一種可攜式航空救援信標測向裝置的製作方法
2023-10-19 23:47:42
本實用新型涉及搜索救援領域，具體涉及一種可攜式航空救援信標測向裝置。
背景技術：
在載人航天工程中，返回艙落地後，地面分隊和傘兵小組需要快速搜索到返回艙。由於406MHz國際救援示位標的位置數據誤差在3km左右，若遇到雨、霧、夜晚等能見度較低的天氣狀況，以及返回艙降落於山區、溝壑、森林等複雜地形地貌時，搜索難度較大。根據經驗，地面目視搜索識別返回艙的距離小於1km，在缺乏測向設備的支持下，地面分隊和傘兵小組難以快速完成搜索任務，因此，急需研製適合單兵和空降需要的搜索測向設備。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於克服目前返回艙搜索回收任務中缺乏測向設備的問題，設計了一種可攜式航空救援信標測向裝置，搜索救援人員攜帶該裝置，根據監聽到的音頻信號的強弱判斷信標輻射信號的方向，實現對救援示位標的測向。本發明的裝置具有攜帶方便、操作簡單，能夠快速準確對示位標發出的信號進行測向。
為了實現上述目的，本實用新型提供了一種可攜式航空救援信標測向裝置，所述裝置包括：天線模塊、接收機模塊和抗噪耳機；所述天線模塊用於接收信標輻射信號；所述接收機模塊用於將信標輻射信號轉換為音頻信號，並輸出到抗噪耳機；所述抗噪耳機用於監聽音頻信號；操作人員佩戴抗噪耳機，根據監聽到的音頻信號的強弱判斷信號的方向，實現對救援示位標的測向。
上述技術方案中，所述裝置還包括：顯示終端，用於顯示音頻信號電平的強弱。
上述技術方案中，所述裝置還包括：電源，所述電源為可充電的鋰電池。
上述技術方案中，可選的，所述天線模塊採用加載圓環天線，加載圓環天線是在小環天線的中點串入電阻，使沿線電流呈行波分布。
上述技術方案中，優選的，所述加載圓環天線的圓環內徑半徑a為14.9mm，天線半徑b為75mm；在天線中串接的電阻為200Ω。
上述技術方案中，可選的，所述天線模塊採用金屬寬帶天線，組成方形天線。
上述技術方案中，優選的，金屬寬帶天線的厚度h為2mm，天線的寬為45mm。
上述技術方案中，所述接收機模塊採用超外差二次變頻方式進行設計，所述接收機模塊包括：開關電路、帶通濾波器、一級混頻器、一級中頻放大電路、二級混頻電路、二級中頻放大電路、中頻濾波器、匹配電路、檢波電路和音頻功率放大器電路。
上述技術方案中，所述顯示終端包括第一數模轉換單元、第二數模轉換單元、第一單片機、第二單片機和LCD。
本實用新型的優點在於：
1、本實用新型的裝置具有攜帶方便、操作簡單，能夠快速準確對示位標發出的信號進行測向；
2、本實用新型的裝置可靠性高，能夠在多種天氣條件下進行使用，性能穩定，測向準確；
3、本實用新型的裝置適用於近距離無線電信號源的搜索，可廣泛應用於航空救援、合作目標搜尋、搶險救災等方面，是國家安全部、部隊、民航等進行無線電監測、測向工作的理想設備。
附圖說明
圖1為本實用新型的裝置的組成圖；
圖2為本實用新型的裝置的加載環天線的方向圖；
圖3為本實用新型的裝置的天線的實際測量方向圖；
圖4為本實用新型的裝置的接收機模塊的組成圖；
圖5為本實用新型的裝置的顯示終端的組成圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細的說明。
如圖1所示，一種可攜式航空救援信標測向裝置，所述裝置包括：天線模塊、接收機模塊、顯示終端、抗噪耳機和電源；所述天線模塊用於接收信標輻射信號；所述接收機模塊用於將信標輻射信號轉換為音頻信號，並輸出到抗噪耳機；所述顯示終端用於顯示信號電平的強弱；所述抗噪耳機用於監聽音頻信號；操作人員佩戴抗噪耳機，根據監聽的信號強弱判斷信號的方向，實現對救援示位標的測向。
為了減小天線的體積和重量、易於攜帶，所述天線模塊設計採用加載圓環天線；加載圓環天線的特性是在小環天線的中點串入適當數值的電阻，使得沿線電流近似行波分布。圓環天線具有良好的寬頻帶特性，且為單向輻射，其最大輻射方向沿環 面的中心線由負載端指向饋電端。加載環天線方向圖如圖2所示。其中：a為天線圓環截面半徑，b為天線半徑。
根據傳輸線理論可知，若負載阻抗RL等於小環的平均阻抗ZOA，則加載圓環可以看成行波天線。用類似計算對稱陣子的平均特性阻抗的方法，可以近似求出加載圓環的平均特性阻抗為：
由於環內接有負載電阻，故天線效率很低，當天線尺寸不大時，效率可用下式估算：
<![CDATA[ η A 513 Z O A ( 2 π b λ ) 4 ]]>
由上式可見，平均特性阻抗愈低，效率愈高，因此使用寬的金屬帶製成的加載環天線，比使用細導線製成的天線效率要高些。在靠近饋電點或靠近加載點，環形金屬帶的寬度逐漸變窄，這樣可使沿線的特性阻抗比較均勻。
天線採用金屬寬帶天線，組成方形天線，金屬厚h＝2mm，寬k＝45mm，以同樣周長的圓環內徑半徑等效為a＝14.9mm，金屬寬帶天線半徑b≈75mm，利用公式：
<![CDATA[ Z O A = 120 ln b a 200 Ω ]]>
在天線負載處串接一電阻RL＝200Ω，形成行波天線。經過實際測量，天線方向圖如圖3所示。
天線前向接收到信號的強度比後向大20dB左右，能夠比較容易判斷信號的大小。可攜式測向設備就是利用其方向圖呈單向性的特點判斷來波方向。
在進行天線匹配設計時，利用4：1傳輸線變壓器，對天線進行平衡－不平衡轉換，用網絡分析儀測試其輸入阻抗，然後匹配到50Ω系統，接入到接收機模塊。匹配電路採用LC電路形式。
所述接收機模塊是整個系統的關鍵，按照技術成熟、工作可靠、集成度高的原則，採用超外差二次變頻方式設計，如圖4所示，所述接收機模塊包括：開關電路、帶通濾波器、一級混頻器、一級中頻放大電路、二級混頻電路、二級中頻放大電路、中頻濾波器和匹配電路、檢波電路和音頻功率放大器電路；
如圖5所示，所述顯示終端包括第一數模轉換單元(A/D1)、第二數模轉換單元(A/D2)、第一單片機、第二單片機和LCD；接收機模塊通過對二中放信號的檢波和整流，輸出了一個變化的電壓來表示接收測向信號的強弱，電壓隨輸入端信號大 小變化。通過A/D1對電壓採樣轉化為數位訊號，輸入第一單片機進行比較，由此判斷出接收機前端信號的強度及信號接收的狀態，並在LCD上顯示相應的狀態。
由於信號電平並不是線性變化的，所以要先進行處理才能夠判斷，為了使信號在LCD上線性變化，第一單片機根據信號的特性把信號電平的變化範圍分成幾段，分別計算，使定向信號在LCD上線性變化。
測向設備工作電源設計為一塊鋰電池，電池充滿電時的電壓為14V，電量耗光時的電壓為12V。在電池狀態顯示設計時，電池電壓利用一個分壓電路。分壓電路把電壓變化轉化為0～5V之間，並用A/D2對電壓值進行採樣，同時將直流電平也轉化為數位訊號，輸入第二單片機中並進行判斷，將電量大小顯示到LCD上。
第二單片機對電池電壓信號取平均值，進行比較計算判定當前電源的狀態，並把這個狀態傳給第一單片機，由第一單片機把接收到的數值轉化為LCD代碼並進行顯示。