[发明专利]超声多普勒演示仪及其定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种定位方法，尤其是指一种超声多普勒定位演示仪及其定位方法。

背景技术

卫星多普勒定位一直作为一种军事技术，被认为是一种封锁的技术，学生在课堂中更不会接触有关卫星多普勒定位的知识，本作品简化了卫星多普勒定位的模型，通过计算机实时全面展示了发射机绕特定区域转动中的多普勒效应，并根据此提出一种新的定位算法，是学生们用之认识并研究卫星多普勒定位中的多普勒效应以及其定位算法的新型教学试验仪。

目前，同类的单站定位技术的具体实现方法主要有：测向定位法、多普勒频率定位法和测相位差变化率定位法。下面逐一评述现有的各种单站定位方法。

1、测向定位法

测向定位法，即仅利用方向测量信息来确定未知目标的位置的定位方法，是研究得最多，最经典的单站定位技术。侧向定位技术定位依据的基本原理是三角测量法。

测向定位法的优点是只需要方向测量数据和观测站自身位置数据，数据量小，数据处理手段也相对比较简单。但是定位精度对方向测量误差非常敏感，这就在客观上对测量设备提出了很高的要求；而且定位精度直接决定于观测站运动的机动量；另外，该定位法从开始测量到完成定位所需的时间较长，很难满足瞬息万变的现代战争需求。

2、到达时间定位法

该种定位方法是实验室里常用的定位方法。对于不是径向的、匀速直线运动的脉冲探头目标，若其所发射脉冲的重复周期恒定，则对到达时间(TOA)的精确测量，利用波速与距离的运动学原理基本关系，能够反映目标径向距离的变化。

与测向定位法一样，该方法也存在着速度慢、精度低的弊端。同时，该方法的应用还受到雷达频率漂移、跳变的影响。

3、测相位差变化率定位法

依据运动学原理，在目标与观测平台相对运动的条件下，利用观测平台上携载的任意宽开的二单元天线阵(干涉仪)，可以获得位置未知的探头辐射电磁波的相位差变化率信息，此信息中含有威胁目标的位置信息。再利用测角系统测得的目标方位角和俯仰角及其时间变化率信息，即可实现对目标的实时交叉定位。

该定位算法在满足一定条件的前提下，既能实现对远距离探头目标的快速定位，也能完成对近距离低空目标的快速精确定位，定位速度和定位精度比传统的只测角定位法高很多，性能十分优良。但是，相位差变化率定位法的“快速性、准确性”是以增加测量的复杂性和难度为代价的，测试和实现难度高。

4、多普勒频移定位法

对于连续波或者有较长持续时间的信号探头，到达信号的频率包含了目标观测器相对运动引起的多普勒成分，实质上包含了目标运动的状态，在一定条件下可以将其解算出来。实验结果表明，利用多普勒频移作为测量，是一种快速高精度的单站定位技术，多普勒频移定位法无论从定位速度、定位精度，还是简便性上，均优于上述两种定位方法。

当前国内外关于多普勒定位一般为采取发射机沿特定轨迹或直线平台运动的定位算法，发射机沿特定轨迹采用的是微分法，通过测量出发射机在不同的位置时瞬间(限定时间)的位移，记录接收机接收到的信号频率变化，再通过多普勒效应方程的微分形式，由发射机位置反演出接收机的位置，这种算法具有一般性，但是计算极为复杂。

沿直线平台的定位通常采用是多站的定位算法，通过2个或两个以上接收机接收到的信号频率不同，通过几何关系，由接收机之间的相对位置和他们的绝对位置，反演出波源的位置。这种算法较为复杂，并且直线平台在测量区域比较大时，误差非常大。

发明内容

本发明提供一种超声多普勒演示仪及其定位方法，其根据圆周运动的对称性，记录接收模块接收到的频率最大值、最小值以及不变值的相应位置，连结两线，便得到了接收机的位置，算法非常简单，减少了大量运算和计算带来的传递误差，并且算法的简化和直观能够让学生容易理解和研究。

本发明是这样实现的：

一种超声多普勒演示仪，其包括有：转轴、电机、发射探头、信号发射模块、信号接收模块、信号处理电路、及与所述信号处理电路连接的计算机，所述发射探头固定于所述转轴的一端，所述电机与所述转轴连接，带动所述转轴做圆周运动，所述信号发射模块驱动所述发射探头发射信号，所述信号接收模块与所述信号处理电路连接。

优选的是，其还包括有支架及中间圆盘，所述中间圆盘设于所述信号发射模块的上方，所述支架吊起所述中间圆盘，所述信号接收模块位于所述中间圆盘上。

优选的是，其还包括托盘，其与所述电机连接，所述超声波发射模块设于所述托盘上。