一种无线电高度测量装置及飞行系统的制作方法

本实用新型涉及飞行信息处理领域，尤其涉及一种无线电高度测量装置及飞行系统。

背景技术：

目前飞行器在飞行时，获取与地面的高度差通常采用高度表来测量高度差。随着电子技术和雷达技术的发展，推动高度表测高技术也有了很大的发展。高度表测高是采用了利用电磁波在空间传播延迟时间的原理测高。按因无线电高度表具有测量精度高、实时性好的特点，其应用领域不断扩大，如运输机运输及投放物资、无人机自动着陆，飞行器地形跟随、飞行器低空摄取地面影像等应用领域都需要高度信息的测量。飞行器的高度信息也是非常重要的一项数据，飞行器的高度需要实时的，精准的获取，让驾驶人员能够了解飞行高度数据，如果数据不准确或不及时将导致飞行器不能按照预设的航道飞行，可能造成无法完成飞行任务，严重的可能导致飞行器坠毁。如何提高飞行器实时的，精准的获取高度信息是当前丞待解决的一项技术问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种无线电高度测量装置，包括：高度表，第一AD处理模块，第二AD处理模块，存储器，滤波器，频率合成器，处理器，主板，接口模块以及显示屏；

高度表依次通过频率合成器连接，滤波器以及第二AD处理模块与处理器信号接收端连接；存储器，处理器，接口模块以及显示屏分别连接在主板上，使存储器，接口模块以及显示屏分别与处理器，连接；

高度表还通过第一AD处理模块与处理器信号接收端连接。

优选地，主板上还连接有用于给无线电高度测量装置供电的电源模块，开关信号采集模块，高度采集控制开关和复位模块；

高度采集控制开关通过开关信号采集模块与处理器连接，获取高度测量的开关控制指令；复位模块与处理器连接，给处理器提供复位信号。

优选地，主板上还连接有时钟电路；

时钟电路与处理器连接，时钟电路用于给处理器提供晶振；时钟电路包括：电阻R41，时钟芯片U1，电容C2，电容C3，电容C4，电感L1；时钟芯片U1二脚接地，时钟芯片U1三脚分别接电容C2第一端，电容C3第一端，电感L1第一端；电容C4第一端，电感L1第二端分别接电源；电容C2第二端，电容C3第二端，电容C4第二端分别接地；时钟芯片U1四脚通过电阻R41接处理器，给处理器提供晶振频率，电阻R41保证晶振频率不失真；时钟芯片U1采用DS1302，或AT8563；

时钟电路用于记录检测高度表的时间，时钟电路具有计时年、月、周、日、时、分、秒，闰年补偿功能，工作电压宽达2.5～5.5V，采用三线接口与CPU进行同步通信，芯片内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器，可采用突发方式一次传送多个字节的RAM数据。

优选地，主板上还连接有高度修正程序编译模块；

高度修正程序编译模块与处理器连接，高度修正程序编译模块包括：编译芯片U5，电阻R41，电阻R22，电阻R23，电阻R24，电阻R25；

编译芯片U5采用JTAG；编译芯片U5一脚，二脚，电阻R41第一端，电阻R22第一端，电阻R23第一端，电阻R24第一端分别接+3.3v，电阻R41第二端接编译芯片U5三脚，电阻R22第二端接编译芯片U5五脚，电阻R23第二端接编译芯片U5七脚，电阻R24第二端接编译芯片U5十三脚，编译芯片U5九脚通过电阻R25接地；编译芯片U5四脚，六脚，八脚，十脚，十二脚，十四脚，十六脚，十八脚，二十脚分别接地。

优选地，接口模块包括：串行通信接口，USB接口，RJ45接口。

处理器采用C8051F005单片机和晶振电路，或AT89S52单片机和晶振电路。

一种具有无线电高度测量装置的飞行系统，包括：飞行信息通信模块，飞行监控服务器以及多个飞行器；

飞行器上设有无线电高度测量装置，飞行数据处理器，飞行器存储器以及用于给飞行器内部元件供电的飞行器电池；

无线电高度测量装置以及飞行通信模块分别与飞行数据处理器连接；

飞行数据处理器通过无线电高度测量装置获取飞行器飞行高度；

处理器通过飞行信息通信模块向飞行监控服务器传输飞行器当前的飞行高度信息；

飞行信息通信模块包括：飞行信息应用服务单元、飞行信息数据存储单元和飞行信息通道单元；

飞行信息应用服务单元用于提供每个飞行器分别与飞行监控服务器飞行互联系统，互联网关，并提供给飞行管理人员可视化界面，按照预设方式定义通信链路和通信安全协议，通过飞行互联系统传输互联消息；

飞行信息数据存储单元用于提供飞行数据的实时性数据传递，存储每个飞行器分别与飞行监控服务器之间的互联数据，相互传输的数据；还存储飞行互联系统的互联的网络通信规则、路由规则、NAT规则；

飞行信息通道单元用于提供每个飞行器分别与飞行监控服务器的通信通道，提供通信通道的开启和关闭，并基于互联的网络通信规则、路由规则、NAT规则实现每个飞行器分别与飞行监控服务器基于通信通道的通信连接；还配置飞行器之间的通信连接通道，实现飞行器之间的数据转发传输。

优选地，飞行信息通信模块还用于向飞行监控服务器发送时钟同步数据帧，数据帧帧头配置有发送时间点；

飞行监控服务器收到时钟同步数据帧后，发送应答时钟同步数据帧，应答时钟同步数据帧帧头配置有应答时间点；

飞行信息通信模块接收飞行监控服务器应答时钟同步数据帧解析出帧头配置的应答时间点，并获取本地时间戳，将应答时间点与本地时间戳相减得到飞行监控服务器通信时间差；

飞行信息通信模块还用于向每个飞行器发送时钟同步数据帧，数据帧帧头配置有发送时间点；

飞行器收到时钟同步数据帧后，发送应答时钟同步数据帧，应答时钟同步数据帧帧头配置有应答时间点；

飞行信息通信模块接收飞行器应答时钟同步数据帧解析出帧头配置的应答时间点，并获取本地时间戳，将应答时间点与本地时间戳相减得到飞行器通信时间差。

从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：

本实用新型中，无线电高度测量装置开始工作，高度表分别向地面及频率合成器发射同样的测高发射信号，高度表接收地面反射回波信号测量出高度信号。高度表将测量高度信号传输给处理器。高度表接收地面反射回波信号，经过处理后发送至处理器；处理器对测高射频的调制信号和地面反射回波信号的调制信号进行比对得出处理器高度信号；处理器将测量高度信号和处理器高度信号进行差值计算，将高度差值结果与测量高度信号进行加和，对测量高度信号进行修正，得到最后的高度值，通过显示屏显示。

这样起到了对高度表基于高度信号的修正及完善。用户可以根据不同使用环境及使用条件设置修正方式。本实用新型还基于时钟电路对装置中的时钟进行校准，避免晶振频率不失真。提升飞行器的高度需要实时性和精准性。

本实用新型还提供每个飞行器分别与飞行监控服务器飞行互联系统，互联网关，并提供给飞行管理人员可视化界面，按照预设方式定义通信链路和通信安全协议，通过飞行互联系统传输互联消息；

提供飞行数据的实时性数据传递，存储每个飞行器分别与飞行监控服务器之间的互联数据，相互传输的数据；还存储飞行互联系统的互联的网络通信规则、路由规则、NAT规则；提供每个飞行器分别与飞行监控服务器的通信通道，提供通信通道的开启和关闭，并基于互联的网络通信规则、路由规则、NAT规则实现每个飞行器分别与飞行监控服务器基于通信通道的通信连接；确保无人飞行器与地面监控中心之间实时的，畅通的数据通信，尽量避免外界信号干扰。

本实用新型不仅使用了基于时钟电路对装置中的时钟进行校准，还把飞行器的计时以及飞行监控服务器的计时进行统一。实现整个网络的时间统一，这样整个网络在进行数据融合时，可以减少误差。

附图说明

图1为无线电高度测量装置示意图；

图2为时钟电路图；

图3为高度修正程序编译模块电路图；

图4为具有无线电高度测量装置的飞行系统示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种无线电高度测量装置，如图1至3所示，包括：高度表1，第一AD处理模块12，第二AD处理模块3，存储器11，滤波器4，频率合成器6，处理器7，主板8，接口模块9以及显示屏10；高度表1依次通过频率合成器6连接，滤波器4以及第二AD处理模块3与处理器7信号接收端连接；存储器11，处理器7，接口模块9以及显示屏10分别连接在主板8上，使存储器11，接口模块9以及显示屏10分别与处理器7，连接；高度表1还通过第一AD处理模块12与处理器7信号接收端连接。

本实用新型中，主板8上还连接有用于给无线电高度测量装置供电的电源模块，开关信号采集模块，高度采集控制开关和复位模块；高度采集控制开关通过开关信号采集模块与处理器7连接，获取高度测量的开关控制指令；复位模块与处理器7连接，给处理器7提供复位信号。

本实用新型中，主板8上还连接有时钟电路；时钟电路与处理器7连接，时钟电路用于给处理器7提供晶振；时钟电路包括：电阻R41，时钟芯片U1，电容C2，电容C3，电容C4，电感L1；时钟芯片U1二脚接地，时钟芯片U1三脚分别接电容C2第一端，电容C3第一端，电感L1第一端；电容C4第一端，电感L1第二端分别接电源；电容C2第二端，电容C3第二端，电容C4第二端分别接地；时钟芯片U1四脚通过电阻R41接处理器7，给处理器7提供晶振频率，电阻R41保证晶振频率不失真；时钟芯片U1采用DS1302，或AT8563；时钟电路用于记录检测高度表的时间，时钟电路具有计时年、月、周、日、时、分、秒，闰年补偿功能，工作电压宽达2.5～5.5V，采用三线接口与CPU进行同步通信，芯片内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器，可采用突发方式一次传送多个字节的RAM数据。

本实用新型中，主板8上还连接有高度修正程序编译模块；高度修正程序编译模块可以基于处理器对测高射频的调制信号和地面反射回波信号的调制信号进行比对方式，处理器将测量高度信号和处理器高度信号的处理方式，处理器的应用程序进行修正完善，基于实际测量需要进行编辑，使处理器的工作更能贴合实际使用。

高度修正程序编译模块与处理器7连接，高度修正程序编译模块包括：编译芯片U5，电阻R41，电阻R22，电阻R23，电阻R24，电阻R25；编译芯片U5采用JTAG；编译芯片U5一脚，二脚，电阻R41第一端，电阻R22第一端，电阻R23第一端，电阻R24第一端分别接+3.3v，电阻R41第二端接编译芯片U5三脚，电阻R22第二端接编译芯片U5五脚，电阻R23第二端接编译芯片U5七脚，电阻R24第二端接编译芯片U5十三脚，编译芯片U5九脚通过电阻R25接地；编译芯片U5四脚，六脚，八脚，十脚，十二脚，十四脚，十六脚，十八脚，二十脚分别接地。

接口模块9包括：串行通信接口，USB接口，RJ45接口。处理器7采用C8051F005单片机和晶振电路，或AT89S52单片机和晶振电路。

本实用新型的无线电高度测量方法中，如果无线电高度测量装置测高用在测量高度差在大于150m的领域内时使用本方法涉及的测高方式，也就是飞行器在飞行时，如果地面的起伏高度差在大于150m时，采用本方法。

方法包括：

无线电高度测量装置开始工作，高度表1分别向地面及频率合成器6发射同样的测高发射信号；

高度表1接收地面反射回波信号，依次经高频滤波器处理，混频器处理，得到射频信号，高度表1对发射的测高射频信号时间点进行记录，由测高射频信号的上升沿触发锯齿波发生器，锯齿波宽度作为距离函数，高度表1的距离积分器的输出和锯齿波信号在高度表1中的比较器进行比较，当两者瞬时值相等时，通过高度表1的门发生器产生跟踪门信号和锁定自动增益控制门信号；射频信号和跟踪门信号在跟踪门相重叠，实现回波脉冲前沿跟踪信息，跟踪误差经放大后通过高度表1的速率积分器输出高度变化率信号，再经距离积分器输出测量高度信号；

高度表1将测量高度信号通过第一AD处理模块12处理后，传输给处理器7；处理器7将测量高度信号暂存至存储器；

频率合成器6将高度表1发送的测高发射信号进行调制幅度，从幅度调制波中不失真的检出测高射频的调制信号；通过第二AD处理模块3送入处理器，处理器将测高射频的调制信号暂存至存储器；

高度表1接收地面反射回波信号，将地面反射回波信号发送至频率合成器6，频率合成器6将高度表1发送的地面反射回波信号进行调制幅度，从幅度调制波中不失真的检出地面反射回波信号的调制信号；通过第二AD处理模块3送入处理器；

处理器对测高射频的调制信号和地面反射回波信号的调制信号进行比对得出处理器高度信号；

处理器将测量高度信号和处理器高度信号进行差值计算，将高度差值结果与测量高度信号进行加和，对测量高度信号进行修正，得到最后的高度值，通过显示屏10显示。

如果无线电高度测量装置测高用在测量高度差在小于50m的领域内，也就是飞行器在飞行时，如果地面的起伏高度差在小于50m时，采用本方法。地面环境较为平缓，没有太大的起伏。

处理器将测量高度信号和处理器高度信号进行加和平均数，得到最后的高度值，通过显示屏10显示。

本实用新型还提供一种具有无线电高度测量装置43的飞行系统，如图4所示，包括：飞行信息通信模块40，飞行监控服务器41以及多个飞行器42；

飞行器42上设有无线电高度测量装置43，飞行数据处理器44，飞行器存储器45以及用于给飞行器42内部元件供电的飞行器电池46；无线电高度测量装置43以及飞行通信模块分别与飞行数据处理器44连接；飞行数据处理器44通过无线电高度测量装置43获取飞行器42飞行高度；处理器通过飞行信息通信模块40向飞行监控服务器41传输飞行器42当前的飞行高度信息；飞行信息通信模块40包括：飞行信息应用服务单元、飞行信息数据存储单元和飞行信息通道单元；

飞行信息应用服务单元用于提供每个飞行器42分别与飞行监控服务器41飞行互联系统，互联网关，并提供给飞行管理人员可视化界面，按照预设方式定义通信链路和通信安全协议，通过飞行互联系统传输互联消息；

飞行信息数据存储单元用于提供飞行数据的实时性数据传递，存储每个飞行器42分别与飞行监控服务器41之间的互联数据，相互传输的数据；还存储飞行互联系统的互联的网络通信规则、路由规则、NAT规则；

飞行信息通道单元用于提供每个飞行器42分别与飞行监控服务器41的通信通道，提供通信通道的开启和关闭，并基于互联的网络通信规则、路由规则、NAT规则实现每个飞行器42分别与飞行监控服务器41基于通信通道的通信连接；还配置飞行器42之间的通信连接通道，实现飞行器42之间的数据转发传输。

本实用新型中，时间统一是飞行器42飞行过程数据传输的重要参数，也是需要把飞行器42的计时以及飞行监控服务器的计时进行统一。实现整个网络的时间统一，这样整个网络在进行数据融合时，可以减少误差。兙俥在进行时间统一的过程中，为了有准确的时间来源，通过internet获取国际标准时间。通过飞行信息通信模块40校时，并把时间发给飞行器42和飞行监控服务器，实现网络中节点的时间统一。

其中，飞行信息通信模块40还用于向飞行监控服务器41发送时钟同步数据帧，数据帧帧头配置有发送时间点；

飞行监控服务器41收到时钟同步数据帧后，发送应答时钟同步数据帧，应答时钟同步数据帧帧头配置有应答时间点；

飞行信息通信模块40接收飞行监控服务器41应答时钟同步数据帧解析出帧头配置的应答时间点，并获取本地时间戳，将应答时间点与本地时间戳相减得到飞行监控服务器通信时间差；

飞行信息通信模块40还用于向每个飞行器42发送时钟同步数据帧，数据帧帧头配置有发送时间点；

飞行器42收到时钟同步数据帧后，发送应答时钟同步数据帧，应答时钟同步数据帧帧头配置有应答时间点；

飞行信息通信模块40接收飞行器42应答时钟同步数据帧解析出帧头配置的应答时间点，并获取本地时间戳，将应答时间点与本地时间戳相减得到飞行器42通信时间差。

本实用新型中，飞行器42通过飞行信息通信模块40的通信通道与飞行监控服务器建立通讯连接；

飞行器42接收确认发送飞行信息控制指令，配置当前待发送飞行数据信息的起始时间点以及当前飞行数据信息，将当前待发送飞行数据信息的起始时间点以及当前飞行数据信息以飞行数据块的形式配置到飞行器42缓存中，飞行器42向飞行监控服务器发送飞行器42飞行数据信息传输请求指令；

飞行监控服务器接收飞行高度以及飞行数据信息传输请求指令，向飞行器42发送确认发送飞行信息控制指令；

飞行数据处理器44从飞行器42缓存中调取飞行数据块向飞行监控服务器发送，发送后的飞行数据块存储至飞行器存储器45内；飞行器42在飞行过程中每经过一个预设的时长向飞行监控服务器发送飞行数据；

飞行监控服务器每经过一个预设的时长接收到飞行器42发送的飞行数据块后，向飞行数据处理器44回复接收时间点，飞行数据处理器44判断飞行数据块的发送时间点与飞行监控服务器回复接收时间点是否相匹配，如匹配则飞行监控服务器接收成功；如不匹配则在下一次发送飞行数据块时，将不匹配的飞行数据块连同当前将要发送的飞行数据块一起发送至飞行监控服务器，同时对不匹配的飞行数据块进行标识其应发送的时间点；

飞行监控服务器将接收的飞行数据块按照接收的时间次序进行排列，当出现接收未成功状态时，向飞行数据处理器44回复接收时间点；当接收到飞行数据处理器44发送的不匹配的飞行数据块以及当前将应接收的飞行数据块时，分别解析不匹配的飞行数据块以及当前将应接收的飞行数据块的时间点，将不匹配的飞行数据块的时间点，匹配至相应的时间点位置，使接收的飞行器42飞行数据具有基于时间的连续性；

飞行监控服务器对每个飞行器42进行编码，在飞行监控服务器的存储装置中，基于飞行器42编码配置每个飞行器42的飞行数据存储区域，使每个飞行器42的飞行数据存储区域相互独立。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。