弹载信标系统，包括2.4GHz通信模块、逻辑控制单元、UWB脉冲发生器、天线模块、电源模块和本地时钟单元；2.4GHz通信模块接收地面控制基站发送的启动定位指令，并传送给逻辑控制单元；逻辑控制单元判定信标弹自身固化的身份编码与启动定位指令中的定位信标弹ID号是否匹配，若匹配，则按规定时序生成控制逻辑并发送给UWB脉冲发生器；UWB脉冲发生器在控制逻辑的触发下，完成UWB脉冲序列数据帧信号的生成；天线模块对外辐射UWB脉冲序列数据帧信号；电源模块为弹载信标系统提供电能；本地时钟单元为弹载信标系统提供本地时钟。本发明专利技术适合高速弹丸的短时间飞行定位，且体积小适合于在弹丸上安装使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及弹道估计与定位
，具体涉及一种弹载信标系统。
技术介绍
在采用超宽带技术进行弹道估计与定位时，需在弹丸中加载UWB标签作为弹载信标向地面基站发送定位信号，地面基站检测到标签发送的定位信号后再经由电缆发送给中央处理器，通过相应的定位算法对弹丸进行实时检测。在弹丸无线定位问题中，常用的弹载信标为雷达信标、GPS信标和北斗信标。雷达目标上装设信标机或应答机能大大延长一次雷达的作用距离，提高抗干扰能力，减小目标回波闪烁的影响和雷达目标截面积的限制，提供目标识别手段，将其应用于弹道测量中，雷达信标能给出目标的准确位置、速度，绘制弹道轨迹，但是雷达信标受目标特性影响大，对高机动弹丸测量能力弱，实现多管、多炮齐射情况下弹丸流脱靶量测量的技术难度大。GPS和北斗信标在使用过程中无需建立基准站进行差分，由国家统一建立信标台，即基准站，不断以一定的频率播发标准的RTCM-104差分信号，用户只要有一台信标GPS/北斗接收机，就可以进行差分定位，可以更好的利用资源、节约成本。但是GPS/北斗定位需要搜星等较长的启动准备过程，不适合高速弹丸的短时间飞行定位，且体积大，难以在弹丸上安装使用。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题和迫切技术需求，本专利技术提供一种弹载信标系统，利用UWB标签产生和发送纳秒或亚纳秒级极窄脉冲的无线电发射能力和具有GHz量级的带宽，抗干扰、体积小、功耗低、穿透力强的优点，发射UWB脉冲序列编码信号，实现弹丸身份的识别与定位。为实现本专利技术技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种弹载信标系统，包括2.4GHz通信模块、逻辑控制单元、UWB脉冲发生器、天线模块、电源模块和本地时钟单元；2.4GHz通信模块用于接收地面控制基站发送的启动定位指令，并传送给逻辑控制单元；逻辑控制单元用于判定信标弹自身固化的身份编码与启动定位指令中的定位信标弹ID号是否匹配，若匹配，则按规定时序生成控制逻辑并发送给UWB脉冲发生器；UWB脉冲发生器用于在控制逻辑的触发下，完成UWB脉冲序列数据帧信号的生成；天线模块用于对外辐射UWB脉冲序列数据帧信号；电源模块用于为弹载信标系统提供电能；本地时钟单元用于为弹载信标系统提供本地时钟。本专利技术的有益技术效果体现在：本专利技术利用UWB标签产生和发送纳秒或亚纳秒级极窄脉冲的无线电发射能力和具有GHz量级的带宽，抗干扰、体积小、功耗低、穿透力强的优点，将其在加固处理后加装集成到弹丸头部风帽中，发射UWB脉冲序列编码信号，实现弹丸身份的识别与定位。由于UWB信标直接向基站发射信号，无需通过卫星搜星定位，所以适合高速弹丸的短时间飞行定位。整个系统体积小，非常适合于在弹丸上安装使用。附图说明图1是UWB定位标签结构框图；图2是2.4GHz通信模块用于接收地面控制基站通过2.4GHz信道传递而来的“启动定位”指令帧结构图；图3是当判断需要标签启动并发送UWB脉冲序列时，在本地精确时钟模块的配合下，所发送的UWB数据帧结构图；图4是通过3个脉冲的相对时间间隔来表示二进制数据“0”或“1”，UWB脉位调制的数据位结构图；图5是逻辑控制模块实现结构图；图6是满足标签的供电需要的电压转换电路图；图7是UWB标签外形按照与弹头外形对应的风帽和壳体构成的空间来设计“宝塔”型结构图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是本专利技术弹载信标系统功能结构图。弹载信标系统包括2.4GHz通信模块、逻辑控制单元、UWB脉冲发生器、天线模块、电源模块和本地时钟，如图1所示。2.4GHz通信模块用于接收地面控制基站发送的“启动定位”指令，并将接收结果通知逻辑控制单元；逻辑控制单元是整个标签系统的核心，用于协调控制标签系统各部件的协调运行，并按规定时序控制UWB脉冲发生器发送UWB脉冲信号；UWB脉冲发生器是标签UWB脉冲序列信号的产生单元，在控制逻辑的触发下，完成UWB脉冲序列数据帧的生成；本地时钟单元为标签系统提供精确的本地时钟，有效保证UWB脉冲信号的定时发送；天线模块用于对外辐射UWB信号；电源模块为标签系统提供电能。下面对各模块详细说明：(1)2.4GHz通信模块设计UWB标签上2.4GHz通信模块用于接收地面控制基站通过2.4GHz信道传递而来的“启动定位”指令帧，如图2所示，当收到该“启动定位”指令帧时，说明此时网络式靶区检靶处理系统希望对信标弹进行一次定位，如果信标弹自身固化的身份编码与指令帧中的定位信标弹ID号匹配，则这时标签会在控制逻辑作用下发射规定的UWB脉冲序列信号。作为国际开放使用的标准频率，目前市场上有大量成熟的2.4GHz通信模块，本专利技术实例选择SZ05系列无线嵌入式微型通信模块。该产品占用频带范围为2400MHz～2483MHz，采用直接序列扩频技术，具有很强的抗干扰能力，无线传输的数据可通过通用的RS232接口完成收发，最高通信波特率可达115200bps，支持最大数据包尺寸为256字节，满足本系统的数据传输要求，同时，该模块具有2000米的通信传输距离，且功率可调，也满足本系统1公里的通信距离要求。通过对SZ05通信模块的软件设置，可将通信网络设置为广播模式，其中地面控制基站作为广播节点发射“启动定位”指令帧，各个信标弹标签作为广播接收节点接收指令，并适时启动后续相应的UWB信号发射流程。(2)逻辑控制模块逻辑控制模块是标签系统的控制核心，它通过RS232接口接收2.4GHz通信模块传递来的“启动定位”指令，当判断需要标签启动并发送UWB脉冲序列时，在本地精确时钟模块的配合下，发送图3所示的UWB数据帧结构。UWB数据帧由19位数据位组成，1-2bit位是起始标志位，3-12bit位是身份ID，13-15bit位是定位脉冲位，16-17位是数据校验位，18-19biti位是结束标志位。每位数据可采用UWB脉位调制方式实现，即每个bit位由3个UWB脉冲组成，通过这3个脉冲的相对时间间隔来表示二进制数据“0”或“1”，数据位结构如图4所示。整个bit位脉冲的持续时间为15us，如果数据位结构呈现前短后长形状，即脉冲1和脉冲2的间隔时间小于5us，脉冲2与脉冲3的间隔时间大于10us，则表述二进制数据“0”，反之，如果数据位结构呈现前长后短形状，即脉冲1和脉冲2的间隔时间大于10us，脉冲2与脉冲3的间隔时间小于5us，则表述二进制数据“1”，由此，多个数据位进行组合，即构成了完整的UWB数据帧。逻辑控制单元根据要发送的UWB数据帧信息，按照脉位调制机理，在规定时刻向UWB脉冲发生器模块发送触发信号，启动UWB脉冲发生器模块生成UWB脉冲序列，完成UWB脉冲编码调制。其中主频速率要求需大于200MHz。由于图12中两个相邻UWB脉冲间的时间间距不小于5us，为保证发射UWB脉冲序列间的时序关系，触发信号的时间精度应不小于0.005us，这就要求逻辑控制单元的主频达到200MHz以上，利用常见的FPGA芯片可以轻松实现，Altera公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹载信标系统，其特征在于，包括2.4GHz通信模块、逻辑控制单元、UWB脉冲发生器、天线模块、电源模块和本地时钟单元；2.4GHz通信模块用于接收地面控制基站发送的启动定位指令，并传送给逻辑控制单元；逻辑控制单元用于判定信标弹自身固化的身份编码与启动定位指令中的定位信标弹ID号是否匹配，若匹配，则按规定时序生成控制逻辑并发送给UWB脉冲发生器；UWB脉冲发生器用于在控制逻辑的触发下，完成UWB脉冲序列数据帧信号的生成；天线模块用于对外辐射UWB脉冲序列数据帧信号；电源模块用于为弹载信标系统提供电能；本地时钟单元用于为弹载信标系统提供本地时钟。

【技术特征摘要】
1.一种弹载信标系统，其特征在于，包括2.4GHz通信模块、逻辑控制单元、UWB脉冲发生器、天线模块、电源模块和本地时钟单元；2.4GHz通信模块用于接收地面控制基站发送的启动定位指令，并传送给逻辑控制单元；逻辑控制单元用于判定信标弹自身固化的身份编码与启动定位指令中的定位信标弹ID号是否匹配，若匹配，则按规定时序生成控制逻辑并发送给UWB脉冲发生器；UWB脉冲发生器用于在控制逻辑的触发下，完成UWB脉冲序列数据帧信号的生成；天线模块用于对外辐射UWB脉冲序列数据帧信号；电源模块用于为弹载信标系统提供电能；本地时钟单元用于为弹载信标系统提供本地时钟。2.根据权利要求1所述的弹载信标系统，其特征在于，所述UWB脉冲发生器生成的UWB数据帧由19个bit位组成，其中1-2bit位是起始标志位，3-12bit位是身份ID位，13-15bit位是定位脉冲位，16-17位是数据校验位，18-19biti位是结束标志位；每位数据采用UWB脉位调制方式实现，即每个bit位由3个UWB脉冲组成，通过这3个脉冲的相对时间间隔来表示二进制数据0或1。3.根据权利要求2所述的弹载信标系统，其特征在于，每个bit位脉冲的持续时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建强，刘志坤，吴清怡，罗亚松，左雷，周恭谦，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42