CN117538905A - 一种具有强抗干扰能力的卫星导航系统和终端的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有强抗干扰能力的卫星导航系统和终端的设计方法，包括：S1、选择合适频率作为卫星导航系统播发导航信号的中心频点；S2、在选择的中心频点的基础上进行导航信号体制的设计；S3、根据链路预算计算卫星载荷的信号发射最低功率，使落地电平不低于设定值；S4、根据安装尺寸的限制，在满足阵元间距不小于设定波长的约束下在导航终端的阵列天线中设计尽可能多的阵元，并使用波束零陷技术进行阵列抗干扰处理；S5、导航终端的基带处理板对抗干扰处理后的信号进行捕获、跟踪和解调，完成导航定位功能。本发明在卫星低发射功率和天线安装尺寸小的约束下，实现对多个不同来向干扰的抑制，满足强对抗条件下导航终端抗干扰的需求。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，更具体地说，特别涉及一种具有强抗干扰能力的具有强抗干扰能力的卫星导航系统和终端的设计方法。
背景技术
宽带压制干扰是导航对抗中最常用的手段。针对宽带压制干扰，阵列抗干扰技术是目前卫星导航终端最有效的干扰抑制技术。阵列抗干扰技术基于阵列天线不同阵元接收信号之间的相关性，利用卫星信号和干扰信号在空间来向方面的差异，在进行干扰抑制的同时能够保留有用的卫星信号。当阵列天线阵元数大于干扰信号数目时，阵列天线具有优异的抗干扰性能；但是当阵列天线阵元数不小于干扰信号数目时，阵列天线的抗干扰性能急剧下降，基本上只能依赖于信号本身的扩频增益。因此，阵列天线阵元数对导航终端的抗干扰性能具有决定性的影响。
L频点在大气传播损耗、终端硬件成本等方面相比其他频点具有明显的优势，因此现有的卫星导航系统均采用L频点播发信号。以BDS B3I为例，该信号的中心频率为1268.52MHz，对应的波长约为24cm。在进行阵列天线设计时，其阵元布局必须要满足间距不小于1/2波长的约束，因此阵列抗干扰天线需要占用较大的面积。据公开报道，目前卫星导航终端通常使用4阵元或7阵元的阵列天线。然而，卫星导航终端在战时面临的干扰数目很可能不小于4个或7个，这就导致现有卫星导航终端无法保证在强对抗条件下依然能够稳定工作。更为严重的是，受L频段阵列天线尺寸的限制，现有卫星导航终端很难通过增加天线阵元数的方式来提升。
综上所述，现有卫星导航系统使用L频段播发导航信号，导致导航终端受限于天线尺寸而无法通过增加阵元数来进一步提升阵列天线的抗干扰性能。为此，确有必要开发一种具有强抗干扰能力的具有强抗干扰能力的卫星导航终端的设计方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有强抗干扰能力的卫星导航系统和终端的设计方法，以克服现有技术所存在的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种具有强抗干扰能力的卫星导航系统和终端的设计方法，包括以下步骤：
S1、在C频段、Ku频段或Ka频段中选择合适频率作为卫星导航系统播发导航信号的中心频点；
S2、在选择的中心频点的基础上，进行导航信号体制的设计，导航信号体制包括扩频码速率、扩频码周期、电文速率和电文调制方式；
S3、根据链路预算计算卫星载荷的信号发射最低功率，使落地电平不低于设定值；
S4、根据安装尺寸的限制，在满足阵元间距不小于设定波长的约束下在导航终端的阵列天线中设计尽可能多的阵元，并使用波束零陷技术进行阵列抗干扰处理；
S5、导航终端的基带处理板对抗干扰处理后的信号进行捕获、跟踪和解调，完成导航定位功能。
进一步地，所述步骤S2中导航信号体制的设计要求为：电文速率不超过1ksps，扩频码速率不小于10.23Mcps。
进一步地，所述步骤S3具体包括：
S31、根据导航卫星轨道高度Hs计算不同仰角θ下的星地距离d，其表达式为：
式中，Re表示地球半径，α表示入射角，其表达式：
S32、根据星地距离d和选择的频点f0计算空间链路损耗L，其表达式为：
式中，λ＝c/f0表示导航信号的波长，c表示光速；
S33、根据发射天线发射增益GT和空间链路损耗L，计算落地电平GR不小于设定值时所要求的最小发射功率PT，其表达式为：
进一步地，所述步骤S3中落地电的设定值不小于-133dBm。
进一步地，所述步骤S4中的设定波长为1/2导航信号的波长。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用本发明设计的卫星导航终端能够在卫星低发射功率和天线安装尺寸小的约束下，实现对多个不同来向干扰的抑制，满足强对抗条件下导航终端抗干扰的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具有强抗干扰能力的卫星导航系统和终端的设计方法的流程图。
图2是本发明中星地距离的计算示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参阅图1所示，本实施例公开了一种具有强抗干扰能力的卫星导航系统和终端的设计方法，包括以下步骤：
步骤S1、综合硬件成本、传播损耗以及频谱管理要求等因素，在C频段(4～8GHz)、Ku频段(12～18GHz)或Ka频段(27～40GHz)中选择合适频率作为卫星导航系统播发导航信号的中心频点。
步骤S2、在选择的中心频点的基础上，进行导航信号体制的设计，导航信号体制包括扩频码速率、扩频码周期、电文速率和电文调制方式。为了提升卫星导航终端的抗干扰能力，信号体制设计的目标是降低导航终端接收对信号功率的要求，因此要求较低的电文速率和较高的扩频码速率，本实施例中要求电文速率不超过1ksps，扩频码速率不小于10.23Mcps。
步骤S3、根据链路预算计算卫星载荷的信号发射最低功率，使落地电平不低于设定值(本实施例为-133dBm)，其具体步骤如下：
步骤S31、根据导航卫星轨道高度Hs计算不同仰角θ下的星地距离d(如图2所示)，其表达式为：
式中，Re表示地球半径，α表示入射角，其表达式：
步骤S32、根据星地距离d和选择的频点f0计算空间链路损耗L，其表达式为：
式中，λ＝c/f0表示导航信号的波长，c表示光速；
步骤S33、根据发射天线发射增益GT和空间链路损耗L，计算落地电平GR不小于设定值时所要求的最小发射功率PT，其表达式为：
步骤S4、根据安装尺寸的限制，在满足阵元间距不小于设定波长(本实施例中为1/2导航信号的波长，即：导航信号中心频点对应的波长)的约束下在导航终端的阵列天线中设计尽可能多的阵元，并使用波束零陷技术进行阵列抗干扰处理。
步骤S5、导航终端的基带处理板对抗干扰处理后的信号进行捕获、跟踪和解调，完成导航定位功能。
针对现有卫星导航系统L频段波长长的问题，本发明中导航卫星的信号生成载荷使用C、Ku或Ka等星地通信频段播发导航信号，播发的导航信号具有较低的电文速率(不超过1Ksps)，发射功率保证落地电平满足接收灵敏度要求(高于-133dBm)，导航终端的阵列天线利用C、Ku或Ka等频段波长短的特点，可在有限的面积内设计远超现有抗干扰天线的阵元数，利用波束零陷技术，能够抑制多个来向的干扰，从而保证强干扰条件下提供连续稳定可靠的导航服务。
采用本发明设计的卫星导航终端能够在卫星低发射功率和天线安装尺寸小的约束下，实现对多个不同来向干扰的抑制，满足强对抗条件下导航终端抗干扰的需求。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种具有强抗干扰能力的卫星导航系统和终端的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在C频段、Ku频段或Ka频段中选择频率作为卫星导航系统播发导航信号的中心频点；
S2、在选择的中心频点的基础上，进行导航信号体制的设计，导航信号体制包括扩频码速率、扩频码周期、电文速率和电文调制方式；
S3、根据链路预算计算卫星载荷的信号发射最低功率，使落地电平不低于设定值；
S4、根据安装尺寸的限制，在满足阵元间距不小于设定波长的约束下在导航终端的阵列天线中设计尽可能多的阵元，并使用波束零陷技术进行阵列抗干扰处理；
S5、导航终端的基带处理板对抗干扰处理后的信号进行捕获、跟踪和解调，完成导航定位功能。
2.根据权利要求1所述的具有强抗干扰能力的卫星导航系统和终端的设计方法，其特征在于，所述步骤S2中导航信号体制的设计要求为：电文速率不超过1ksps，扩频码速率不小于10.23Mcps。
3.根据权利要求1所述的具有强抗干扰能力的卫星导航系统和终端的设计方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
S31、根据导航卫星轨道高度Hs计算不同仰角θ下的星地距离d，其表达式为：
式中，Re表示地球半径，α表示入射角，其表达式：
S32、根据星地距离d和选择的频点f0计算空间链路损耗L，其表达式为：
式中，λ＝c/f0表示导航信号的波长，c表示光速；
S33、根据发射天线发射增益GT和空间链路损耗L，计算落地电平GR不小于设定值时所要求的最小发射功率PT，其表达式为：
4.根据权利要求1所述的具有强抗干扰能力的卫星导航系统和终端的设计方法，其特征在于，所述步骤S3中落地电的设定值不小于-133dBm。
5.根据权利要求1所述的具有强抗干扰能力的卫星导航系统和终端的设计方法，其特征在于，所述步骤S4中的设定波长为1/2导航信号的波长。
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