CN215599378U - 基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及卫星导航技术领域，特别涉及一种基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，包含：用于对区域范围内干扰源进行定位的探测站，所述探测站包含：用于收集预设频段内信号的测向天线，用于采集探测装置自身位置姿态信息的导航仪，与导航仪和测向天线连接用于对两者反馈进行变频及信号处理的测向接收机，与测向接收机连接用于测向接收机和PC机之间数据传输的数传设备，及与无人飞行器连接用于向测向接收机供电的电源模块；所述测向接收机、所述测向天线、所述导航仪、所述数传设备及所述电源模块均搭载在无人飞行器平台上，且与无人飞行器组成一体结构。本实用新型能够实现对区域内各类干扰源进行探测，提高干扰源探测的效率与精度。

Description

基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置

技术领域

本实用新型涉及卫星导航技术领域，特别涉及一种基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置。

背景技术

21世纪以来，全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）进入蓬勃发展时期，GNSS已经越来越深入地应用到了社会生活的方方面面，甚至延伸到了电力、金融、交通等国家命脉行业，特别是，2020年7月31日我国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigation Satellite System，BDS）正式开通运行之后，卫星导航在我国国家安全方面发挥的作用必将越来越明显。然而，随着无线电技术的不断发展，卫星导航所面临的电磁环境日趋复杂，各类导航干扰技术也对北斗系统的应用安全提出了严峻挑战，随着北斗系统应用的不断深入，无可避免要遭遇各种各样的“干扰源”，这些干扰源可能来自“无意”的干扰，也可能来自“有意”干扰。卫星导航干扰源探测技术是在一般无线电干扰监测的基础上发展而来的，传统的方法主要是基于若干地面固定站或移动站实现对周边区域内各种无线电信号强度、频谱等特性的监测分析，从而实现对干扰源的探测定位，简单、易行，但精度有限，且无法应用在困难地区（如沼泽、荒漠等），本身效率较低、机动性不强、耗时耗力，不利于应用中的快速反应。

发明内容

为此，本实用新型提供一种基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，能够实现对区域内各类干扰源进行探测，小型化设计，便于与普通商用无人飞行器进行配型使用，提高干扰源探测的效率与精度，确保卫星导航应用安全。

按照本实用新型所提供的设计方案， 一种基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，包含：用于对区域范围内干扰源进行定位的探测站，所述探测站包含：用于收集预设频段内信号的测向天线，用于采集探测装置自身位置姿态信息的导航仪，与导航仪和测向天线连接用于对两者反馈进行变频及信号处理的测向接收机，与测向接收机连接用于测向接收机和PC机之间数据传输的数传设备，及与无人飞行器连接用于向测向接收机供电的电源模块；所述测向接收机、所述测向天线、所述导航仪、所述数传设备及所述电源模块均搭载在无人飞行器平台上，且与无人飞行器组成一体结构。

作为本实用新型基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，进一步地，所述测向接收机包含：用于接收射频信号及信号频率扫描处理并输出中频信号的双信道射频下变频模块，与双信道射频下变频模块连接用于为双信道射频下变频模块提供频率时钟的频综模块，与双信道射频下变频模块连接用于控制双信道射频下变频模块扫描全频段或指定频段信号并对射频信号进行数字化和监测测向处理的中频数字化处理板，及分别与双信道射频下变频模块连接用于与测向天线通信的射频接口、用于与数传设备通信的数据通信接口、用于与导航仪通信的导航接口和用于与无人飞行器电源连接的DC-DC模块。

作为本实用新型基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，进一步地，所述导航仪采用在干扰源探测时提供探测装置自身位置姿态信息的惯性-卫星组合导航产品设备。

作为本实用新型基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，进一步地，所述探测站还包含：与测向接收机连接用于采集探测过程实时影像数据的带有云台的摄像机。

作为本实用新型基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，进一步地，所述测向天线包含用于收集80MHz～300MHz信号的低频天线阵和用于收集300MHz～3000MHz的高频天线阵。

本实用新型的有益效果：

本实用新型结构简单、紧凑，设计新颖、合理，基于无人飞行器实现BDS/GNSS干扰源探测，同时，充分考虑探测设备小型化设计，便于与普通商用无人飞行器进行配型使用，提高干扰源探测的效率与精度，确保卫星导航应用的安全性，实现无人飞行器导航定位，能够为干扰条件下探测设备正常工作提供必要保障，具有较好的应用前景。

附图说明：

图1为实施例中基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置结构示意；

图2为实施例中干扰源探测装置原理框图示意；

图3为实施例中干扰源探测装置工作原理示意。

图中标号，标号1代表无人飞行器，标号2代表侧向接收机，标号3代表导航仪，标号4代表摄像机，标号5代表高频天线阵，标号6代表低频天线阵。

具体实施方式：

下面结合附图和技术方案对本实用新型作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本实用新型的实施方式，但本实用新型的实施方式并不限于此。

全球卫星导航系统进入蓬勃发展时期，GNSS已经越来越深入地应用到了社会生活的方方面面，甚至延伸到了电力、金融、交通等行业，对干扰源进行有效排查，能够确保卫星导航的应用安全。无人飞行器由于具有生存能力强、机动性能好、安全性高等优点，近些年来，发展迅速，技术逐步成熟，已经得到广泛应用。本实用新型实施例，参见图1和2所示，提供一种基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，包含：用于对区域范围内干扰源进行定位的探测站，所述探测站包含：用于收集预设频段内信号的测向天线，用于采集探测装置自身位置姿态信息的导航仪3，与导航仪3和测向天线连接用于对两者反馈进行变频及信号处理的测向接收机2，与测向接收机2连接用于测向接收机2和PC机之间数据传输的数传设备，及与无人飞行器1连接用于向测向接收机供电的电源模块；所述测向接收机2、所述测向天线、所述导航仪3、所述数传设备及所述电源模块均搭载在无人飞行器平台上，且与无人飞行器1组成一体结构。基于无人飞行器1实现BDS/GNSS干扰源探测，同时，充分考虑探测设备小型化设计，便于与普通商用无人飞行器1进行配型使用，提高干扰源探测的效率与精度，确保卫星导航应用的安全性，实现无人飞行器1导航定位，能够为干扰条件下探测设备正常工作提供必要保障；且集成度高，通过无人飞行器平台搭载干扰探测外挂载荷，充分考虑实际应用过程中装置设备小型化需求，下挂载荷总重量可降低至4.95kg，满足无人飞行器1载荷挂架挂载作业的实际应用。

进一步，本案实施例中，可通过测向接收机2、测向天线和导航仪3等，能够实现监测、测向和定位等工作模式的应用。监测时，天线接收全频段电磁信号，测向接收机可按指令要求搜索全频段或指定频段的信号，对信号进行数字化和频谱分析，频率、功率、带宽等数据传输至地面站的PC机进行分析显示；测向时，遥控无人机悬停，对指定信号的频率进行测向；定位时，遥控无人机在多点测向，以实现交会定位。

作为本实用新型实施例中基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，进一步地，所述测向接收机2包含：用于接收射频信号及信号频率扫描处理并输出中频信号的双信道射频下变频模块，与双信道射频下变频模块连接用于为双信道射频下变频模块提供频率时钟的频综模块，与双信道射频下变频模块连接用于控制双信道射频下变频模块扫描全频段或指定频段信号并对射频信号进行数字化和监测测向处理的中频数字化处理板，及分别与双信道射频下变频模块连接用于与测向天线通信的射频接口、用于与数传设备通信的数据通信接口、用于与导航仪3通信的导航接口和用于与无人飞行器电源连接的DC-DC模块。

实施例中无人飞行器可选用大疆M600 Pro无人机等。频综模块给双信道射频下变频模块提供频率时钟，中频数字化处理板控制双路下变频模块扫描全频段或指定频段信号，通过高速ADC实现射频信号数字化，通过DDC与FFT实现频域变换与频谱分析、信号参数测量与测向处理等，其中，监测测向处理可均在FPGA与DSP等可编程高速数字处理器中实现。测向接收机通过RF接口与天线连接，监测测向接收机通过网口与数传设备通信，监测测向设备通过飞控传感模块经RS232串口与无人机飞控通信，监测测向设备通过RS232串口从导航仪获得导航数据。装置的直流电源可从无人机取电，经DC/DC模块输出电源给测向接收机、飞控、导航仪和数传设备等进行供电。

作为本实用新型实施例中基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，进一步地，所述导航仪3采用在干扰源探测时提供探测装置自身位置姿态信息的惯性-卫星组合导航产品设备。GNSS/IMU导航产品设备采用惯性-卫星组合导航系统，能够为干扰源探测时提供机载设备本身的位置姿态信息。

作为本实用新型实施例中基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，进一步地，所述探测站还包含：与测向接收机连接用于采集探测过程实时影像数据的带有云台的摄像机4，通过现场数据的实时回传，便于干扰源环境数据分析处理，以进一步提升探测效率和精度。

作为本实用新型实施例中基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，进一步地，所述测向天线包含用于收集80MHz～300MHz信号的低频天线阵6和用于收集300MHz～3000MHz的高频天线阵5。

天线阵可分别采用五个天线来获取来波信号。向天线采用五个天线进行全向测量，也可以用其他数量天线进行全向测量，此为替代方案。通过五个天线，能够利用相干干涉仪技术通过比较各个天线感应的相位，形成电磁相位感应矢量，与事先校准取样矢量比对，获得该波束信号方向。通过五个天线，同样能够利用沃森瓦特技术比较各个天线感应的电平，获得该波束信号方向。测向时，可通过控制天线网络开关选择两个天线，两路射频接收相应两个天线感应的来波频率信号，两路中频数字化同时采集相应两路射频信号，选择多路基线信号后，对数据进行测向处理。由于监测测向设备挂载于无人机下方工作，因此，无人机反射信号对测向性能存在影响，通过把无人机与测向接收机等载荷安装在一起，作为一个整体进行测向校准，降低无人机对监测测向的影响。实际作业中，为提供干扰源探测定位精度，结合探测系统特点，可设计两种探测作业路线规划，以便于作业时选用。根据先验信息，尽量遥控无人机围绕目标位置360度螺旋形或Z字形转圈进行测向与交会定位，以达到良好的定位效果。以上路径是根据探测原理设计的作业路线，如果按此飞行，探测效果较优，实用中，根据情况按照其他路线进行飞行也可完成探测。探测飞行完成后，根据需要选取两个或两个以上的测向结果，并结合GNSS/IMU导航设备输出的探测天线本身位置，即可通过测角交会方法，获得卫星导航干扰源位置。如查找到目标，记录数据和图像录取，完成取证，实施返回，任务结束；如无人机电量不够，可通过实施返回并更换电池，再次升空进行查找。本案实施例中，能够达到一套装置设备能够覆盖测量80MH～3000MHz频段干扰源的目的；且采用机载GNSS/IMU导航模块实现无人飞行器的导航定位，能够为干扰条件下探测设备正常工作提供必要保障。

本文中术语“和/或”表示可以存在三种关系。例如，A和/或B可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (5)

1.一种基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，包含：用于对区域范围内干扰源进行定位的探测站，其特征在于，所述探测站包含：用于收集预设频段内信号的测向天线，用于采集探测装置自身位置姿态信息的导航仪，与导航仪和测向天线连接用于对两者反馈进行变频及信号处理的测向接收机，与测向接收机连接用于测向接收机和PC机之间数据传输的数传设备，及与无人飞行器连接用于向测向接收机供电的电源模块；所述测向接收机、所述测向天线、所述导航仪、所述数传设备及所述电源模块均搭载在无人飞行器平台上，且与无人飞行器组成一体结构。

2.根据权利要求1所述的基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，其特征在于，所述测向接收机包含：用于接收射频信号及信号频率扫描处理并输出中频信号的双信道射频下变频模块，与双信道射频下变频模块连接用于为双信道射频下变频模块提供频率时钟的频综模块，与双信道射频下变频模块连接用于控制双信道射频下变频模块扫描全频段或指定频段信号并对射频信号进行数字化和监测测向处理的中频数字化处理板，及分别与双信道射频下变频模块连接用于与测向天线通信的射频接口、用于与数传设备通信的数据通信接口、用于与导航仪通信的导航接口和用于与无人飞行器电源连接的DC-DC模块。

3.根据权利要求1或2所述的基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，其特征在于，所述导航仪采用在干扰源探测时提供探测装置自身位置姿态信息的惯性-卫星组合导航产品设备。

4.根据权利要求1所述的基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，其特征在于，所述探测站还包含：与测向接收机连接用于采集探测过程实时影像数据的带有云台的摄像机。

5.根据权利要求1所述的基于无人飞行器的卫星导航干扰源探测装置，其特征在于，所述测向天线包含用于收集80MHz～300MHz信号的低频天线阵和用于收集300MHz～3000MHz的高频天线阵。

Images