CN106772458A - 一种军用抗干扰车载导航仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种军用抗干扰车载导航仪，所述导航仪包括：抗干扰天线模块，用于接收卫星高频信号，对所述高频信号进行下变频得到中频信号，去除所述中频信号中的干扰信号并进行低噪声放大，得到定位信号；导航定位模块，用于对所述定位信号进行处理得到观测量信息，并对所述观测量信息进行卡尔曼滤波，输出卫星定位信息；阵地导航模块，用于根据阵地路线规划和所述导航定位模块输出的卫星定位信息完成车辆的阵地导航，本发明采用自适应调零技术，可抑制多种干扰信号，并通过卡尔曼滤波算法进行平滑滤波，提高了导航定位精度，可应用于民用或军用，增强了导航设备的通用性和应急性，提高了导航设备的信息化程度和自动化程度。

Description

一种军用抗干扰车载导航仪

技术领域

本发明涉及车载导航设备领域。更具体地，涉及一种军用抗干扰车载导航仪。

背景技术

阵地导航是装备车辆落位的重要手段，其导航定位结果是关系到装备车辆阵地布局和各种作战指令的重要参数，因此，对装备车辆的阵地落位精度要求较高。目前，在装备车辆到达预定站址的过程中，操作人员一般采用纸质地图和简单绘制的路线进行行驶和落位。

随着精细化和信息化作战的要求越来越高，装备车辆必须进行快速转移、精确导航及精确落位，以确保给雷达准确的装备车辆位置关系，而通过驾驶员采用纸质地图和简单绘制路线的方式进行行驶和落位存在多种问题：1、信息化程度低，纸质地图是单一的数据信息，操作人员受到可辨识度和操作效率低的纸质地图的影响，在驾驶过程中无法专心及精确驾驶，可能导致行军速度慢和落位地点与规划地点间存在较大误差；2、自动化程度低，无法自动搜索目的地和规划行军路线，不能根据目标进行自动语音提示，完全依靠人为操作；3、通用性差，纸质地图标注和路线绘制要求和风格会因地区和个人因素而不一样，通用性差，容易造成误解；4、交互功能差，未具有良好的实时地图导航交互界面，尤其是适用于作战装备阵地导航的交互功能；5、应急性差，无法统一管理多个阵地之间的行军转移路线，紧急情况下各车辆无法高效的完成阵地间的行军转移，同时也无法直接获得定位数据，快速进入战备状态。

因此，为了解决目前装备车辆阵地导航存在的问题，需要提供一种军用抗干扰车载导航仪，提供一种可抵抗多种干扰、能够应用于民用导航和军用导航，解决现有装备车辆导航存在的信息化程度低、自动化程度低、通用性差、交互功能差和应急性差的问题，提高装备车辆阵地导航的精确度和信息化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种军用抗干扰车载导航仪，以提供一种可抵抗多种干扰、能够应用于民用导航和军用导航，提高装备车辆阵地导航的精确度和信息化。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

本发明公开了一种军用抗干扰车载导航仪，其特征在于，所述导航仪包括：

抗干扰天线模块，用于接收卫星高频信号，对所述高频信号进行下变频得到中频信号，去除所述中频信号中的干扰信号并进行低噪声放大，得到定位信号；

导航定位模块，用于对所述定位信号进行处理得到观测量信息，并对所述观测量信息进行卡尔曼滤波，输出卫星定位信息；

阵地导航模块，用于根据阵地路线规划和所述导航定位模块输出的卫星定位信息完成车辆的阵地导航。

优选地，所述抗干扰天线模块包括天线接收阵列、调零接收通道、信号处理单元、低噪放单元和供电单元；

所述天线接收阵列用于接收来自北斗二号、GPS或GLONASS卫星播发的高频信号；

所述调零接收通道用于将所述高频信号进行下变频得到中频信号；

所述信号处理单元用于去除所述中频信号的干扰信号；

所述低噪放单元用于对去除干扰信号后的中频信号进行低噪声放大，得到定位信号。

优选地，所述天线接收阵列包括4个北斗二号双频点天线和1个GPS/GLONASS天线；

所述4个北斗二号双频点天线相互之间的间距按照半波长距离摆放。

优选地，所述信号处理单元包括4路模数转换器、1路数模转换器和FPGA芯片电路。

优选地，所述信号处理单元通过盲信号检测及干扰抑制方法，对天线接收阵列中的每个北斗二号双频点天线的中频信号加权来调整所述中频信号的幅度和相位，使所述中频信号中的干扰信号相互抵消。

优选地，所述供电单元包括滤波保护电路、隔离电源芯片和电源转换芯片。

优选地，所述导航定位模块包括射频通道模块、基带处理模块和导航定位处理模块；

所述射频通道单元用于接收导航定位模块的定位信号，将所述定位信号转换为定位中频信号；

所述基带处理单元用于将定位中频信号进行模数转换并处理得到观测量信息；

所述导航定位处理单元用于对所述观测量信息进行卡尔曼滤波处理，输出各个卫星定位的位置、速度和时间信息。

优选地，所述观测量信息包括伪距信息、多普勒信息和载波相位信息。

优选地，所述阵地导航模块包括显示单元和导航平台；

所述显示单元用于提供人机交互界面，将操作人员的操作指令传输至所述导航平台并显示所述导航平台的车辆导航状态；

所述导航平台用于接收操作人员的操作指令，根据阵地路线规划和所述导航定位模块输出的卫星定位信息完成车辆的阵地导航。

优选地，所述车载导航仪进一步包括地形勘测设备和数据传输器；

所述地形勘测设备用于对阵地地形进行勘测，得到阵地地形数据；

所述数据传输器用于获取并处理所述阵地地形数据，得到阵地路线规划，并将所述阵地路线规划传输至所述阵地导航模块。

本发明的有益效果如下：

本发明采用自适应调零技术，可确保导航仪在北斗二号系统受到脉冲、窄带和宽带干扰的复杂电磁环境下，具有消除多种干扰源影响的能力，并通过卡尔曼滤波算法进行平滑滤波，提高定位精度。本发明可应用于民用导航或军用导航，同时本发明能够存储上千条已完成勘测的行军路线，根据实际使用需求将多个阵地之间的行军转移路线提前勘测完毕，装订到抗干扰车载导航仪中，紧急情况下各装备车辆可以独自根据抗干扰车载导航仪的导航高效的完成阵地间的行军转移，还能将各车辆的行车轨迹记录下来，便于事后掌握各车辆的行军路线，使得装备系统的作战模式更精细化和信息化，提高了装备车辆的导航效率和行军效率。本发明在外形尺寸上也严格控制装备的大小，提高车载导航仪的小型化和适用性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明一种军用抗干扰车载导航仪的示意图；

图2示出本发明一种军用抗干扰车载导航仪具体实例的示意图；

图3示出本发明一种军用抗干扰车载导航仪具体实例中阵地导航模块的实物图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，本发明公开了一种军用抗干扰车载导航仪，所述导航仪包括抗干扰天线模块、导航定位模块和阵地导航模块。

所述抗干扰天线模块用于接收卫星高频信号，对所述高频信号进行下变频得到中频信号，去除所述中频信号中的干扰信号并进行低噪声放大，得到定位信号。

所述抗干扰天线模块可包括天线接收阵列、调零接收通道、信号处理单元、低噪放单元和供电单元。其中，所述天线接收阵列用于接收来自北斗二号、GPS或GLONASS卫星播发的高频信号，所述天线接收阵列优选的采用4个北斗二号双频点天线和1个GPS/GLONASS天线，所述4个北斗二号双频点天线相互之间的间距需严格按照半波长距离摆放，所述GPS/GLONASS天线兼容GPS和GLONASS两种工作模式，可接收GPS或GLONASS卫星系统发射的高频信号。因此，本发明可兼容北斗二号、GPS和GLONASS三个卫星导航系统的能力，可根据不同需求进行灵活的切换，提高了车载导航设备的通用性和兼容性。

所述调零接收通道用于将所述高频信号进行下变频得到中频信号，优选的可包括4个北斗2号下变频通道。所述调零接收通道根据抗干扰指标要求，可设定输入信号的最大幅度为-60dBm，即要求在输入信号幅度为-60dBm时，电子测量仪器(ADC)达到最大输入，即1Vpp，则相对50欧姆为4dBm，据此调零接收通道设计增益为64dB。由于本实施例中采用了双频点天线，且两个频点信号相位差90度，因此用3dB电桥将双路信号合成为一路，且为了减少通道的一致性差异，采用一级混频，输出的中频信号的中心频率为85MHz。

所述信号处理单元用于去除所述中频信号的干扰信号，优选的可包括4路模数转换器、1路数模转换器和FPGA芯片电路，输入的中频信号中心频率为85MHz，模数转换器的采样率为68MHz，采用带通采样方式，根据带通采样定理可得，经过采样的数字信号的中心频率为17MHz。模数转换器的数据发送到FPGA芯片电路，通过FPGA芯片电路进行处理，采用最小均方算法(LMS算法)实现对干扰信号的抑制。运算结果通过数模转换器输出，输出采样率采用68MHz，输出的标注中频信号的中心频率为17MHz。

所述低噪放单元可用于对去除干扰信号后的中频信号进行低噪声放大，得到定位信号。

所述抗干扰天线模块还可包括供电单元，所述供电单元可由滤波保护电路、隔离电源芯片和电源转换芯片组成，本实施例中导航仪由车载蓄电池直流28V直接供电，考虑到电源的过冲、过压和欠压情况时电源的工作情况，在输入端设计了滤波保护电路。所述滤波保护电路包含TVS二极管、共模抑制线圈和隔离电源模块。所述隔离电源模块优选的可采用隔离电源芯片采用Vicor公司的芯片PI3106，该滤波保护电路能够防电源浪涌，抑制共模干扰，并启到保护作用，提高了天线的电磁兼容性能。所述供电模块还可包括电源转换模块，该电源转换模块可包括电源转换芯片，优选的选用Linear公司的LTC3546，LTC3546芯片具有双路电源输出的功能，可通过SW1D管脚配置双路输出电流，即3A/1A或2A/2A，输入电压范围为2.25～5V，输出电压范围0.6～5V，电源转换效率可达95％。

本发明中，所述抗干扰天线模块采用自适应调零技术，当北斗二号系统在脉冲、窄带和宽带干扰的复杂电磁环境下时，通过天线接收阵列接收导航卫星系统发出的高频信号，然后通过调零接收通道和信号处理单元，通过盲信号检测及干扰抑制方法，对天线接收阵列中的每个天线阵元的信号进行加权来调整每个天线阵元接收信号的幅度和相位，使天线阵元接收到的干扰信号相互抵消，而有用信号则几乎不受损失。天线权值的调整是自适应的，能够自动判别干扰的来向，从而有效地去除干扰，消除多种干扰源的影响。

所述导航定位模块用于对所述定位信号进行处理得到观测量信息，并对所述观测量信息进行卡尔曼滤波，输出卫星定位信息，利用卡尔曼滤波的定位算法，可对定位结果进行有效平滑，提出异常定位结果，提高定位精度。所述导航定位模块可通过射频电缆与所述抗干扰天线模块连接，接收所述抗干扰天线模块传输的所述定位信号。

所述导航定位模块可包括射频通道单元、基带处理单元、导航定位处理模块和PRM芯片。所述射频通道单元可用于接收导航定位模块的定位信号，将所述定位信号转换为定位中频信号，输入至基带处理单元。在射频通道单元设计中主要考虑的方面有放大器的线性和多卫星通道的相互隔离等。所述基带处理单元可用于将定位中频信号进行模数转换，然后输入到FPGA电路中完成卫星定位信号的数字下变频、伪码相关、捕获、同步等功能，最终输出伪距、多普勒、载波相位等观测量信息输出至导航定位输出单元。导航定位处理单元从基带处理单元获得观测量信息，对观测量信息进行卡尔曼滤波处理，完成多卫星信息的融合，并实现多卫星的定位以及速度和时间输出功能，同时根据卫星接收情况对基带处理单元的工作流程、通道的参数等进行设置。所述PRM芯片可作为精密测距码发生器，并提供Q支路电文解格式功能。

所述阵地导航模块用于根据阵地路线规划和所述导航定位模块输出的卫星定位信息完成车辆的阵地导航。

所述阵地导航模块可包括显示单元和导航平台。所述显示单元可用于提供人机交互界面，将操作人员的操作指令传输至所述导航平台并显示所述导航平台的车辆导航状态。所述显示单元可包括显示屏和按键模块，所述显示屏优选采用10寸高清晰真彩色数字屏，其显示分辨率优选为800*600以上，能够为用户提供友好的操作显示界面，实时显示车载导航仪的导航定位、数字地图和各种提示信息。所述按键模块可提供F1～F5键、功能键、方向键、确认键和开关键共12个按键的响应电路，能够实时响应按键操作，并在显示单元上显示相关操作的信息反馈，如图3所示。

所述导航平台可用于接收操作人员的操作指令，根据阵地路线规划和所述导航定位模块输出的卫星定位信息完成车辆的阵地导航。所述导航平台采用单一实体窗口承载多个虚拟窗口的设计方法，完成车载导航仪定位信息显示和对路径信息、航迹信息以及地图数据进行管理。导航平台可以加载民用或军用电子地图，实现民用导航和军用导航的多功能应用，利用军用或民用导航功能指导各车辆完成大范围的行军转移，并实时显示装备车辆位置的经纬高，并给装备车辆发送定位结果。在应用时，军用抗干扰车载导航仪执行任务前根据操作人员的输入进行线路规划或执行已存在的线路规划，并实时记录作战装备的运行轨迹，同时可对路径信息数据、航迹信息数据和地图数据进行管理和修改，可通过显示单元实时显示装备车辆的经纬高、坐标、速度、航向并进行语言提示导航，并可对航路点、航迹、路径进行添加、删除、编辑等管理。除此之外，导航平台还可支持地图的测距、测角、缩放、漫游配置等功能，并实现多坐标系统的转换，包括CGCS2000、WGS84、BJ54等坐标系。导航平台在导航过程中。

所述车载导航仪进一步可包括地形勘测设备和数据传输器。所述地形勘测设备可用于对阵地地形进行勘测，得到阵地地形数据。所述数据传输器可用于获取并处理所述阵地地形数据，得到阵地路线规划，并将所述阵地地形数据和阵地路线规划传输至所述阵地导航模块，数据传输器通过专用RS422接口或专用以太网口实现与地形勘测设备以及阵地导航模块的同步，接收、存储、发送阵地地形数据和路径规划方案，实现了以自身为媒介代替纸质文件在地形勘测设备和车载导航仪之间路径信息数据、航迹信息数据和地图数据的相互传输。由此，导航平台可通过数据传输器下载已勘测完成的阵地地形和阵地路线并进行导航，指引车辆到达指定位置，在导航平台可设置提供操作人员输入指定目标点坐标或经纬高的功能模块，从而根据操作人员的输入进行自动计算航向、距离和时间的导航。

本发明采用自适应调零技术，可确保导航仪在北斗二号系统受到脉冲、窄带和宽带干扰的复杂电磁环境下，具有消除多种干扰源影响的能力，并通过卡尔曼滤波算法进行平滑滤波，提高定位精度。且本发明可应用于民用导航或军用导航，可以加载民用或军用电子地图，利用民用或军用导航功能指导各装备车辆完成大范围的行军转移。同时本发明的车载导航仪能够存储上千条已完成勘测的行军路线，根据实际使用需求将多个阵地之间的行军转移路线提前勘测完毕，装订到抗干扰车载导航仪中，紧急情况下各装备车辆可以独自根据抗干扰车载导航仪的导航高效的完成阵地间的行军转移。行军过程紧急展开的情况下，可以直接装订抗干扰车载导航仪定位数据，使装备系统快速进入战备状态。除了完成部队行军导航功能外，还能将各车辆的行车轨迹记录下来，便于事后掌握各车辆的行军路线，使得装备系统的作战模式更精细化和信息化，提高了装备车辆的导航效率和行军效率。且本发明提供可交互平台，操作人员可通过显示屏导航定位信息的输入，抗干扰车载导航仪能够自动导航，操作人员也可实时观察导航任务完成情况，交互功能和应急性强。本发明在外形尺寸上也严格控制装备的大小，提高车载导航仪的小型化和适用性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种军用抗干扰车载导航仪，其特征在于，所述导航仪包括：

抗干扰天线模块，用于接收卫星高频信号，对所述高频信号进行下变频得到中频信号，去除所述中频信号中的干扰信号并进行低噪声放大，得到定位信号；

导航定位模块，用于对所述定位信号进行处理得到观测量信息，并对所述观测量信息进行卡尔曼滤波，输出卫星定位信息；

阵地导航模块，用于根据阵地路线规划和所述导航定位模块输出的卫星定位信息完成车辆的阵地导航。

2.根据权利要求1所述的车载导航仪，其特征在于，所述抗干扰天线模块包括天线接收阵列、调零接收通道、信号处理单元、低噪放单元和供电单元；

所述天线接收阵列用于接收来自北斗二号、GPS或GLONASS卫星播发的高频信号；

所述调零接收通道用于将所述高频信号进行下变频得到中频信号；

所述信号处理单元用于去除所述中频信号的干扰信号；

所述低噪放单元用于对去除干扰信号后的中频信号进行低噪声放大，得到定位信号。

3.根据权利要求2所述的车载导航仪，其特征在于，所述天线接收阵列包括4个北斗二号双频点天线和1个GPS/GLONASS天线；

所述4个北斗二号双频点天线相互之间的间距按照半波长距离摆放。

4.根据权利要求2所述的车载导航仪，其特征在于，所述信号处理单元包括4路模数转换器、1路数模转换器和FPGA芯片电路。

5.根据权利要求2所述的车载导航仪，其特征在于，所述信号处理单元通过盲信号检测及干扰抑制方法，对天线接收阵列中的每个北斗二号双频点天线的中频信号加权来调整所述中频信号的幅度和相位，使所述中频信号中的干扰信号相互抵消。

6.根据权利要求2所述的车载导航仪，其特征在于，所述供电单元包括滤波保护电路、隔离电源芯片和电源转换芯片。

7.根据权利要求1所述的车载导航仪，其特征在于，所述导航定位模块包括射频通道模块、基带处理模块和导航定位处理模块；

所述射频通道单元用于接收导航定位模块的定位信号，将所述定位信号转换为定位中频信号；

所述基带处理单元用于将定位中频信号进行模数转换并处理得到观测量信息；

所述导航定位处理单元用于对所述观测量信息进行卡尔曼滤波处理，输出卫星定位的位置、速度和时间信息。

8.根据权利要求7所述的车载导航仪，其特征在于，所述观测量信息包括伪距信息、多普勒信息和载波相位信息。

9.根据权利要求1所述的车载导航仪，其特征在于，所述阵地导航模块包括显示单元和导航平台；

所述显示单元用于提供人机交互界面，将操作人员的操作指令传输至所述导航平台并显示所述导航平台的车辆导航状态；

所述导航平台用于接收操作人员的操作指令，根据阵地路线规划和所述导航定位模块输出的卫星定位信息完成车辆的阵地导航。

10.根据权利要求1所述的车载导航仪，其特征在于，所述车载导航仪进一步包括地形勘测设备和数据传输器；

所述地形勘测设备用于对阵地地形进行勘测，得到阵地地形数据；

所述数据传输器用于获取并处理所述阵地地形数据，得到阵地路线规划，并将所述阵地路线规划传输至所述阵地导航模块。