本實用新型屬于定位導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于無人機的搜索系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，市面上使用的無人飛行器，如航空模型、玩具模型、用于航空拍攝、勘探和抗震救災(zāi)等實現(xiàn)定位導(dǎo)航的方式一般都是建立于人工操控和GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）導(dǎo)航。其以安裝在無人飛行器上面的GPS信號接收模塊作為GPS信號接收端，以此通過其接收到的GPS衛(wèi)星信號來定位飛行器的位置、飛行速度等信息。

要實現(xiàn)無人飛行器安全、準確地定位或?qū)Ш?，必須要保證GPS信號接收模塊實時接收到的衛(wèi)星信號足夠良好和準確。但是，在一些如山區(qū)、建筑物、公路或其他GPS信號盲區(qū)，GPS信號接收模塊無法準確地接收到GPS衛(wèi)星信號。這樣，就會造成無人飛行器無法實現(xiàn)正常的定位或?qū)Ш?，甚至?xí)篃o人飛行器在飛行過程中飛行狀態(tài)失控，從高空跌落損壞。

當然，還有其他技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)無人飛行器的導(dǎo)航，如圖像輔助定位導(dǎo)航系統(tǒng)，其需要事先在無人機的系統(tǒng)中存儲地形資料，通過無人機實時拍攝的三維地形圖與存儲的地形資料圖做相關(guān)操作，從而實現(xiàn)無人機的定位。這種方式只適用于無人機在已知的特定區(qū)域和位置的定位導(dǎo)航任務(wù)?？梢钥闯?，一種能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位、不需要依賴外界條件就能實現(xiàn)目的的定位系統(tǒng)成為一種需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本實用新型旨在提供一種無人機搜索系統(tǒng)，有效地解決了現(xiàn)有無人機搜索精度不高的問題。

本實用新型提供的技術(shù)方案如下：

一種無人機搜索系統(tǒng)，包括相互通信連接的信標發(fā)射裝置和無人機搜索裝置；其中，

所述信標發(fā)射裝置中包括相互電連接的多片微帶天線和信標發(fā)射裝置，所述多片微帶天線分別與所述信標發(fā)射裝置電連接；

所述無人機搜索裝置中包括：接收天線、低噪聲放大器、信標接收機以及方位指示器，其中，所述低噪聲放大器與所述接收天線電連接，所述信標接收機與所述低噪聲放大器電連接，所述方位指示器與所述信標接收機電連接。

進一步優(yōu)選地，所述信標發(fā)射裝置中包括：單刀多擲開關(guān)、信標信號源、射頻放大器、控制芯片、電源開關(guān)、電源以及重力加速度計，其中，所述單刀多擲開關(guān)分別與所述多片微帶天線和電源開關(guān)電連接，所述射頻放大器分別與所述單刀多擲開關(guān)和電源開關(guān)電連接，所述信標信號源分別與所述射頻放大器、電源開關(guān)以及控制芯片電連接，所述控制芯片分別與所述電源開關(guān)、電源以及重力加速度計電連接，所述電源分別與所述電源開關(guān)及重力加速度計電連接。

進一步優(yōu)選地，所述微帶天線中包括：導(dǎo)體貼片、介質(zhì)基板以及接地板，所述導(dǎo)體貼片和所述接地板分別設(shè)置在所述介質(zhì)基板的兩側(cè)。

進一步優(yōu)選地，所述信標發(fā)射裝置的外形為立方體狀，且其包括6片微帶天線，所述6片微帶天線分別安裝于所述信標發(fā)射裝置的各個表面；所述單刀多擲開關(guān)為單刀六擲開關(guān)。

進一步優(yōu)選地，所述無人機搜索裝置中還包括無人機通信系統(tǒng)，所述無人機通信系統(tǒng)與所述信標接收機電連接。

本實用新型提供的無人機搜索系統(tǒng)，其有益效果在于：

在本實用新型提供的無人機搜索系統(tǒng)由信標發(fā)射裝置和無人機搜索裝置兩部分組成，其中，信標發(fā)射裝置安裝于目標物上，無人機搜索裝置設(shè)置在無人機中或者手持。這樣，只要將安裝了信標發(fā)射裝置的目標物拋射出去，就能通過無人機搜索裝置精確地搜索到目標物所在地，系統(tǒng)簡單、精確度高，而無需依賴于GPS等外界條件。

另外，在本實用新型提供的信標發(fā)射裝置的各個方向上分別設(shè)置微帶天線，這樣，無人機搜索裝置能夠全方位的對信標發(fā)射裝置進行搜索，大大提高了系統(tǒng)的搜索精度。最后，在無人機搜索中設(shè)有方位指示器和無人機通信系統(tǒng)，這樣，可以很直觀的看到目標物所處的方位，并將搜索到的目標物的相關(guān)數(shù)據(jù)通過無人機通信系統(tǒng)發(fā)送出去。

附圖說明

圖1為本實用新型中信標發(fā)射裝置的硬件框圖；

圖2為本實用新型中微帶電線結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型具體實施例中微帶天線的參數(shù)仿真曲線；

圖4為本實用新型具體實施例中微帶天線方向圖；

圖5為本實用新型中無人機搜索裝置硬件框圖；

附圖標記：

100-信標發(fā)射裝置，110-六片微帶天線，120-信標發(fā)射模塊，121-單刀六擲開關(guān)，122-信標信號源，123-射頻放大器，124-控制芯片，125-電源開關(guān)，126-重力加速度計，127-電源，111-導(dǎo)體貼片，112-介質(zhì)基板，113-接地板，200-無人機搜索裝置，210-接收天線，220-低噪聲放大器，230-信標接收機，240-方位指示器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本實用新型作進一步詳細說明。需要說明的是，下面描述的本實用新型的特定細節(jié)僅為說明本實用新型用，并不構(gòu)成對本實用新型的限制。根據(jù)所描述的本實用新型的教導(dǎo)作出的任何修改和變型也在本實用新型的范圍內(nèi)。

本實用新型提供的無人機搜索系統(tǒng)中包括相互通信連接的信標發(fā)射裝置和無人機搜索裝置；其中，如圖1所示，信標發(fā)射裝置100中包括相互電連接的多片微帶天線110（如圖示中的包括微帶天線1、微帶天線2、……、微帶天線n）和信標發(fā)射裝置120，多片微帶天線分別與信標發(fā)射裝置電連接。

具體，該信標發(fā)射裝置120中包括：單刀多擲開關(guān)121、信標信號源122、射頻放大器123、控制芯片124、電源開關(guān)125、電源127以及重力加速度計126，其中，單刀多擲開關(guān)分別與多片微帶天線和電源開關(guān)電連接，射頻放大器分別與單刀多擲開關(guān)和電源開關(guān)電連接，信標信號源分別與射頻放大器、電源開關(guān)以及控制芯片電連接，控制芯片分別與電源開關(guān)、電源以及重力加速度計電連接，電源分別與電源開關(guān)及重力加速度計電連接。

在一個具體實施例中，信標發(fā)射裝置的外形為立體狀，包括：六片微帶天線110，該六片微帶天線分別與信標發(fā)射模塊電連接，且分別安裝于信標發(fā)射裝置的各個表面上、大小與信標發(fā)射裝置外形匹配?；诖?，在該信標發(fā)射模塊120中的單刀多擲開關(guān)121為單刀六擲開關(guān)。信標信號源用于產(chǎn)生2.6GHz的微波信號。

這里我們之所以選定2.6GHz（吉兆）的頻率為信標發(fā)射裝置的工作頻率，原因在于：根據(jù)信標發(fā)射裝置和無人機搜索裝置之間通信距離的限制（若無人機搜索裝置設(shè)置于無人機中，兩者之間的通信距離大于5km（千米）；若無人機搜索裝置手持，則兩者之間的通信距離大于1km）和信標發(fā)射裝置/無人機搜索裝置的使用特點、以及在實際應(yīng)用中需要將天線要設(shè)置在信標發(fā)射裝置上，同時該天線要耐沖擊震動，還要當信標發(fā)射裝置任意面著地后都能將微波信號發(fā)射出來，故將天線選定為雙面敷銅環(huán)氧樹脂印制電路板的微帶天線，該微帶天線能夠緊密貼合在信標發(fā)射裝置的外表面、有一定的柔韌性、耐沖擊以及不易碎，即使天線陣子在落地時有些破損也不會影像其正常工作。

選定了微帶天線之后就不能選擇短波/超短波為工作頻率，我們知道，頻率為300MHZ（兆赫）的四分之一波長為250mm（毫米）。當信標發(fā)射裝置的尺寸大于60mm，2GHZ的四分之一波長為50mm；當信標發(fā)射裝置的尺寸小于60mm，只有頻率大于2GHZ的頻率才能使用。又由于1.7GHZ至2.2GHZ為3G手機的使用頻段，2.3GHZ至2.4GHZ為補充頻段，2.4GHZ至2.5GHZ位WIFI頻段，為了避免手機與WIFI信號的干擾，故選定2.6GHZ為工作頻率。該頻段的波方向性比短波強，利于搜索，且在信標發(fā)射裝置的六面都裝上天線，在落地時至少有一面是向上，便于無人機從高空搜尋。

在具體實施例中，信標信號源中包括相互電連接的參考信號源和頻率合成器，能夠產(chǎn)生純正的2.6GHZ的微波信號，且該信標信號源的技術(shù)指標包括：輸出功率≥5dBm（分貝毫X），相位噪聲為-80dBc/Hz@1KHz、-90dBc/Hz@10KHz、-100dBc/Hz@100KHz，雜散與諧波抑制≤-65dBc。射頻放大器采用高效濾波放大模塊，技術(shù)指標為：增益≥22dB@2.5GHz，P_-1dB≥22dBm@2.5GHz。單刀六擲開關(guān)采用PIN管和MMIC組合的方式，技術(shù)指標為：插損≤-65dB，隔離≥5dBc，P_-1dB≥30dBm@2.5GHz，開關(guān)響應(yīng)時間為微秒級。控制芯片的技術(shù)指標為：工作電流≥1A，開關(guān)時間為微秒級。重力加速度計為3軸重力加速度計，技術(shù)指標為：靈敏度為56Count/g、1456Count/g，分辨率為17.8mg。

該信標發(fā)射模塊在工作過程中：控制芯片始終處于工作狀態(tài)，重力加速度計在控制芯片的控制下開始工作后判斷出該信標發(fā)射模塊著地，隨即發(fā)送著地狀態(tài)信息至控制芯片；之后，控制芯片控制電源開關(guān)開啟，使電源為信標發(fā)射模塊中的其他模塊供電，是信標發(fā)射模塊中處于待機狀態(tài)的模塊啟動工作。

在上述實施例中，微帶天線中包括一導(dǎo)體貼片111、一介質(zhì)基板112以及一接地板113，導(dǎo)體貼片和接地板分別設(shè)置在介質(zhì)基板的兩側(cè)。在導(dǎo)體貼片和接地板之間激勵起射頻電磁場得到微帶信號，并通過導(dǎo)體貼片和接地板間的縫隙向外輻射。如圖2所示，導(dǎo)體貼片的尺寸為L*W，介質(zhì)基板的厚度為h、介電常數(shù)為ε_r。我們知道，在微帶天線中，提高介電常數(shù)有利于減小天線尺寸，但過高會限制縫隙的輻射場，降低輻射效率，并使帶寬變窄；增加介質(zhì)基板厚度可以提高天線增益，適當提高介電常數(shù)和介質(zhì)基板的厚度可以提高天線的輻射功率，且對輸入阻抗基本沒有影響。導(dǎo)體貼片也可以看成為寬W，長L的一段微帶傳輸線，且一般來說，，其中，微帶天線上的波長，λ為自由空間的波長。經(jīng)過方針，如圖3和圖4，將微帶天線的增益調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)（大于6dBi），寬帶在60MHZ左右，水平波瓣寬度70°，垂直波瓣寬度60°，以此完成對微帶天線參數(shù)的設(shè)計。

具體來說，如圖5所示，在無人機搜索裝置200中包括：接收天線210、低噪聲放大器220、信標接收機230以及方位指示器240，其中，低噪聲放大器與接收天線電連接，信標接收機與低噪聲放大器電連接，方位指示器與信標接收機電連接。

在具體實施例中，上述接收天線也為微帶天線，具體該微帶天線的設(shè)計可與信標發(fā)射裝置中相同，指標參數(shù)也基本相同，但是該微帶天線的增益要大于18dBi，尺寸根據(jù)無人機能夠攜帶的尺寸而定。低噪聲放大器的技術(shù)指標包括：噪聲系數(shù)≤4dB@2.5GHz，增益≥30dB@2.5GHz，P_-1dB≥0dBm@2.5GHz。信標接收機將2.5GHz的信標信號（接收到的微波信號）進行多級變頻處理，變?yōu)橹屑壭盘?，然后進行數(shù)字信號處理，鎖定該信標信號。具體，該信標接收機的技術(shù)指標包括：輸入頻率為2.5GHz左右，輸入功率范圍為-80dBm~-30dBm，動態(tài)范圍為50dB，跟蹤體制為最大跟蹤，L波段本真頻率穩(wěn)定度≤±0.5ppm，L波段本真頻率步進1KHz，雜散與鏡像抑制≤-60dBc，頻率捕獲帶寬為50KHz，捕獲時間≤5ms，AGC電壓幅值范圍為0~10V可選。另外，要說明的是，該無人機搜索裝置中還包括前置濾波器，設(shè)于接收天線和低噪聲放大器之間。

更進一步來說，該無人機搜索裝置中還包括無人機通信系統(tǒng)，無人機通信系統(tǒng)與信標接收機電連接。在工作過程中，將信標發(fā)射裝置拋射出去之后，當信標發(fā)射裝置著地開始向各個方向發(fā)射微波信號。無人機搜索裝置中的接收天線不斷地檢測信標發(fā)射裝置發(fā)出的微波信號，并分析其強度大小，并比較各個方向的信號強度大小，進而判斷信標發(fā)射裝置的方位，并通過該無人機通信系統(tǒng)將判斷出的結(jié)果發(fā)送出去。

根據(jù)上述信標發(fā)射裝置和無人機搜索裝置的設(shè)計，根據(jù)仿真計算出面積60*60mm左右的微帶定向天線在2.6GHz有大約6~8dB的增益，根據(jù)空間損耗計算公式計算出信號損耗值Ls=32.44+20Logd=32.44+20Log2600+20Log5≈115dB（其中，f為頻率，單位為MHz；d為傳輸距離，單位為km）。隨后根據(jù)場強計算公式計算出接收端信號電平Rr=Po-Co+Ao-Ls+Ar-Cr= Po(20dBm)-Co(0)+Ao(6dBi)-Ls(115dB)+Ar(18dBi)-Cr(0)≈-71dBm（其中，Rr為接收端信號電平，單位為dBm；Po為發(fā)射功率，單位為dBm；Co為發(fā)射端天線饋線損耗，單位為dB；Ao為天線增益，單位為dBi；Ls為空間傳輸損耗；Ar為接收天線增益，單位為dBi；Cr為接收端天線饋線損耗，單位為dB），受天氣等影響，實際值會小3dB左右，故接收端信號電平為-74dBm左右，且在該過程中，考慮到信標發(fā)射裝置的尺寸、功耗、持續(xù)工作時間，發(fā)射功率Po要求大于20dBm；天線增益保守選擇6dBi；接收天線增益要求達到18dBi。

接收靈敏度Sin(dBm)=NF(dB)×KTBRF(dBm)×Eb/No(dB)×1/PG(dB)=-124+4+5=-115dBm，其中，NF為接收機噪聲系數(shù)，這里小于4dB；KTBRF中k為玻爾茲曼常數(shù)（1.381*10^-23），T0為室溫的絕對溫度（290K），B為接收機有效噪聲帶寬，這里為1MHz，故KTBRF=-174+50=-124；Eb/No為輸出信噪比，這里為5dB，即當信噪比大于噪聲5dB，則可以捕獲；PG為處理增益。根據(jù)計算結(jié)果可以看出，-74dBm的接收端電平完全可以滿足接收靈敏度的要求，且設(shè)計的信標接收機由50dB的動態(tài)范圍，完全可以正常工作。

以上通過分別描述每個過程的實施場景案例，詳細描述了本實用新型，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解。在不脫離本實用新型實質(zhì)的范圍內(nèi)，可以作修改和變形，比如部分模塊的剝離使用和將系統(tǒng)嵌入于其他應(yīng)用系統(tǒng)中。