一种适用于旋转载体的导航接收机抗干扰系统

摘要

本发明一种适用于旋转载体的导航接收机抗干扰系统，包括阵列面，馈线，射频通道，A/D采样，抗干扰处理模块，旋转传感器，接收机单元。阵列面由均匀分布在圆柱面上的阵元组成，阵元间距为0.5倍波长到0.6倍波长。馈线连接阵元和对应的射频通道。射频通道对接收的信号放大，滤波，下变频。A/D采样，对每路射频通道输出的模拟信号进行采样，将数字中频信号输入至抗干扰处理模块。抗干扰处理模块采用FPGA或DSP芯片。旋转传感器安装在上下两个阵元中心连线上。接收机单元对抗干扰后的数据进行捕获，跟踪，解算，并得出最终定位结果。本发明将基于阵列天线的抗干扰技术有效地用于旋转载体，保证系统有较强的抗多种多个干扰的能力。

权利要求

1.一种适用于旋转载体的导航接收机抗干扰系统，其特征在于：该系统主要包括阵列面，馈线，射频通道，A/D采样，抗干扰处理模块，旋转传感器，接收机单元；

所述阵列面由均匀分布在圆柱面上的阵元组成，阵元间距为0.5倍波长到0.6倍波长之间，一周360°均匀布满；

所述馈线连接阵元和对应的射频通道；

所述射频通道对接收的信号进行放大，滤波，下变频操作；

所述A/D采样，对每路射频通道输出的模拟信号进行采样，然后将数字中频信号输入至抗干扰处理模块；

所述抗干扰处理模块采用FPGA芯片或DSP芯片，写入抗干扰程序，对接收到的每路数字中频信号进行综合处理，采用空时自适应滤波算法，滤除干扰并输出信号至接收机单元；

所述旋转传感器安装在上下两个阵元中心的连线上，每个传感器可以测出载体自旋状态下两个阵元所处的位置和角度，即传感器旋转的角度反映了这两个阵元的旋转角度，旋转传感器的输出驱动抗干扰处理模块选用读取面向天空的阵元所接收的信号，而不采用背对天空的阵元所接收的信号；

所述接收机单元对抗干扰后的数据进行捕获，跟踪，解算，并得出最终定位结果；

所述的阵列面，每4个阵元组成一个天线阵，采用方型阵，即4个阵元位于正方形4个顶点处，相邻天线阵的2个阵元共用；

所述的阵列面，每7个阵元组成一个天线阵；采用圆型加中心阵元的阵型，即6个阵元位于正六边形的顶点处，一个阵元位于正六边形的中心，相邻天线阵的4个阵元共用。

2.根据权利要求1所述的一种适用于旋转载体的导航接收机抗干扰系统，其特征在于：所述的抗干扰处理模块每次处理1ms时长的数据块，以保证及时连续地处理数据并正常输出。

3.根据权利要求1所述的一种适用于旋转载体的导航接收机抗干扰系统，其特征在于：该系统以载体水平飞行时正上方竖直方向为0°基准，载体中心为圆心，向左45°记为-45°，向右45°记为+45°，-45°到+45°范围称为有效区，处在有效区内的阵元面向天空，接收增益较佳，其接收的信号可以采用并输出至抗干扰处理模块；载体飞行过程中，每个阵元和对应的射频通道正常工作，接收的信号存入抗干扰处理模块的缓存区，但程序只选择采用处于有效区内的阵元所接收的信号；具体工作方式为：当载体旋转，阵元进入-45°时，根据旋转传感器的输出驱动抗干扰程序读取进入有效区的阵元所接收的信号，并输入至抗干扰处理模块，参与抗干扰处理，此时也一定有阵元旋转到+45°位置，即将离开有效区，对离开有效区的阵元，则驱动抗干扰程序不再读取对应的接收信号，并清除对应的缓存数据，从而完成对接收信号的切换。

4.根据权利要求3所述的一种适用于旋转载体的导航接收机抗干扰系统，其特征在于：所述的有效区角度范围，一般设置为-45°到+45°，最小为-30°到+30°。

说明书

一种适用于旋转载体的导航接收机抗干扰系统

技术领域

[0001] 本发明涉及卫星导航抗干扰技术，具体涉及一种适用于旋转载体的导航接收机抗干扰系统。

背景技术

[0002] 随着电磁环境传播的复杂化，导航接收机总是面临着无意或有意的干扰，目前主要的导航接收机抗干扰技术可以大致分为基于单天线的方法和基于阵列天线的方法。基于单天线的方法结构简单，只需在现有接收机结构中增加自适应滤波模块即可，无需改动天线和射频通道，但是只能抑制窄带干扰，对于宽带干扰却无能为力，遇到阻塞式压制干扰，接收机仍然无法正常定位。而基于天线阵列的方法则可以滤除窄带、宽带、脉冲、扫频等多种类型干扰，这种方法引入多个阵元，组成天线阵列，并采用空域或空时自适应滤波技术，使天线具备空间识别能力，通过在干扰来向上形成零陷对消干扰，从而达到抑制干扰的目的。经过多年的发展，这类方法性能优越，日益成熟。目前常用的有4阵元，7阵元阵列，阵型一般为线型，圆型以及Y型等。

[0003] 但是，基于天线阵列的抗干扰技术也面临自身的局限性，通常各阵元需要按照一定间隔和形状排列，天线的波束的主瓣也有一定范围，一般只能覆盖一个半球面，俯仰角0-90度，方位角0-360度，所以只能用在不能旋转翻滚的载体上，例如地面上的汽车，海上的舰艇，以及不旋转的导弹上等，载体始终要保证天线口面对准天空，才可以正常接收卫星信号。但是对于一些炮弹、火箭弹或者特殊用途的小型导弹，载体存在旋转的情况，导航接收机的天线阵列也将随载体旋转，天线口面不能保证一直对准天空，当天线阵列翻转到下半周时，由于载体自身的遮挡，以及天线位置的变化，波束主瓣偏转，天线阵列无法正常接收信号，或接收的信号非常微弱，也就不能正常进行抗干扰处理，导航系统也就无法定位。但是传统的导航接收机系统用于旋转载体上是不存在这个问题的，因为一般都采用单天线，通过缠绕的方式可以全向接收，但是不具备抗干扰能力。所以为了使接收机具备较强的抗宽带、窄带、脉冲等多类型干扰的能力，同时也能适用于旋转的载体就需要新的技术和设计。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种适用于旋转载体的导航接收机抗干扰系统，本发明通过在载体上合理布置多组阵元，使载体在旋转情况下也始终有一定数量且满足阵型要求的阵元面向天空，并组成天线阵正常接收信号，通过相应的方法选用面向天空的阵元接收的信号进入抗干扰处理模块进行干扰抑制，保证始终有完整连续的信号进入接收机单元，这样就使基于阵列天线的抗干扰技术在旋转载体上也可以正常抑制干扰，从而使炮弹，小型导弹，飞机等旋转载体上的导航系统正常定位。

[0005] 本发明的具体实施方案：一种适用于旋转载体的导航接收机抗干扰系统，主要包括阵列面，馈线，射频通道，A/D采样，抗干扰处理模块，旋转传感器，接收机单元等。

[0006] 所述阵列面由均匀分布在圆柱面上的阵元组成，阵元间距为0.5倍波长到0.6倍波长之间，一周360°均匀布满。根据载体直径或弧度的不同，阵元间隔，阵元个数，阵型可做调整，保证阵元间距与载体直径匹配，均匀分布。整个阵列面，每4个阵元组成一个天线阵，也可以每7个阵元组成一个天线阵。4阵元时采用方型阵，即4个阵元位于正方形4个顶点处，相邻天线阵的2个阵元共用；7阵元时采用圆型加中心阵元的阵型，即6个阵元位于正六边形的顶点处，一个阵元位于正六边形的中心，相邻天线阵的4个阵元共用。

[0007] 所述馈线用于连接阵元和对应的射频通道。

[0008] 所述射频通道对接收的信号进行放大，滤波，下变频等操作。

[0009] 所述A/D采样，对每路射频通道输出的模拟信号进行采样，然后将数字中频信号输入至抗干扰处理模块。

[0010] 所述抗干扰处理模块可采用FPGA芯片或DSP芯片，写入抗干扰程序，对接收到的每路数字中频信号进行综合处理，采用空时自适应滤波算法，滤除干扰并输出信号至接收机单元。抗干扰处理模块每次处理1ms时长的数据块，具体实施中可根据载体的旋转速度进行灵活调整，保证及时连续地处理数据并正常输出。

[0011] 所述旋转传感器安装在上下两个阵元中心的连线上，旋转传感器是根据内部电压的变化来确定旋转角度和位置的，每个传感器可以测出载体自旋状态下两个阵元所处的位置和角度即即传感器旋转的角度反映了这两个阵元的旋转角度，旋转传感器的输出用来驱动抗干扰处理模块选用读取面向天空的阵元所接收的信号，而不采用背对天空的阵元所接收的信号。

[0012] 以载体水平飞行时正上方竖直方向为0°基准，载体中心为圆心，向左45°记为-45°，向右45°记为+45°，-45°到+45°范围称为有效区，处在有效区内的阵元面向天空，接收增益较佳，其接收的信号可以采用并输出至抗干扰处理模块。载体飞行过程中，每个阵元和对应的射频通道正常工作，接收的信号存入抗干扰处理模块的缓存区，但程序只选择采用处于有效区内的阵元所接收的信号。因为只有面向天空的阵元接收的信号是包含卫星信号的正常数据，而旋转出有效区的阵元由于载体自身遮挡，天线增益变化，接收的一般都是噪声和干扰，里面可能不包含完整的卫星信号，所以程序不能采用。具体工作方式为：当载体旋转，阵元进入-45°时，根据旋转传感器的输出驱动抗干扰程序读取进入有效区的阵元所接收的信号，并输入至抗干扰处理模块，参与抗干扰处理，此时也一定有阵元旋转到+45°位置，即将离开有效区，对离开有效区的阵元，则驱动抗干扰程序不再读取对应的接收信号，并清除对应的缓存数据，从而完成对接收信号的切换。这样就可以保证载体在旋转情况下，始终有4个阵元或7个阵元位于有效区，组成面向天空的天线阵并正常接收信号，进而参与抗干扰处理模块的运算，有效抑制干扰。有效区角度范围设置要适中，当设置过大时，载体会对低仰角的卫星信号形成遮挡，设置过小又需要增加阵元个数，综合考虑，一般设置范围为-45°到+45°，最小为-30°到+30°。

[0013] 所述接收机单元对抗干扰后的数据进行捕获，跟踪，解算，并得出最终定位结果。

[0014] 本发明一种适用于旋转载体的导航接收机抗干扰系统，其优点及功效在于：本发明系统通过在载体一周布置多组阵元，保证始终有足够的阵元组成天线阵接收信号，阵元进入及离开有效区由旋转传感器驱动抗干扰程序动态切换，只选择读取位于有效区的阵元接收的信号进行抗干扰处理，从而将基于阵列天线的抗干扰技术有效地用于旋转载体，保证系统有较强的抗多种多个干扰的能力。

附图说明

[0015] 图1为本发明整体三维示意效果图。

[0016] 图2为本发明4阵元情况下阵列面展开图。

[0017] 图3为本发明7阵元情况下阵列面展开图。

[0018] 图4为本发明工作原理示意图。

[0019] 图5为本发明软件工作流程图。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。以小型炮弹为例进行说明，如图1所示。

[0021] 一种适用于旋转载体的导航接收机抗干扰系统，主要包括阵列面，馈线，射频通道，A/D采样，旋转传感器，抗干扰处理模块，接收机单元等。

[0022] BD-B3卫星导航信号的频点1268.52MHz，对应的波长约为0.236m，即23.6cm。阵元间距一般为0.5倍波长到0.6倍波长之间，计算可得具体值约为11.8cm-14.14cm。

[0023] 4阵元实施例：

[0024] 设炮弹直径为30cm，周长计算得出约为94.38cm，为了保证阵元间距和炮弹直径匹配，选择每隔45°布置1组阵元，如附图2所示，每2个阵元为一组，上下对齐排列在一条直线上，阵元间距11.8cm，平行分布在圆柱面上，一周360°共8组，阵元个数共计16个，每4个阵元组成一个天线阵，相邻的一组阵元共用，所以共计8个天线阵。

[0025] 所述馈线用于连接阵元和对应的射频通道。

[0026] 所述射频通道对接收的信号进行放大，滤波，下变频等操作。

[0027] 所述A/D采样，对每路射频通道输出的模拟信号进行采样，然后将数字中频信号输入至抗干扰处理模块。

[0028] 所述抗干扰处理模块可采用FPGA芯片或DSP芯片，写入抗干扰程序，对接收到的每路信号进行综合处理，采用空时自适应滤波算法，滤除干扰并输出信号至接收机单元。炮弹的旋转速度一般为每秒80°到每秒120°，抗干扰处理模块每次处理1ms时长的数据块，1ms炮弹旋转的角度仅为0.08°到0.12°之间，所以抗干扰处理模块可以及时处理接收到的数据并输出至接收机单元，具体实施中单次数据处理长度可根据载体的旋转速度进行灵活调整，保证及时连续地处理数据并正常输出即可。

[0029] 所述旋转传感器安装在上下两个阵元中心的连线上，共有8个。旋转传感器是根据内部电压的变化来确定旋转角度和位置的，将其安装阵元中心的连线上，可以测出载体自旋状态下两个阵元所处的位置和角度即传感器旋转的角度就反映了这两个阵元的旋转角度，传感器的输出用来驱动抗干扰处理模块选用并读取面向天空的阵元所接收的信号，而不采用背对天空的阵元所接收的信号。

[0030] 所述接收机单元对抗干扰后的数据进行捕获，跟踪，解算，并得出最终定位结果。

[0031] 如图4、5所示，本发明工作原理：以炮弹水平飞行的正上方竖直方向为0°基准，炮弹截面中心为圆心，向左45°记为-45°，和向右45°为记为+45°，-45°到+45°范围称为有效区，处在有效区内的阵元面向天空，接收增益较佳，其接收的信号被程序控制读取并输出至抗干扰处理模块。炮弹飞行过程中，每个阵元和对应的射频通道正常工作，接收的信号存入抗干扰处理模块的缓存区，但程序只选择采用处于有效区内的阵元所接收的信号。具体工作方式为：当炮弹旋转，阵元进入-45°时，根据旋转传感器的输出来驱动抗干扰程序读取进入有效区的阵元所接收的信号，并输入至抗干扰处理模块，参与抗干扰处理，此时也一定有阵元旋转到+45°位置，即将离开有效区，对于离开有效区的阵元，则驱动抗干扰程序不再读取对应的接收信号，并清除对应的缓存数据，从而完成对接收信号的切换。这样就可以保证炮弹在旋转情况下，始终有4个阵元位于有效区，并组成一个4阵元的天线阵正常接收信号，旋转传感器的输出控制抗干扰处理模块采用并读取有效区阵元接收的信号。

[0032] 7阵元实施例：

[0033] 7阵元情况下的布阵方式与4阵元有所不同。4阵元情况下，4个阵元位于正方形4个顶点处，7阵元情况下，6个阵元位于正六边形的6个顶点，1个阵元位于正六边形的中心，如附图3所示，阵元相互间距11.8cm，平均分布在圆柱面上，一周360°共计24个阵元，每7个阵元组成一个天线阵，相邻的4个阵元共用，共可以组成8个天线阵。

[0034] 7阵元情况下，系统工作原理和工作流程与4阵元情况基本一致，不再赘述。