[发明专利]一种基于相位测距原理的高速共轴双旋翼桨尖距测量方法

权利要求书

1.一种基于相位测距原理的高速共轴双旋翼桨尖距测量方法，其特征在于，该方法利用测量装置实现桨尖距测量；所述测量装置包括发射天线、接收天线、射频信号产生电路、RFID卡以及信号采集处理电路，其中，发射天线、接收天线预埋于上旋翼尖部的下表面内，RFID卡预埋于下旋翼尖部的上表面内，信号产生电路、信号采集处理电路安装在上旋翼桨毂中心处，通过敷设在上旋翼桨叶表面的射频线缆，将信号产生电路与发射天线连接，将接收天线与信号采集处理电路连接；

直升机的上旋翼和下旋翼开始旋转后，当上旋翼和下旋翼上安装测量装置的桨叶旋转至上下重合时，上旋翼桨叶上的信号产生电路通过发射天线辐射电磁信号，激活设置在下旋翼桨叶表面的RFID卡，RFID卡返回接收信号经接收天线接收后由信号采集处理电路进行采集处理，测量接收信号强度换算成距离信息。

2.根据权利要求1所述的基于相位测距原理的高速共轴双旋翼桨尖距测量方法，其特征在于，所述信号采集电路中对所采集的信号进行处理的过程为：

对接收信号进行AD采样，将其转换为数字信号，利用混频技术，得到接收信号的正交变量；对正交变量进行低通滤波，低通滤波后再进行抽取，得到包含相位差值的信号，基于该信号得到双旋翼桨尖距。

3.根据权利要求1所述的基于相位测距原理的高速共轴双旋翼桨尖距测量方法，其特征在于，测量接收信号强度换算成距离信息，其中桨尖距R₀的计算公式为：

上式中，为发射信号与接收信号的相位差值，λ为信号波长。

4.根据权利要求1所述的基于相位测距原理的高速共轴双旋翼桨尖距测量方法，其特征在于，所述测量接收信号强度换算成距离信息时，如测距精度为ΔR，则有：

其中，SNR表示信噪比，λ为信号波长。

5.根据权利要求1所述的基于相位测距原理的高速共轴双旋翼桨尖距测量方法，其特征在于，为了使相位测距不模糊，则需满足以下关系：

其中H为发射天线与RFID卡在静止状态下的距离，θ_max为发射天线与RFID卡在旋转时的最大偏移角，λ为信号波长。

6.根据权利要求1所述的基于相位测距原理的高速共轴双旋翼桨尖距测量方法，其特征在于，接收信号根据桨翼的运动分为三个区：趋近区、重叠区和远离区；在趋近区，上下桨叶相向运动，多普勒速率为正；在重叠区接收信号频率与发射信号频率一致，当远离区时，此时，接收信号能量幅度开始下降；通过RSSI测得重叠区域时间，对该区域内接收信号与发射信号进行相位比较，得出重叠区的相位差值，由此计算出上下桨叶之间的距离值。

7.根据权利要求1所述的基于相位测距原理的高速共轴双旋翼桨尖距测量方法，其特征在于，发射天线和接收天线均采用FPC形式，天线布线采取螺旋绕线方式，空间尺寸为80mm×40mm×14mm，重量为5克，电感值为1.5uH。

8.根据权利要求1所述的基于相位测距原理的高速共轴双旋翼桨尖距测量方法，其特征在于，在计算时，设驻留时间为0.5ms，由于需要计算重叠区间，在判定时，结合实测值取门限阈值，在重叠区间左右各取1ms间隔，桨叶经过重叠区后延迟1ms时开始计算；

发射信号周期为5ns，以4个周期为一组PRF，8个PRF为一帧，前四个周期为1111，后四个周期则按照序号对1～4号桨叶进行编码；

为测试相位延迟计算距离，仅在时域完成相乘和FIR滤波；在计算相位完成后，采用查表法对相位与距离换算值进行换算。