CN104360342A - 一种小型化微波导航装置 - Google Patents

Abstract

本发明的小型化微波导航装置采用双定位系统联合定位，并且能够对行进方向进行实时校正，并能最大程度的抑制自系统干扰，结构简单，功耗低，有力保证了导航装置的精度和效率。

Description

一种小型化微波导航装置

技术领域

本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种小型化微波导航装置。

背景技术

随着微波通信、雷达等系统的发展，基于微波通信技术的导航设备也越来越丰富，然而现有微波导航装置的定位和导航一般都选用GPS，形式比较单一，受环境影响也比较大，如果行进于茂密森林或城市密集建筑物遮蔽处时，就无法使用GPS完成定位，也就无法实时完成导航任务。

鉴于以上问题，新一代导航设备推出了GPS双系统或多系统联合定位，但是，其在硬件实现上比较复杂，自系统干扰比较严重，功耗也较大，严重影响了定位和导航精度。

此外，现有的导航设备受接收信号微弱、噪声干扰等影响，对导航设备的行进方向或路线不能及时做出更新或校正，从而导致定位以及导航精度下降。

因此，有必要针对现有技术中的上述缺陷重新设计一种小型化微波导航装置。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的实施方式，提出一种小型化微波导航装置，所述装置包括收发天线阵列、微波测距测速单元、联合定位单元、行进方向校正单元、自干扰抑制单元以及供电单元；其中，

所述收发天线阵列用于定位导航信号的发射和接收；

所述自干扰抑制单元用于微波导航装置自干扰的抑制消除；

所述微波测距测速单元用于前方目标的距离以及前方目标的速度进行测算；

所述联合定位单元用于对微波导航装置进行联合定位；

所述行进方向校正单元用于对微波导航装置的行进方向进行实时更新；以及

所述供电单元用于为导航装置的各个单元供电。

根据本发明的实施方式，所述自干扰抑制单元由RF放大单元、直流恢复单元、损耗器单元和低通滤波器单元组成；所述RF放大单元的信号输出端依次与直流恢复单元、损耗器单元和低通滤波器单元串联在一起。

根据本发明的实施方式，所述微波测距测速单元具体包括依次连接的微波信号发射模块、回波信号接收模块、回波信号匹配模块、速度计算模块以及目标距离计算模块。

根据本发明的实施方式，所述回波信号接收模块用于接收返回的微波信号，所述返回的微波信号首先经自干扰抑制单元进行干扰抑制后再输入回波信号接收模块，所述回波信号接收模块具体包括前端混频器、前置中频放大器、基带变频器以及数模转换器。

根据本发明的实施方式，所述速度计算模块根据如下公式计算前方目标的实时速度：

$R=\frac{\mathrm{CT}}{4B}(f^{+}+f^{-}),$

所述目标距离计算模块根据如下公式计算前方目标的距离：

$V=\frac{C}{4f_0}(f^{-}-f^{+}),$

其中，C为光速，f0为发射信号的载波中心频率，B为发射的调制三角波信号带宽。T为发射的调制三角波信号周期，f+为周期为T的调制三角波上扫频段频谱峰值频率，f-为周期为T的调制三角波下扫频段频谱峰值频率。

根据本发明的实施方式，所述联合定位单元包括定位微处理器、定位模式选择模块、第一定位模块和第二定位模块，所述第二定位模块包括地磁校验模块、旋转角度计算模块、高度测算模块以及3D加速度测量模块；

当定位微处理器判断可以接收GPS信号时，第一定位模块根据接收的卫星定位数据计算得到定位目标的位置信息；

当采用第一定位模块获取定位目标的位置信息和轨迹信息时，GPS信号突然不可用时，定位微处理器通过定位模式选择模块启动第二定位模块，所述第二定位模块根据第一定位模块最后获得的位置信息，继续获取定位目标的立体空间位置信息。

根据本发明的实施方式，所述行进方向校正单元具体包括3D陀螺模块、阈值设定模块、行进状态判断模块、行进360度判断模块、以及行进方向更新模块。

根据本发明的实施方式，所述供电单元包括供电微处理单元、太阳能电池板、可充电电池和电池电量管理单元；

可充电电池接收太阳能电池板的电力并进行存储；如果导航装置正处于休眠状态，当电池电量低于预先设定的第一阈值时，则电池电量管理单元会发送第一低电量请求至供电微处理单元，启动电源的太阳能电池板进行充电；如果导航装置正处于定位或导航状态，当电池电量低于预先设定的第一阈值时，电池电量管理单元向供电微处理单元发送第二低电量请求，请求降低定位或导航测量频率和时间长度，并通过供电微处理单元启动太阳能电池板进行充电，当电池电量低于预先设定的第二阈值时，电池电量管理单元向供电微处理单元发送第三低电量请求，请求暂停定位或导航，以便电池电力恢复；所述第一阈值高于第二阈值。

本发明的小型化微波导航装置采用双定位系统联合定位，并且能够对行进方向进行实时校正，并能最大程度的抑制自系统干扰，结构简单，功耗低，有力保证了导航装置的精度和效率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本发明实施方式的小型化微波导航装置结构示意图；

附图2示出了根据本发明实施方式的自干扰抑制单元结构示意图；

附图3示出了根据本发明实施方式的自干扰抑制单元的RF放大单元结构示意图；

附图4示出了根据本发明实施方式的自干扰抑制单元的直流恢复单元结构示意图；

附图5示出了根据本发明实施方式的自干扰抑制单元的损耗器结构示意图；

附图6示出了根据本发明实施方式的自干扰抑制单元的低通滤波器结构示意图；

附图7示出了根据本发明实施方式的微波测距测速单元结构示意图；

附图8示出了根据本发明实施方式的联合定位单元置结构示意图；

附图9示出了根据本发明实施方式的行进方向校正单元结构示意图；

附图10示出了根据本发明实施方式的供电单元结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，提出一种小型化微波导航装置，如附图1所示，所述装置包括收发天线阵列、微波测距测速单元、联合定位单元、行进方向校正单元、自干扰抑制单元以及供电单元。

所述收发天线阵列用于定位导航信号的发射和接收；

所述自干扰抑制单元用于微波导航装置自干扰的抑制消除；

所述微波测距测速单元用于前方目标的距离以及前方目标的速度进行测算；

所述联合定位单元用于对微波导航装置进行联合定位；

所述行进方向校正单元用于对微波导航装置的行进方向进行实时更新；以及

所述供电单元用于为导航装置的各个单元供电。

根据本发明的实施方式，如附图2所示，所述自干扰抑制单元由RF放大单元、直流恢复单元、损耗器单元和低通滤波器单元组成；所述RF放大单元的信号输出端依次与直流恢复单元、损耗器单元和低通滤波器单元串联在一起；各单元的具体结构为：

所述的RF放大单元负责将从天线阵列接收的信号放大和滤波后再次进行放大，直至噪声电平时模数转换器可以量化分层；RF放大单元通过三级放大完成35分贝的增益，其中，RF放大单元的第一级增益采用1.2V的电压完成15分贝的增益，RF放大单元的第二级增益采用2.5V的电压完成10分贝的增益，RF放大单元的第三级增益采用2.5V的电压完成10分贝。

如附图3所示，所述的RF放大单元由依次串联的输入匹配电路、第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路和差分至单路单元组成；输入匹配电路由电感L4、电感L5、电容C8、电容C9组成；第一级放大电路由二极管D3、二极管D4、三极管M1、三极管M2、电感L6、电感L7、电容C10和第一外接电源VDD1组成；第二级放大电路由电阻R4、电阻R5、三极管M3、三极管M4、三极管M5、三极管M6、三极管M7、电容C11、电容C12和第二外接电源VDD2组成；第三级放大电路由电阻R6、电阻R7、三极管M8、三极管M9、三极管M10、电容C13组成；差分至单路单元由相互耦合的初级电感L8和次级电感L9组成；

各电路的结构依次如下：

输入匹配电路由电感L4、电感L5、电容C8和电容C9组成；其中，电容C8的信号输入端与电感L4的一端相连接，电感L4的另一端接地，电感L4的两端并联有电容C9；电容C8的信号输出端与电感L5的一端相连接，电感L5的另一端与第一级放大电路的输入端相连接；电容C8的信号输入端与外部的天线相连接；

第一级放大电路由二极管D3、二极管D4、三极管M1、三极管M2、电感L6、电感L7、电容C10和第一外接电源VDD1组成；其中，匹配电路的输出端，电感L5的另一端分别与二极管D3的正极、二极管D4的负极以及三极管M2的基极相连接；二极管D3的负极与三极管M1的集电极之间串联有电感L6；三极管M1的发射极与三极管M2的集电极相连接；三极管M2的发射极与二极管D4的正极相连接，二极管D4正极与三极管M2发射极之间的节点与电感L7的一端相连接，电感L7的另一端接地；二极管D3的负极与电感L6之间的节点与第一外接电源VDD1相连接；电感L6与三极管M1的集电极之间的节点与电容C10的一端相连接；

第二级放大电路由电阻R4、电阻R5、三极管M3、三极管M4、三极管M5、三极管M6、三极管M7、电容C11、电容C12和第二外接电源VDD2组成；其中，电容C10的另一端与三极管M4的基极相连接；三极管M4的发射极与三极管M6的发射极相连接，三极管M4的集电极与三极管M3的发射极相连接，三极管M3的基极与三极管M5的基极相连接，三极管M5的发射极与三极管M6的集电极相连接，三极管M4集电极与三极管M3发射极之间的节点与三极管M6的基极之间串联有电容C11；三极管M4发射极与三极管M6发射极之间的节点与三极管M7的集电极相连接，三极管M7的发射极接地，三极管M7的基极接0.8V；三极管M3集电极与三极管M5集电极之间依次串联有电阻R4和电阻R5；电阻R4和电阻R5之间的节点与第二外接电源VDD2相连接；三极管M3集电极与电阻R4之间的节点与电容C12的一端相连接；

第三级放大电路由电阻R6、电阻R7、三极管M8、三极管M9、三极管M10、电容C13组成；其中，电容C12的另一端与三极管M8的基极相连接，三极管M8的发射极与三极管M9的发射极相连接，三极管M8发射极与三极管M9发射极之间的节点与三极管M10的集电极相连接，三极管M10的发射极接地，三极管M10的基极接0.8V；三极管M8的集电极与三极管M9的集电极之间依次串联有电阻R6和电阻R7；电阻R6和电阻R7之间的节点同电阻R4和电阻R5之间的节点相连接；三极管M5集电极与电阻R5之间的节点与三极管M9的基极之间串联有电容C13；

差分至单路单元T1由相互耦合的初级电感L8和次级电感L9组成，实现差分信号到单端信号的转变；其中，初级电感L8的一端与三极管M8的集电极相连接，初级电感L8的另一端与三极管M9的集电极相连接，次级电感L9的一端接地，次级电感L9的另一端为RF放大单元的输出端，即经过第三级放大电路处理的信号通过互感耦合进入次级电感L9后与直流恢复单元的输入端相连接。

所述直流恢复单元主要完成对干扰的幅度限制，即在CMOS电路中采用二极管将干扰信号恢复在±300mV以内；如附图4所示，所述直流恢复单元由二极管D1和二极管D2组成，其中二极管D1的负极接地，二极管D1的正极与二极管D2的负极相连接，二极管D2的正极接地，二极管D1与二极管D2之间的节点分别与RF放大单元的输出端和损耗器单元的输入端相连接；

所述损耗器单元为损耗系数为29.5dB的π型损耗器，负责将经直流恢复单元恢复后的信号由600mVp-p的信号幅度损耗处理为20mVp-p的信号幅度以满足ADC的输入范围要求注：为了降低射频通道的放大增益，选用ADC的分层能力为1mV，分辨率为6bit,对应的输入范围为±32mV；如附图5所示，所述损耗器单元由电阻R1、电阻R2和电阻R3组成，其中电阻R1的一端接地，电阻R1的另一端与电阻R2的输入端相连接，电阻R2的输出端与电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端接地；电阻R1与电阻R2之间的节点与直流恢复单元相连接，电阻R2与电阻R3之间的节点与低通滤波器单元相连接；

所述低通滤波器单元负责抑制直流恢复单元产生的、频率在2.2GHz以上的干扰谐波；所述低通滤波器单元的过渡带比为1.33，结构上为椭圆函数型，带内起伏≤1dB1.7GHz，带外抑制≥－60dB2.2GHz；如附图6所示，所述低通滤波器单元由七个电容和三个电感组成，即电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和电感L1、L2、L3组成，其中电感L1与电容C1并联构成第一个谐振单元，电感L2与电容C2并联构成第二个谐振单元，电感L3与电容C3并联构成第三个谐振单元；所述第一个谐振单元、第二个谐振单元和第三个谐振单元依次串联在一起；所述第一个谐振单元的信号接入端、第一个谐振单元与第二个谐振单元的节点、第二个谐振单元与第三个谐振单元的节点、第三个谐振单元的信号输出端依次与电容C4、电容C5、电容C6和电容C7的一端相连接，所述电容C4、电容C5、电容C6和电容C7的另一端并连在一起；C1、C2和L1构成低通滤波器单元的输入与R2和R3构成损耗器单元的输出相连；C6、C7和L3构成低通滤波器单元的输出与后面的模数转换器的输入相连。

通过本发明设置的自干扰抑制单元，最大程度的抑制了微波导航装置接收电路的强自干扰，使得系统运行更加精确和灵活。

根据本发明的实施方式，如附图7所示，所述微波测距测速单元具体包括依次连接的微波信号发射模块、回波信号接收模块、回波信号匹配模块、速度计算模块以及目标距离计算模块。

所述微波信号发射模块具体包括相位锁定回路、功率放大器、增益缓冲跟随器，所述发射模块用于产生线性持续雷达波调制信号，依次经增益缓冲跟随器、功率放大器放大后，再经收发天线阵列发射出去；

所述相位锁定回路包括：相频检测器、开关电容式电压变换器、回环滤波器、电压控制振荡器、依次1/2分频的第一分频器、第二分频器、第三分频器和第四分频器、可配置整数分频的第五分频器以及△∑调制器，其中，所述相频检测器、开关电容式电压变换器、回环滤波器、电压控制振荡器以及五个分频器依次串接成环状，所述相频检测器的第一输入端输入参考频率信号，第二输入端则与第五分频器分频后的分频信号输出端相连，所述第五分频器的分频控制信号输入端与△∑调制器的调制信号输出端相连，所述电压控制振荡器的输出端连接增益缓冲跟随器；

所述功率放大器，输入端与所述增益缓冲跟随器的输出端相连，用于将产生的线性持续雷达波调制信号进行功率放大，再通过发射天线发射出去。

所述回波信号接收模块用于接收返回的微波信号，所述返回的微波信号首先经自干扰抑制单元进行干扰抑制后再输入回波信号接收模块，所述回波信号接收模块具体包括前端混频器、前置中频放大器、基带变频器以及数模转换器。

根据本发明的优选实施方式，所述前置中频放大器包括同发-同基极放大模块、波峰控制模块、以及带宽滤波控制模块；来自微波前端混频器产生的中频信号与来自波峰控制模块的控制信号共同接入同发-同基极放大模块，进行低躁声放大，在放大的过程中也抑制了中心尖峰躁声。波峰控制模块决定抑制的时间和幅度,从同发-同基极放大模块输出的信号接入带宽滤波控制模块，以决定信号滤波后的带宽。

所述回波信号匹配模块用于提取有效的目标信号，因为返回的回波信号中含有大量的杂波噪声频率，因此需要进行筛除，所述回波信号匹配模块通过多普勒谱线扫描识别出目标回波信号。

所述速度计算模块根据如下公式计算前方目标的实时速度：

$R=\frac{\mathrm{CT}}{4B}(f^{+}+f^{-}),$

所述目标距离计算模块根据如下公式计算前方目标的距离：

$R=\frac{\mathrm{CT}}{4B}(f^{+}+f^{-}),$

其中，C为光速，f0为发射信号的载波中心频率，B为发射的调制三角波信号带宽。T为发射的调制三角波信号周期，f+为周期为T的调制三角波上扫频段频谱峰值频率，f-为周期为T的调制三角波下扫频段频谱峰值频率。

所述微波测距测速单元根据测算的目标距离和速度对用户进行实时提醒。

根据本发明的实施方式，如附图8所示，所述联合定位单元包括定位微处理器、定位模式选择模块、第一定位模块和第二定位模块，所述第二定位模块包括地磁校验模块、旋转角度计算模块、高度测算模块以及3D加速度测量模块；

当定位微处理器判断可以接收GPS信号时，第一定位模块根据接收的卫星定位数据计算得到定位目标的位置信息；

当采用第一定位模块获取定位目标的位置信息和轨迹信息时，GPS信号突然不可用时，定位微处理器通过定位模式选择模块启动第二定位模块，所述第二定位模块根据第一定位模块最后获得的位置信息，继续获取定位目标的立体空间位置信息，具体步骤包括：

S1、根据地磁校验模块标识的南北极方向建立坐标系，以失去卫星信号的位置作为坐标原点；

S2、获取失去卫星信号时定位目标的移动速度；

S3、自动校准地磁校验模块，使其原始位置与定位目标的运动方向一致；

S4、取从坐标原点到位置f1的一小段距离，将定位目标在这一小段距离内做的运动近似为直线运动，由地磁校验模块读出其经度偏移角度；

S5、由3D加速度测量模块读出定位目标在位置f1的加速度值，结合失去卫星信号前的运动速度及这一小段距离的运动时间，得出定位目标实际运动距离，再结合坐标原点的经纬度信息，计算出位置f1的经纬度信息；

S6、依据旋转角度计算模块和地磁校验模块的测量结果判断终端是否做近似直线运动，在做近似直线运动过程中，旋转角度计算模块不断检测定位目标与原运动方向的偏向，作为一个随时间递增的累积角度偏移量，地磁校验模块不断检测终端与地理南北极的偏向，根据原运动方向计算得到定位目标与原运动方向的偏向，作为一个随时间变化的瞬态角度偏移量，当累积角度偏移量和瞬态角度偏移量同时达到一定阀值时，判定定位目标不再做近似直线运动；

S7、将被判断为不再做近似直线运动的临界位置f2作为下一小段距离近似直线运动的起点，定位目标在位置f1到位置f2之间运动仍为近似直线运动，根据步骤S1到S5所记载的步骤计算出位置f2的经纬度信息；

S8、以位置f2作为坐标原点建立同样的坐标系，根据步骤S1到S7所记载的步骤，直到计算获得失去卫星信号过程中定位目标所有位置的经纬度信息为止；

S9、由高度测算模块采集定位目标所处环境的大气压强，以海平面作为参考点，计算得到定位目标所处的海拔高度信息；

S10、计算获得定位目标的经纬度和高度的立体空间信息。

通过本发明的联合定位单元，补偿了因GPS信号不可用时无法执行定位导航的不足，扩展了所述微波导航装置的适用范围。

根据本发明的实施方式，如附图9所示，所述行进方向校正单元具体包括3D陀螺模块、阈值设定模块、行进状态判断模块、行进360度判断模块、以及行进方向更新模块；其中，

所述阈值设定模块根据3D陀螺模块的信任积分时间，分别设定3D陀螺模块积分的两个时间阈值，以此判断3D陀螺模块积分所得行进方向与滤波后输出行进方向的信任度，同时设定一个行进方向差阈值，其中第一时间阈值小于第二时间阈值，行进方向差阈值取经验值，一般小于5°。

所述行进状态判断模块判断微波导航装置行进状态。

直线行进判决条件：

●微波导航装置速度大于5公里/小时，GPS输出的水平位置精度系数HDOP＜2.0；

●连续3秒3D陀螺模块行进方向积分变化小于1°；

●GPS行进方向变化范围小于1°。

满足以上三个条件说明微波导航装置处于直线行进的状态。然后由行进360度判断模块进行角度判断。

如果微波导航装置不满足上述直线行进条件，则认为微波导航装置处于转弯行进状态，则由行进方向更新模块进行方向更新。

所述行进360度判断模块用于在微波导航装置为直线状态下，判断行进方向是否跨越360°。

如果GPS输出的行进方向在360°左右，即假设滤波后连续三秒内行进方向输出为：359°、358.5°、0.5°，即微波导航装置行进方向从358.5°跨越360°到0.5°，则需把行进方向输出转化到同一定义域，即0.5°等价于360°加0.5°，此连续三秒的输出可视为359°、358.5°、360.5°，把此三点的行进方向值取平均值，如果得到的平均值大于360°，则需减去360作为所需要的平均值，利用得到的平均值再加上此三点中的第二点的3D陀螺模块输出值作为最后输出的行进方向，对微波导航装置当时的行进方向进行更新，3D陀螺模块积分时间重新设为零。

如果GPS输出的行进方向没有跨越360°，GPS行进方向的信任度较高，但由于GPS存在延迟，可以先对GPS输出的行进方向信息与惯性器件数据进行Kalman滤波处理，然后取连续三点的Kalman滤波行进方向平均值；加上此三点中的第二点的3D陀螺模块输出值作为最后输出的行进方向，对微波导航装置当时的行进方向进行更新，同样将3D陀螺模块积分时间重新设为零。

行进方向更新模块用于在微波导航装置状态不是直线的情况下，根据3D陀螺模块连续积分时间与时间阈值之间的关系对微波导航装置行进方向进行更新。

若3D陀螺模块当前已经连续积分时间小于或等于第一个时间阈值，则用当前3D陀螺模块积分输出对行进方向进行更新，并将3D陀螺模块的积分时间加1，当3D陀螺模块连续积分时间处于两个时间阈值之间时，再进一步进行判断，如果最近连续五点的3D陀螺模块积分得到的行进方向差与滤波后输出行进方向差的差值小于或等于行进方向差阈值，则用滤波输出对行进方向进行更新，将3D陀螺模块积分时间设为零，若大于此行进方向差阈值则继续用3D陀螺模块积分输出对当前行进方向进行更新，并将3D陀螺模块的积分时间加1；当3D陀螺模块连续积分时间大于或等于第二个时间阈值时，用GPS的滤波输出对当前行进方向进行更新，将3D陀螺模块积分时间重新设为零。

通过本发明的行进方向校正单元，明显提高了微波导航装置的定位导航精度，更新实时且速度快。

根据本发明的实施方式，所述收发天线阵列包括第一子天线、隔离连接器和第二子天线。第一子天线和第二子天线结构完全相同，均具有接收和发送功能，二者中间由隔离连接器连接并形成互耦隔离，二者结构关于隔离连接器对称。

每个子天线均包括底板、波导馈电网络层和缝隙辐射阵面层。

所述底板由铝材料制作，其下表面一体加工制作法兰盘、波导转换装置和机械安装孔。法兰盘和机械安装孔位于底板底部，波导转换装置贯穿底板，位于底板中心。其中，波导转换装置实现标准波导到非标准波导的转换，法兰盘是外部波导与天线的连接装置，机械安装孔是固定天线的装置。

所述波导馈电网络层包括HT功分器网络(H面T形功分器网络)和辐射波导层，HT功分器网络位于波导馈电网络层下表面，辐射波导层位于波导馈电网络层上表面。其中HT功分器网络实现功率分配功能，由三级1分2的HT功分器和一级1分2的90°电桥组成。三级1分2的HT功分器有6个波导口，利用泰勒综合法计算出HT功分器每个端口的电流幅值，通过调节HT功分器的匹配销钉，控制各个端口的幅度，优化每一级功分器。HT功分器网络的每个波导口各自连接一个1分2的90°电桥，形成1分12的波导馈电网络，结构对称且紧凑。每个1分2的90°电桥侧壁上制作阶梯，以改善电桥的驻波比。每个90°电桥的两个输出端口的电磁波存在90°相差，通过调整电桥输出端口的长度，使两个端口的相位和幅度保持一致。而每个90°电桥的两个出口分别连接两次90°弯型波导，使波导口与辐射波导层的波导连接。所述辐射波导层是由12条辐射波导组成，波导等间距平行排列，辐射波导层波导的短路面位置平齐。

所述缝隙辐射阵面层包括4×12的缝隙阵，每列缝隙中心位置对应辐射波导层的波导中心位置，根据辐射波导层的波导中心对称排列。对应每个辐射波导层波导的位置，开4个缝隙，组成4×12的缝隙阵列。

所述隔离连接器采用金属单墙连接器或者金属双墙连接器，由铝材料制作，采用一体工艺加工完成。金属单墙连接器的功能一是连接两个子天线；二是实现两个子天线互耦隔离。而金属双墙连接器比金属单墙连接器能更好提高天线隔离度，更容易实现两个子天线互耦隔离。金属单墙连接器呈“士”字形，两端连接两个子天线，上端为隔离墙；金属双墙连接器在金属单墙连接器基础上多一个并排的隔离墙。

根据本发明的实施方式，如附图10所示，所述供电单元包括供电微处理单元、太阳能电池板、可充电电池和电池电量管理单元；

可充电电池接收太阳能电池板的电力并进行存储；如果导航装置正处于休眠状态，当电池电量低于预先设定的第一阈值时，则电池电量管理单元会发送第一低电量请求至供电微处理单元，启动电源的太阳能电池板进行充电；如果导航装置正处于定位或导航状态，当电池电量低于预先设定的第一阈值时，电池电量管理单元向供电微处理单元发送第二低电量请求，请求降低定位或导航测量频率和时间长度，并通过供电微处理单元启动太阳能电池板进行充电，当电池电量低于预先设定的第二阈值时，电池电量管理单元向供电微处理单元发送第三低电量请求，请求暂停定位或导航，以便电池电力恢复；所述第一阈值高于第二阈值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种小型化微波导航装置，所述装置包括收发天线阵列、微波测距测速单元、联合定位单元、行进方向校正单元、自干扰抑制单元以及供电单元；其中，

所述收发天线阵列用于定位导航信号的发射和接收；

所述自干扰抑制单元用于微波导航装置自干扰的抑制消除；

所述微波测距测速单元用于前方目标的距离以及前方目标的速度进行测算；

所述联合定位单元用于对微波导航装置进行联合定位；

所述行进方向校正单元用于对微波导航装置的行进方向进行实时更新；以及

所述供电单元用于为导航装置的各个单元供电。

2.一种如权利要求1所述的装置，所述自干扰抑制单元由RF放大单元、直流恢复单元、损耗器单元和低通滤波器单元组成；所述RF放大单元的信号输出端依次与直流恢复单元、损耗器单元和低通滤波器单元串联在一起。

3.一种如权利要求2所述的装置，所述微波测距测速单元具体包括依次连接的微波信号发射模块、回波信号接收模块、回波信号匹配模块、速度计算模块以及目标距离计算模块。

4.一种如权利要求3所述的装置，所述回波信号接收模块用于接收返回的微波信号，所述返回的微波信号首先经自干扰抑制单元进行干扰抑制后再输入回波信号接收模块，所述回波信号接收模块具体包括前端混频器、前置中频放大器、基带变频器以及数模转换器。

5.一种如权利要求4所述的装置，所述速度计算模块根据如下公式计算前方目标的实时速度：

$R=\frac{\mathrm{CT}}{4B}(f^{+}+f^{-}),$

所述目标距离计算模块根据如下公式计算前方目标的距离：

$V=\frac{C}{4f_0}(f^{-}-f^{+}),$

其中，C为光速，f0为发射信号的载波中心频率，B为发射的调制三角波信号带宽。T为发射的调制三角波信号周期，f+为周期为T的调制三角波上扫频段频谱峰值频率，f-为周期为T的调制三角波下扫频段频谱峰值频率。

6.一种如权利要求5所述的装置，所述联合定位单元包括定位微处理器、定位模式选择模块、第一定位模块和第二定位模块，所述第二定位模块包括地磁校验模块、旋转角度计算模块、高度测算模块以及3D加速度测量模块；

当定位微处理器判断可以接收GPS信号时，第一定位模块根据接收的卫星定位数据计算得到定位目标的位置信息；

当采用第一定位模块获取定位目标的位置信息和轨迹信息时，GPS信号突然不可用时，定位微处理器通过定位模式选择模块启动第二定位模块，所述第二定位模块根据第一定位模块最后获得的位置信息，继续获取定位目标的立体空间位置信息。

7.一种如权利要求6所述的装置，所述行进方向校正单元具体包括3D陀螺模块、阈值设定模块、行进状态判断模块、行进360度判断模块、以及行进方向更新模块。

8.一种如权利要求7所述的装置，所述供电单元包括供电微处理单元、太阳能电池板、可充电电池和电池电量管理单元；

可充电电池接收太阳能电池板的电力并进行存储；如果导航装置正处于休眠状态，当电池电量低于预先设定的第一阈值时，则电池电量管理单元会发送第一低电量请求至供电微处理单元，启动电源的太阳能电池板进行充电；如果导航装置正处于定位或导航状态，当电池电量低于预先设定的第一阈值时，电池电量管理单元向供电微处理单元发送第二低电量请求，请求降低定位或导航测量频率和时间长度，并通过供电微处理单元启动太阳能电池板进行充电，当电池电量低于预先设定的第二阈值时，电池电量管理单元向供电微处理单元发送第三低电量请求，请求暂停定位或导航，以便电池电力恢复；所述第一阈值高于第二阈值。