本實用新型涉及一種應(yīng)用在差分GPS/BDS無人機地面起降引導系統(tǒng)上的天線架，該天線架能夠折疊收納，且具備良好的防風性能。

背景技術(shù)：

統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在飛機飛行的起飛和降落階段，飛行事故發(fā)生概率最大。國際民航組織為保障飛機在起降階段能夠獲得高精度的定位信息，統(tǒng)一規(guī)范了民用有人飛機的精密進場/著陸定位精度，其中精度要求最高的三類著陸要求橫向精度不小于4m、垂直精度不小于0.5m。關(guān)于無人機自主著陸精度目前還沒有統(tǒng)一標準規(guī)范，但基本要求是要優(yōu)于III類著陸標準，而當前常規(guī)中大型無人機組合導航精度為20m左右，無法滿足自主著陸精度要求，因此可在機場跑道附近設(shè)置差分GPS/BDS地面站，利用GPS和BDS差分增強技術(shù)、自主完好性監(jiān)測技術(shù)，由地面起降引導系統(tǒng)提供差分增強信息，機載系統(tǒng)完成差分增強處理，實現(xiàn)定位精度提升和自主完好性風險降低，為無人機提供滿足要求的起降定位精度，降低無人機在起降階段的安全風險，工作原理如圖1所示。

依據(jù)國際民航組織提出的地基增強系統(tǒng)(GBAS)概念，有人機的差分地面起降引導系統(tǒng)成本高昂，設(shè)備復雜，難以機動部署，不適應(yīng)無人機靈活機動的特點和低成本的需求。因此，需要對無人機地面起降引導系統(tǒng)進行小型化便攜式設(shè)計，小型化便攜式的無人機地面起降引導系統(tǒng)需要由設(shè)備箱、天線架、差分衛(wèi)導接收機、地面起降引導電臺、衛(wèi)導天線、電臺天線構(gòu)成，如何將天線架、衛(wèi)導天線、電臺天線在機動式使用時收納進設(shè)備箱，在非機動式使用時能夠取出并正常工作是目前需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的發(fā)明目的在于提供一種用于無人機地面起降引導系統(tǒng)上的天線架是，該天線架能夠折疊收納，且具備良好的防風性能。

本實用新型的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種用于無人機地面起降引導系統(tǒng)上的天線架，包含天線支架1和天線安裝板3，所述天線安裝板3的中間帶有第二孔31，天線安裝板3的二側(cè)還帶有電臺天線接口32和衛(wèi)導天線接口33；所述天線支架1由若干個套接的桿件12，以及與最外側(cè)的桿件12連接的三角架13組成，最內(nèi)側(cè)的桿件12頂部有一與第二孔31相配合的凸起部11。

優(yōu)選地，所述凸起部11上帶有供快鎖銷釘插入的第一孔14。

優(yōu)選地，所述電臺天線接口32為四個均布螺釘孔，衛(wèi)導天線接口33為錐螺紋接口，第二孔31為扁口。

優(yōu)選地，所述桿件12的套接部設(shè)有供快鎖銷釘插入的第三孔15。

優(yōu)選地，所述桿件12采用鋁合金材料。

優(yōu)選地，所述一種用于無人機地面起降引導系統(tǒng)上的天線架還包含底座2，所述底座2包含一底座盤21和若干個側(cè)片22，底座盤21和側(cè)片22的一端均設(shè)有供連桿插入的銷釘孔23；側(cè)片22的另一端設(shè)有球座24，所述三角架13的底端設(shè)有球頭。

優(yōu)選地，所述側(cè)片22外側(cè)設(shè)有墊腳，側(cè)片22內(nèi)側(cè)設(shè)有一個用于容納墊腳的空腔25。

優(yōu)選地，所述墊腳由依次連接的球形鉸鏈26、螺桿27和墊片28組成。

優(yōu)選地，所述墊片28為帶溝槽的橡膠墊。

本實用新型的有益效果為：

天線安裝板3為可快速裝卸結(jié)構(gòu)、天線支架1為可伸縮結(jié)構(gòu)，底座2為可折疊結(jié)構(gòu)。天線架在可折疊設(shè)計基礎(chǔ)上，設(shè)計可調(diào)節(jié)的螺桿27、球形鉸鏈26、墊片28等提升其穩(wěn)固性和抗風性能。

附圖說明

圖1為天線架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為天線安裝板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a為天線支架與底座組合的展開狀態(tài)示意圖；

圖3b為天線支架與底座組合的折疊狀態(tài)示意圖；

圖4a為底座的展開狀態(tài)示意圖；

圖4b為底座的折疊狀態(tài)示意圖；

圖5為墊腳的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為天線架的俯視圖；

圖7為天線架的側(cè)視圖；

圖8為底座的安裝示意圖；

圖9為天線安裝板的安裝示意圖。

標號說明：

1---天線支架，11——凸起部，12——桿件，13——三角架，14——第一孔，15——第三孔；

2——底座，21——底座盤，22——側(cè)片，23——銷釘孔，24——球座；25——空腔，26——球形鉸鏈，27——螺桿，28——墊片；

3——天線安裝板，31——第二孔，32——電臺天線接口，33——衛(wèi)導天線接口；

4——電臺天線；

5——衛(wèi)導天線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。

天線架結(jié)構(gòu)可分為天線支架1、底座2以及天線安裝板3三個部分，如圖1、圖7、圖8所示。

其中天線安裝板3為可快速裝卸結(jié)構(gòu)，如圖2所示，帶有第二孔31，電臺天線接口32和衛(wèi)導天線接口33。在本實施例中，電臺天線接口32為四個均布螺釘孔，電臺天線可以采用四個均布螺釘安裝在天線安裝板3；衛(wèi)導天線接口33為錐螺紋接口，衛(wèi)導天線可以通過錐螺紋接口安裝在天線安裝板3。天線安裝板3和電臺天線、衛(wèi)導天線固定在一起后，除非更換新的天線，正常使用過程中即不再拆開

天線支架1為可伸縮結(jié)構(gòu)，由若干個套接的桿件12，以及與最外側(cè)的桿件12連接的三角架13組成?？紤]到方便收納的要求，天線安裝板3和天線支架1頂端，必須可靠的進行連接，并且可以方便的拆卸，因此最內(nèi)側(cè)的桿件12頂部有一與第二孔31相配合的凸起部11，凸起部11上帶有供快鎖銷釘插入的第一孔14。天線安裝板3的第二孔31插入凸起部11后，用快鎖銷釘插入的第一孔14，保證天線安裝板3在支架頂端不會轉(zhuǎn)動。在本實施例中，桿件12共分為四級，展開高度為2米，折疊高度為700毫米，展開后，每一級之間桿件的套接部的第三孔15對齊后采用快鎖銷釘進行定位，確保工作狀態(tài)時，各級桿件12不會退回?？紤]到天線支架1展開后的穩(wěn)定性，天線安裝架末端設(shè)有可展開的三角架13，三角架13展開后，天線支架1能夠穩(wěn)定的直立。為限制重量的同時滿足應(yīng)用要求，天線支架1采用高強度鋁合金材料，整體重量約為4千克，如 圖3a、圖3b所示。

為了滿足天線防風的要求，在天線底部增加了底座2。底座2重量為9千克，可以滿足天線安裝架的穩(wěn)定性要求。底座2為可展開和折疊的結(jié)構(gòu)，包含一底座盤21和若干個側(cè)片22，在本實施例中，選用六個側(cè)片22，底座盤21和側(cè)片22的一端均設(shè)有銷釘孔23，通過連桿連接；側(cè)片22的另一端設(shè)有球座24，所述三角架13的底端設(shè)有球頭。底座2展開后，可以為天線支架1提供三角架安裝接口；底座2折疊后，則包裹在天線支架1外面，與之一起收納在設(shè)備箱體中。底座2展開后，其外接圓直徑為：860mm，可保證支架承受風力后不傾覆；折疊后，外接圓直徑為：265mm，可以輕松的放進設(shè)備箱體中，如圖4a、圖4b所示。為了讓底座2和地面有良好的接觸條件，增加底座2與地面的接觸摩擦力，在底座2下方，專門設(shè)計了墊腳，墊腳設(shè)置在側(cè)片22外側(cè)，側(cè)片22內(nèi)側(cè)設(shè)有一個用于容納墊腳的空腔25，該空腔25與球座24為同一個,也可以分別設(shè)置。在收納狀態(tài)時，墊腳收藏于側(cè)片22的空腔25內(nèi)，不會突出底座2的表面；底座2展開時，可將墊腳從空腔25中拉出。墊腳由依次連接的球形鉸鏈26、螺桿27和墊片28組成。通過球形鉸鏈26可以提高底座2對地形的適應(yīng)能力，通過螺桿27可以調(diào)節(jié)高度，使底座2的六個墊腳都可以和地面良好的接觸。同時，為增加底座2和地面之間的摩擦力，墊腳底部的墊片28采用帶溝槽的橡膠墊，和水泥地面的摩擦系數(shù)可達0.5，保證天線支架1承受風載后，不發(fā)生移動，如圖5所示。

天線架展開過程可以分成以下幾個步驟：

在設(shè)備箱中分別取出天線和天線架。天線和天線架都裝在設(shè)備箱體中。

1)將包在天線架外面的底座2展開

底座2各個側(cè)板用連桿和銷釘連接在一起，形成完整的六邊形。因此展開 底座第一步是取下各個連桿。將連桿拔出后，圍成六邊形的各個側(cè)板即可放倒，形成六角星形底座。

底座側(cè)板放倒后，再將上一個步驟中取下的連桿，分別將底座側(cè)板連成一個整體，使整個底座2能夠承受各個方向的載荷。如圖8所示。

2)將天線安裝到天線支架1頂端

將天線安裝板3上的第二孔31與天線支架1頂端的凸起部11對齊，將天線安裝板插到底，然后將快鎖銷釘在第一孔14旋轉(zhuǎn)90度，即可將天線鎖定在天線支架1頂端。如圖9所示。

3)打開支架底部的三腳架，并將其頂緊在底座2上，如圖8所示。

三角架采用可折疊機構(gòu)，可調(diào)節(jié)長度。分別將天線三腳架拉開，調(diào)整合適的長度，三角架端部的球頭頂在底座2上的球座24內(nèi)即可。

4)拉出支架天線各級桿件12，并用快鎖銷鎖定位置

各級桿件12套接在一起，桿件12的底端開有第三孔。將桿件12拉出后，用快鎖銷釘插入第三孔，將兩根桿件12之間固定，即可。

5)調(diào)節(jié)各個可調(diào)墊腳，使底座2與地面接觸良好

撤收過程和上述展開過程相反。

天線架的性能說明如下：

一.抗風性能

為保持天線架的穩(wěn)定性，天線架的重心越低，穩(wěn)定性越好，越不容易傾覆，在設(shè)計過程中一方面增加可展開底座2，將整個天線架的重心拉低；另一方面減輕天線頂端的天線連接板重量，使天線頂端質(zhì)量變輕。天線安裝架頂端安裝天線并展開后，整個結(jié)構(gòu)的重心位置離地面高度僅為35厘米。

天線安裝架包括天線，總質(zhì)量約為13.65千克，產(chǎn)生的總重力G＝134N。

天線架展開后，底部底座形成一個等六邊形，六邊形外接圓半徑約為430mm，底座2支撐點均布在圓上。取受力后最容易傾覆的方位，即天線架受力垂直于六邊形的一條邊的情況。

在此方向下，底座支撐點的力臂長度(也就是六邊形某條邊到中心點的距離)約為：377.5mm。由此，能夠計算出支架的傾覆力矩：

M_傾＝G×L≈134×0.377≈50.5N·m

式中：G：天線架重力；L：支撐點到重心的力臂長度。

也就是說，在本實施中，天線架至少可以抵抗50.5牛米的力矩而不發(fā)生傾覆。

天線架的抗風性能指標為需要在23m/s風速(約9級風)條件下，能夠正常工作，即不得出現(xiàn)傾覆和沿地面的移動。為此，分地面靜摩擦力驗算和傾覆力矩驗算兩個部分分別進行闡述。

地面靜摩擦力驗算

就是要計算天線架在給定風速條件下承受的風力是否大于地面能夠提供的最大靜摩擦力。如果地面能夠提供的最大靜摩擦力大于天線架承受的風力，則天線架不會出現(xiàn)移動，驗算即通過。

風作用在結(jié)構(gòu)迎風面上的力為風壓W0與迎風面積A的乘積。其中，風壓與風速的關(guān)系式如下：

$W_0=\frac{1}{2}{{\mathrm{\ρV}}_0}^2$

式中：ρ：空氣密度1.293kg/m3；V0：風速23m/s

代入公式可得風壓W0≈342Pa。

天線、天線支架1、底座2三個部分的迎風面積總和A約為：0.13m2。

由此可以算出，整個天線架，包括天線，承受的風力：

F＝W₀×A＝342×0.13≈44.46(N)

而地面能夠提供的最大靜摩擦力：

f＝μ×G

式中：μ：地面靜摩擦系數(shù)，水泥地面約0.4；G：支架重力，約150N；

對底座2而言，由于底座2相對地面存在一定的間隙，所以底座頂面的空氣流速比底座底面附近的空氣流速快。因此，風對結(jié)構(gòu)的作用力是向上的，風力有將底座抬起的趨勢。對底座區(qū)域的流場進行分析，得出結(jié)果如下：

23m/s的風吹過底座時，底座單瓣承受的向上的力(Y向力)為：2.35N，因此，整個底座上承受的向上的風力約為：2.35×6＝14.1N。

故，底座對地面形成的總壓力為：134-14.1＝128.9N。

由此可知，地面能夠提供的靜摩擦力約等于：128.9×0.5＝59.9N。

地面可提供的最大靜摩擦力比風力大，因此能夠得出結(jié)論，本實施例在風速23m/s條件下，底座相對地面可以保持靜止，并且還有一定的安全裕度。

傾覆力矩驗算

上一節(jié)支架結(jié)構(gòu)重心位置分析中，已經(jīng)計算出天線支架的臨界傾覆力矩為50.5N.m。傾覆力矩驗算，即需要計算風力造成的力矩，并和臨界傾覆力矩進行比較。如果比臨界傾覆力矩小，則結(jié)構(gòu)承受風力后是穩(wěn)定的，不會發(fā)生傾覆。

由于風力是個分布載荷，并且，由于天線支架各部分迎風面面積并不相同。因此，不能簡單的將風力等效到一個點上進行驗算。按照天線支架各部分分別進行等效，按照天線組件、四級桿件、三級桿件、二級桿件、一級桿件五個部分，分別進行風力計算。同時，還需要考慮到底座承受垂直向上的風力，該力形成的力矩，具有使支架傾覆的趨勢，不能忽略。詳見表1：

表1

整個天線架承受風力，形成的力矩，為上述力矩的總和，即41.2575Nm，小于天線架的臨界傾覆力矩。因此可以得出結(jié)論，在承受給定風力條件下，天線架不會傾覆，且還留有一定的安全裕度。

二.支架結(jié)構(gòu)強度

承受風力后，天線架的結(jié)構(gòu)強度和剛度也是需要考慮的問題。底座由實心厚鋁板制造，其強度和剛度無疑是足夠的。而天線架展開后，是一個細長桿件，其頂端又安裝了天線，因此本方案主要關(guān)注的是天線架的剛度問題。

由于天線本身質(zhì)量只有1.15千克，因此，天線結(jié)構(gòu)的壓桿穩(wěn)定性是可以保證的。因此方案中主要考慮的是承受23m/s風力的工況下，天線架的變形和應(yīng)力。

本實用新型建立了天線安裝架的有限元分析模型，并將風力計算中的結(jié)果作為邊界條件進行加載。為了考慮最惡劣的情況，方案中將所有風力全部作用于支架頂端(這樣加載雖然與真實情況不符，但是能夠幫助判斷支架的承載能力)。

整個支架結(jié)構(gòu)一共劃分單元285996個，網(wǎng)格采用自適應(yīng)劃分技術(shù)，在曲率半徑小的位置自動進行加密。

由于衛(wèi)導天線位置變化會對差分定位精度產(chǎn)生一定影響，故要求衛(wèi)導天線的微小位移幅度不超過2cm。通過有限元計算，在給定工況條件下，天線支架1最大變形量為：14.7mm，遠小于衛(wèi)導天線要求的變形幅度。因此整個結(jié)構(gòu)的剛度能夠滿足要求。天線安裝架上應(yīng)力最大的位置出現(xiàn)在：斜撐桿底部的銷孔處，最大應(yīng)力為50.8MPa；但其應(yīng)力遠遠小于鋁合金材料的需用應(yīng)力，故天線架的強度是足夠的。

可以理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本實用新型所附的權(quán)利要求的保護范圍。