CN106680846A - 一种遮挡情况下抗干扰卫星接收设备天线切换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种遮挡情况下抗干扰卫星接收设备天线切换装置，包括射频接头、射频电缆和信号合成器，射频接头一端连接外接天线，另一端通过射频电缆连接信号合成器，将处于非遮挡环境下的外接天线接收的卫星信号输入信号合成器的外接信号端；抗干扰卫星接收设备的阵列天线接收的卫星信号分别连接到信号合成器的GPS端和BDS端；输入的信号在信号合成器中经过功分器合路及微波开关选择后输出给接收机模块；存在遮挡情况下，使用外接天线接收的卫星信号；遮挡消除后，使用阵列天线接收的卫星信号。本发明能够完成外接天线和设备自身阵列天线之间的信号切换，使得抗干扰卫星接收设备在遮挡状态下能够正常工作，在遮挡消失后能够快速定位。

Description

一种遮挡情况下抗干扰卫星接收设备天线切换装置

技术领域

本发明涉及卫星导航抗干扰接收设备领域，具体涉及一种在遮挡环境下卫星接收设备天线切换装置，应用于在抗干扰卫星接收设备被遮挡时的环境情况。

背景技术

卫星导航系统是通过卫星作为通信平台的无线电通信导航系统，该系统能够提供全天候、连续、高精度的位置、速度和精密时间信息，现已有着广泛的应用。但是由于卫星发射功率有限且距离地面遥远，到达地面的信号功率强度约为-130dBm，很容易受到外界无意或者有意干扰，抗干扰天线能够有效地避免干扰信号对于卫星导航装备的影响。

卫星信号本身能量很微弱，同时为了避免地面多径信号对于天线的影响，卫星接收天线采用非全方位天线，一般只接收5°以上的卫星信号，从而要求卫星接收天线在使用时其5°以上范围内不能有遮挡。在某些情况下抗干扰天线处于遮挡环境，不能满足卫星接收天线的收星要求，此时卫星接收装备无法正常收星定位。

某些实用环境下，要求遮挡消除后卫星接收设备能够快速定位，因为卫星接收天线在受到遮挡无法正常收到卫星信号，遮挡消除后定位时间较长，不能满足设备使用要求。目前大多数情况采用卫星星历信息加载的方法，即使用另外一套卫星接收设备，其天线接收卫星信号，对应的接收机将接收到的卫星星历信息传输给抗干扰卫星接收设备，抗干扰卫星接收设备在遮挡过程中虽收不到卫星信号，但因为加载了星历信息，遮挡消除后能够加快定位速度。

星历加载方式虽能够提高定位速度，但是使用该方法存在以下几方面问题：

1)流程复杂。星历加载具体工作过程为：负责收星的天线需配备对应的卫星接收机，该接收机接收卫星星历并对其进行编码；将编码后的星历信息下传给抗干扰卫星接收设备；抗干扰卫星接收设备对于下传的星历信息进行解码，进行星历加载处理。该过程比较复杂，容易产生错误。

2)使用星历加载存在一定风险。星历数据有一定的有效期，若加载的星历已过期，可能会导致定位结果不准确情况发生。

3)使用星历加载方法时，在遮挡情况下，抗干扰卫星接收设备无法正常收星，不能提供有效的定位信息。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种干扰卫星接收设备天线切换装置，能够完成外接天线和设备自身阵列天线之间的信号切换，使得抗干扰卫星接收设备在遮挡状态下能够正常工作，在遮挡消失后能够快速定位。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括射频接头、射频电缆和信号合成器。

所述的射频接头采用TNC/SMA-KFK，TNC头连接外接天线，SMA头通过射频电缆连接信号合成器，将处于非遮挡环境下的外接天线接收的卫星信号输入信号合成器的外接信号端；抗干扰卫星接收设备的阵列天线接收的卫星信号分别连接到信号合成器的GPS端和BDS端；外接信号端、GPS端和BDS端输入的信号在信号合成器中经过功分器合路及微波开关选择后输出给接收机模块；存在遮挡情况下，使用外接天线接收的卫星信号；遮挡消除后，使用阵列天线接收的卫星信号。

所述的信号合成器包括四个连接器A1、A2、A3、A4，三个微波开关S1、S2、S3，两个滤波器F1、F2，信号合成器H及穿心电容C；阵列天线接收的GPS卫星信号依次通过连接器A1、微波开关S1和滤波器F1输入至合成器H，传输阵列天线接收的BDS卫星信号依次通过连接器A2、微波开关S2和滤波器F2输入至合成器H，外接天线接收的卫星信号通过连接器A3连通微波开关S3，微波开关S3对外接天线的卫星信号和合成器H提供的卫星信号选择；穿心电容C控制微波开关S1、S2和S3，微波开关S3选择输出外接天线的卫星信号时，微波开关S1、S2均断开；微波开关S3选择输出阵列天线的卫星信号时，微波开关S1、S2均连通。

本发明的有益效果是：

第一、能够有效地解决抗干扰卫星接收设备在遮挡情况下无法正常收星定位的问题；

第二、有效的避免了在遮挡情况下，多径问题对于定位精度的影响；

第三、能够保证遮挡消失后，抗干扰卫星接收设备实现快速定位功能。

附图说明

图1是抗干扰卫星接收设备内部结构示意图；

图2是抗干扰卫星接收设备卫星接收设备天线切换装置组成框图；

图3是信号合成器组成框图；

图4是卫星信号流转示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

目前抗干扰卫星导航设备主要采用GPS和BDS双系统定位，本发明针对双系统情况设计天线切换装置，该装置主要包括信号输入射频接头、射频电缆和信号合成器。

射频接头使用的是TNC/SMA-KFK，安装于抗干扰卫星导航设备底部，TNC头用于连接外接天线输入的射频卫星信号，SMA头用于连接信号合成器。

射频电缆采用低损耗同轴线缆，射频电缆两端的接头均为SMA连接器，连接射频接头和信号合成器，用于卫星信号的传输。

信号合成器主要由一个穿心控制电容、一个信号功分器、两个带通滤波器、三个微波开关及四个SMA插件等组成。

本发明的工作过程为：将处于非遮挡环境下的外接天线接收的卫星信号通过射频电缆连接在TNC射频接头，抗干扰卫星接收设备的阵列天线接收的卫星信号经过一系列处理后分别连接到信号合成器的GPS端和BDS端，三路卫星信号经过功分器合路及微波开关选择后输出给接收机模块。制导控制系统给接收机发送切换指令，接收机模块依据切换指令控制信号合成器，信号合成器对外接天线收星或自身阵列天线收星两种工作状态进行选择切换。存在遮挡情况下，使用外接天线接收的卫星信号；遮挡消除后，使用自身阵列天线接收的卫星信号。

该抗干扰卫星接收设备天线切换装置设计中涉及两个关键技术。

1.信号合成器的隔离度。在遮挡情况下，如果外接天线和阵列天线之间的隔离度不高，可能导致外接天线接收的卫星信号和自身阵列天线接收的卫星信号同时输出给接收机模块，此时参与定位的卫星信号可能来自不同的接收天线，会影响定位结果的准确性。为了保证抗干扰卫星接收设备的适装性，需严格控制抗干扰卫星接收设备的体积和功耗，因此信号切换时选用体积较小的无源微波开关，该类型开关对应的隔离度有限，单个开关不能满足要求，抗干扰卫星接收设备天线切换装置共使用了3个该类型开关，有效的解决了该关键技术。

2.两种接收天线传输的信号增益。因为外接天线一般通过长的传输线缆传输给抗干扰接收设备，传输过程中信号损耗较大，阵列天线接收的卫星信号经过处理后传输给信号合成器，即两种信号来源不同，信号强度存在差异，若不做调整直接给接收机模块，对于接收机模块的动态范围有很高的要求。天线切换装置在设计时对于两种信号通路采用了不同的损耗设计，从而弥补了信号之间的强弱差异。

抗干扰卫星接收设备使用在遮挡环境下时，若遮挡严重，设备无法收星，遮挡消除后接收机属于冷启动工作，定位时间较长；若遮挡不严重，此时虽然能够收星，但由于遮挡物对于信号的反射，多径现象较严重，此时定位精度受到较大影响。若使用抗干扰卫星接收设备天线切换装置，以上问题均能得到有效解决。

增加天线切换装置的抗干扰卫星接收设备如图1所示，抗干扰卫星接收设备工作机理为：外接天线将接收的卫星信号输入到信号合成器一端，自身阵列天线将接收的卫星信号经过信号处理后输入给信号合成器另外两端，信号合成器对于两种不同来源的信号进行选择后输出给接收机模块，接收机模块对于卫星信号进行解算后将定位信息输出给外部装置。在遮挡情况下，采用外接天线进行收星定位，在遮挡消失后，切换到自身接收天线进行收星，使得卫星接收设备能够正常地收星定位。从而能够有效地保证惯性导航设备无论在何种工作场景下，均能收到有效准确的定位信息。

抗干扰卫星接收设备卫星接收设备天线切换装置组成框图如图2所示，由射频接头、射频电缆和信号合成器三部分组成。信号合成器组合框图如图3所示。主要由四个SMA连接器A1、A2、A3和A4，三个微波开关S1、S2和S3，两个滤波器F1和F2，信号合成器H及穿心电容C。A1用于传输阵列天线接收的GPS卫星信号，A2用于传输阵列天线接收的BDS卫星信号，A3用于传输外接天线接入的卫星信号，A4用于传输信号合成器选择后传输给接收机的卫星信号。微波开关S1用于控制GPS卫星信号的通断，微波开关S2用于控制BDS卫星信号的通断，微波开关用于对于外接天线的信号和自身阵列接收的卫星信号的选择。滤波器F1用于对阵列天线接收的GPS信号的滤波处理，F2用于对阵列天线接收的BDS信号的滤波处理。合成器H用于对于阵列天线接收的GPS和BDS卫星信号进行合成。穿心电容C用于接收外部的控制指令，对于S1、S2和S3三个微波开关的控制。

信号合成器内部信号流转示意图如图4所示，信号合成器共有三路输入信号和一路输出信号，在两种状态模式下进行工作，选择外接天线信号或者自身阵列信号进行输出，两者之间通过收到的指令进行切换选择。信号选择时，采用控制开关进行，为了保证有效的隔离度，针对阵列天线输入通路，相当于采用两级开关串联方式。穿心电容处于低电平状态时，三个开关同时打到位置1，外接天线接收的卫星信号输出给接收机模块；高电平状态时，三个微波开关同时打到位置2，抗干扰卫星接收设备自身阵列天线接收的卫星信号输出给接收机模块。

采用本实施方案的抗干扰卫星接收设备天线切换装置，机理清楚，性能可靠。能够有效避免遮挡环境对抗干扰卫星接收设备引起的不收星、多径等不利影响。

Claims (2)

1.一种遮挡情况下抗干扰卫星接收设备天线切换装置，包括射频接头、射频电缆和信号合成器，其特征在于：所述的射频接头采用TNC/SMA-KFK，TNC头连接外接天线，SMA头通过射频电缆连接信号合成器，将处于非遮挡环境下的外接天线接收的卫星信号输入信号合成器的外接信号端；抗干扰卫星接收设备的阵列天线接收的卫星信号分别连接到信号合成器的GPS端和BDS端；外接信号端、GPS端和BDS端输入的信号在信号合成器中经过功分器合路及微波开关选择后输出给接收机模块；存在遮挡情况下，使用外接天线接收的卫星信号；遮挡消除后，使用阵列天线接收的卫星信号。

2.根据权利要求1所述的遮挡情况下抗干扰卫星接收设备天线切换装置，其特征在于：所述的信号合成器包括四个连接器A1、A2、A3、A4，三个微波开关S1、S2、S3，两个滤波器F1、F2，信号合成器H及穿心电容C；阵列天线接收的GPS卫星信号依次通过连接器A1、微波开关S1和滤波器F1输入至合成器H，传输阵列天线接收的BDS卫星信号依次通过连接器A2、微波开关S2和滤波器F2输入至合成器H，外接天线接收的卫星信号通过连接器A3连通微波开关S3，微波开关S3对外接天线的卫星信号和合成器H提供的卫星信号选择；穿心电容C控制微波开关S1、S2和S3，微波开关S3选择输出外接天线的卫星信号时，微波开关S1、S2均断开；微波开关S3选择输出阵列天线的卫星信号时，微波开关S1、S2均连通。