CN203759250U - 一种北斗卫星导航定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种北斗卫星导航定位系统，包括：天线阵列、射频模块、抗干扰模块、导航模块、惯导与电源模块；天线阵列，其共形于载体表面并与载体表面吻合；射频模块，其输入端与天线阵列连接，其输出端与抗干扰模块连接；抗干扰模块，对来自射频模块的数字中频信号进行抗干扰处理并输出多波束数字中频信号；导航模块，与抗干扰模块连接，接收多波束数字中频信号，对目标进行定位；惯导与电源模块，分别与射频模块、抗干扰模块和导航模块连接。本实用新型中，所述北斗卫星导航定位系统采用多波束技术能同时锁定多个卫星，提高了定位速度和准确高；采用低仰角技术可以增大覆盖面；抗干扰技术实现了偏远地带和复杂地形信号搜索良好。

Description

一种北斗卫星导航定位系统

技术领域

本实用新型涉及卫星导航定位技术领域，尤其涉及一种北斗卫星导航定位系统。

背景技术

卫星导航定位系统是国家信息基础设施之一，是实现社会信息化的重要工具，也是国家科技水平和经济实力的象征。北斗卫星导航定位系统的建成并投入使用，打破了美国等发达国家垄断卫星导航定位技术的局面，提高了我国经济社会的信息化水平。

北斗卫星导航定位系统的应用涉及到国家各个领域，在定位导航方面，使用对象主要是汽车、船舶和飞机等运动物体，例如船舶远洋导航和进港引水、飞机航路引导和进场降落、汽车自主导航定位、地面车辆跟踪和城市智能交通管理等；在日常生活中，应用于警察、消防及医疗等部门的紧急救援、追踪目标和个人旅游及野外探险的引导等，特别是人身受到攻击危险时的报警，特殊病人、少年儿童的监护与救助，生活中遇到各种困难时的求助等。

然而，现有的北斗卫星导航定位系统采用单波束，不能同时锁定多个卫星，定位速度和准确都有待提高；信号仰角较高，覆盖面窄；抗干扰能力不强，无法在偏远地带和复杂地形对信号进行良好搜索。

实用新型内容

基于背景技术存在的技术问题，本实用新型提出了一种北斗卫星导航定位系统，以提高定位速度和准确度、增大覆盖面、加强抗干扰能力。

本实用新型提出的一种北斗卫星导航定位系统，包括：天线阵列、射频模块、抗干扰模块、导航模块、惯导与电源模块；

天线阵列，其共形于载体表面并与载体表面吻合；

射频模块，其输入端与天线阵列连接，其输出端与抗干扰模块连接；

抗干扰模块，对来自射频模块的数字中频信号进行抗干扰处理并输出多波束数字中频信号；

导航模块，与抗干扰模块连接，接收多波束数字中频信号，对目标进行定位；

惯导与电源模块，分别与射频模块、抗干扰模块和导航模块连接。

优选地，在天线阵列外部设置天线罩。

优选地，天线阵列为微带天线和缝隙天线。

优选地，微带天线为一面具有金属薄层的接地板，另一面具有预定形状金属贴片的薄介质基片。

优选地，微带天线为微带缝隙天线，在接地板设有缝隙，薄介质基片的另一面印制有微带线，缝隙馈电。

优选地，天线阵列由七只BD-2天线组成。

优选地，天线阵列为圆形阵列，其中六只布局成圆形阵列，另外一只位于圆心。

优选地，圆形阵列的半径为0.35倍波长。

优选地，抗干扰模块包括数字带通滤波器、校正处理器、多波束抗干扰滤波器、多波束空时自适应抗干扰权值计算器和多波束数字AGC，数字中频信号输入数字带通滤波器，经过校正预处理器，通过多波束空时自适应抗干扰权值计算器获取权值矢量，校正预处理后的信息与所述权值矢量在多波束抗干扰滤波器中处理后，经过多波束数字AGC输出为抗干扰后的多波束数字中频信号。

本实用新型中，所述北斗卫星导航定位系统采用多波束技术能同时锁定多个卫星，提高了定位速度和准确高；采用低仰角技术可增大覆盖面；采用抗干扰技术实现了偏远地带和复杂地形信号搜索良好。

附图说明

图1为本实用新型实施例提出的一种北斗卫星导航定位系统的结构示意图；

图2为图1中射频模块的结构示意图；

图3为图1中抗干扰模块结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，图1为本实用新型实施例1提出的一种北斗卫星导航定位系统的结构示意图。

参照图1，本实用新型实施例提出了一种北斗卫星导航定位系统，包括：天线阵列10、射频模块20、抗干扰模块30、导航模块40、惯导与电源模块50、天线罩60；其中天线罩60、天线阵列10、射频模块20封装于一个整体结构中；抗干扰模块30、导航模块40、惯导与电源模块50封装于一个整体结构中。惯导与电源模块50分别与射频模块20、抗干扰模块30和导航模块40连接进行供电。

天线阵列10共形于载体表面并与载体表面吻合，在天线阵列10外部设有天线罩60用于对天线阵列10进行保护。共形天线对载体本身的空气动力学性能影响很小，简化了天线安装，可轻易实现方向图的全空间覆盖。在实际应用中，常常需要实现宽角域的阵列覆盖，而采用直线阵或者平面阵往往难以实现以上角域覆盖的要求，常常需要将阵列天线共形安装在一个固定形状的表面上，从而形成非平面的共形天线阵。共形天线阵列必须具有低剖面的特性，可以通过微带天线和缝隙天线实现。

微带天线在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀方法制成预定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。微带天线可分为两种：贴片形状是一细长带条，则为微带振子天线，贴片是一个面积单元时，则为微带天线；如果把接地板刻出缝隙，而在介质基片的另一面印制出微带线时，缝隙馈电，则构成微带缝隙天线。微带天线显著特点是体积小、重量轻等。

由于天线采用印制版工艺制成，不需要机械加工，因此成本低、低轮廓，适于批量生产。还可以设计成多种极化和多频工作，因此，在通信、雷达和微波医疗等各方面都具有广阔的应用前景。天线设计受多项条件制约，如体积、抗干扰容限、天线阵元增益要求、和阵元间隔离度要求等。阵元之间的互耦有多重影响，首先互耦导致阵元的驻波比和方向图变化，直接影响接收机的性能；第二，互耦在抗干扰算法中引入噪声，抑制信干噪比的提高能力。因此，在设计中需要对阵元见的互耦关注。另外，抗干扰算法中，天线相位中心的改变在不同阵元的接收信号的相位中引入不确定量，从而降低算法的精确性，因此调零天线对阵元的相位中心有严格的限制。

天线阵列10由七只BD-2天线组成，天线阵列完成对BD-2系统导航卫星信号的采集。BD-2天线单元采用低剖面的宽带宽波束微带天线实现。由于天线设计尺寸的限制，以及阵元间距的要求，采用圆形阵列形式，其中六只布局成圆形阵列，另外一只位于圆心，圆形阵列的半径为0.35倍波长。这种阵列排布形式具有良好的对称性和稳定的相位中心。此外，对天线单元采用小型化设计，在限定的口径内，增强天线单元的独立性和一致性，有效抑制单元耦合，提高天线隔离度，以满足抗干扰天线的要求。多单元小型化设计，有限的天线安装空间内，保持天线阵各单元良好的一致性，减小天线单元间耦合，在扫描过程中基本保持天线的波束形状和增益。

如图2所示，射频模块20，其输入端与天线阵列10连接，其输出端与抗干扰模块30连接。针对BD-2系统卫星导航信号，七路输入射频信号，经过LNA（Low Noise Amplifier，低噪声放大器）、下变频、放大滤波器，输出七路数字信号到抗干扰模块30。射频模块20要求射频具有统一频综产生本振的功能，具有变频、放大、滤波、中频输出的功能，具有良好的通道一致性。射频抗干扰通道对各通道的增益一致性和相位一致性要求很高，为达到技术指标要求，需要在以下几方面进行考虑：选用稳定性好的元器件；优化电路设计，减少处理环节；增加一致性调整模块。射频通道在体积和功耗方面的要求也很高，为达到技术指标要求，需要在以下几方面进行考虑：选用体积小、功耗低的元器件；优化结构设计，充分利用电路空间，进行双面布局布线；合理选择接插件，目前定为MCX。

如图3所示，抗干扰模块30包括数字带通滤波器41、校正处理器42、多波束抗干扰滤波器43、多波束空时自适应抗干扰权值计算器44和多波束数字AGC45。数字中频信号输入数字带通滤波器，经过校正预处理器，通过多波束空时自适应抗干扰权值计算器获取权值矢量，校正预处理后的信息与权值矢量在多波束抗干扰滤波器中处理后，经过多波束数字AGC输出为抗干扰后的多波束数字中频信号。多波束数字中频信号进入导航模块40，进行对目标的定位。

本实用新型中，空时自适应处理是通过空时联合处理多阵元（空域）与多个时域接收到的数据，使干扰抑制在空时二维空间中进行；利用干扰与有用信号空间角度的相互独立，可将目标与干扰有效地分离出来，实现滤波。空时自适应处理技术克服了空域滤波的不足，在不增加阵元的前提下，提高了阵面的自由度。空时自适应是一种宽带技术，对多径干扰有好的抑制效果。数字波束形成是利用天线阵的阵方向函数乘积定理，通过在天线阵元上加权以控制天线阵的方向函数，达到控制天线阵方向图动态地在有用信号方向上产生高增益窄波束，在干扰信号方向上产生较深零陷的目的。阵列经过多组加权求和后，可以将阵列接收的方向增益聚焦在指定方向上，相当于形成多个波束。

本实用新型可以实现载体的实时高精度三维定位、三位测速、三位测姿、精确授时，同时在卫星失锁状态下，亦可短时间内精准定位、测速、测姿。因此，具有体积小、重量轻、全天候、高精度、自动化、高效率、低仰角、多波束、抗干扰、定位准等特点。陆地应用方面，能进行车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等。海洋方面，可用于远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等。航空航天应用方面，可以实现飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。

本实用新型中，所述北斗卫星导航定位系统采用多波束技术能同时锁定多个卫星，提高了定位速度和准确高；采用低仰角技术可增大覆盖面；采用抗干扰技术实现了偏远地带和复杂地形信号搜索良好。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种北斗卫星导航定位系统，其特征在于，包括：天线阵列（10）、射频模块（20）、抗干扰模块（30）、导航模块（40）、惯导与电源模块（50）；

天线阵列（10），其共形于载体表面并与载体表面吻合；

射频模块（20），其输入端与天线阵列（10）连接，其输出端与抗干扰模块（30）连接；

抗干扰模块（30），对来自射频模块（20）的数字中频信号进行抗干扰处理并输出多波束数字中频信号；

导航模块（40），与抗干扰模块（30）连接，接收多波束数字中频信号，对目标进行定位；

惯导与电源模块（50），分别与射频模块（20）、抗干扰模块（30）和导航模块（40）连接。

2.根据权利要求1所述的北斗卫星导航定位系统，其特征在于，在天线阵列（10）外部设置天线罩（60）。

3.根据权利要求1所述的北斗卫星导航定位系统，其特征在于，天线阵列（10）为微带天线和缝隙天线。

4.根据权利要求3所述的北斗卫星导航定位系统，其特征在于，微带天线为一面具有金属薄层的接地板，另一面具有预定形状金属贴片的薄介质基片。

5.根据权利要求4所述的北斗卫星导航定位系统，其特征在于，微带天线为微带缝隙天线，在接地板设有缝隙，薄介质基片的另一面印制有微带线，缝隙馈电。

6.根据权利要求1所述的北斗卫星导航定位系统，其特征在于，天线阵列（10）由七只BD-2天线组成。

7.根据权利要求6所述的北斗卫星导航定位系统，其特征在于，天线阵列（10）为圆形阵列，其中六只布局成圆形阵列，另外一只位于圆心。

8.根据权利要求7所述的北斗卫星导航定位系统，其特征在于，圆形阵列的半径为0.35倍波长。

9.根据权利要求1所述的北斗卫星导航定位系统，其特征在于，抗干扰模块（30）包括数字带通滤波器（31）、校正处理器（32）、多波束抗干扰滤波器（33）、多波束空时自适应抗干扰权值计算器（34）和多波束数字AGC（35），数字中频信号输入数字带通滤波器（31），经过校正预处理器（32），通过多波束空时自适应抗干扰权值计算器（34）获取权值矢量，校正预处理后的信息与所述权值矢量在多波束抗干扰滤波器（33）中处理后，经过多波束数字AGC（35）输出为抗干扰后的多波束数字中频信号。