一种北斗三代的多波束抗干扰一体化装置和接收方法与流程

本发明涉及北斗三代卫星导航，具体为一种北斗三代的多波束抗干扰一体化装置和接收方法。

背景技术：

1、随着北斗三代系统的建成，北斗导航系统的可用范围从主要的亚太地区扩展的全球范围内，北斗卫星导航也越来越受到各领域的重视，北斗卫星导航也成为各类飞行器首选的定位导航手段，目前多数卫星导航设备多为一部天线加一部接收机组成，在复杂环境中定位成功率和精度不高，目前天线分为普通天线和抗干扰天线，而抗干扰天线多采用调零抗干扰算法，相比与调零抗干扰技术，多波束技术的抗干扰性能更为优越，但由于多波束抗干扰算法中数据量量较大(每秒上g的数据量)，对于分体式(抗干扰天线和接收机分离设计)设计形式中需要进行高速数据传输，带来成本的推高和可靠性的降低。

2、为提高卫星导航的定位成功率，本方案提出一种基于多波束抗干扰算法的抗干扰天线配合多波束接收组合的一体化接收装置，该装置抗干扰性能比传统调零装置抗干扰容限提高3到10db，可以更好的应对复杂干扰环境，同时一体化设计降低了高速数据传输误码问题，装置体积小，重量轻，功耗低，可靠性高，该设计可广泛应用于探测、车载、机载、弹载等各类平台。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种北斗三代的多波束抗干扰一体化装置和接收方法，提高卫星导航在复杂环境下的抗干扰性能的优点，解决了分体式抗干扰设计中需要高速传输数据的问题，提高了接收机定位的成功率和可靠性，同时降低了设备成本。

3、(二)技术方案

4、为实现上述提高卫星导航在复杂环境下的抗干扰性能的目的，本发明提供如下技术方案：一种北斗三代的多波束抗干扰一体化装置，包括阵列天线、射频模块、多波束抗干扰一体化处理板和电源模块，所述阵列天线可以是北斗三代b1、b3频点四阵元，七阵元或其他多阵元的天线，所述射频模块实现多通道的下变频处理，所述多波束抗干扰一体化接收处理板主要完成多波束抗干扰及信号的捕获跟踪及定位解算，所述电源模块为阵列天线、射频模块和多波束抗干扰一体化处理板提供需要的各路电源。

5、优选的，所述射频模块下变频以四通道位例，且一片抗干扰射频芯片对应四个通道。

6、优选的，所述多波束抗干扰一体化接收处理板包括ad、fpga数字信号处理、dsp、串口、时钟信号和电源。

7、优选的，所述多波束抗干扰一体化接收处理板中的ad使用ad9653四通道16位的ad采样芯片。

8、优选的，所述ad使用个数由通道个数决定，每四个通道对应1个ad芯片，所述ffpga数字信号处理采样k7410t芯片实现多波束抗干扰及对应的捕获跟踪。

9、优选的，所述dsp主要实现信号解算pvt定位，最终结果通过串口输出，所述电源部分提供各芯片需要的各路电源，且电路中需要的时钟为保证系统的精度统一由射频模块提供。

10、优选的，所述ffpga数字信号处理部分主要实现多波束抗干扰算法和捕获跟踪算法。

11、一种北斗三代的多波束抗干扰一体化装置的接收方法，包括以下实施步骤：

12、步骤一：常规空时抗干扰算法：

13、天线阵共有m个阵元，每个阵元通道后有一个n阶fir滤波器；

14、由于卫星信号是宽带信号，因而需要采用宽带多线性约束，假定将整个信号带宽分为k个子带，即有k个约束，可选择k与通道延时单元数n相同，第1个被约束信号的角频率为ω1，入射角为θ1，信号形式为单位平面波，入射到天线时阵的输出为b1，其约束条件可写为

15、

16、式中，ss和st分别表示时间导向矢量和空间导向矢量，设空间归一化频率和时间归一化频率分别为ωs和ωt，则ss和st可以分别表示为

17、

18、

19、第k个被约束信号的角频率为ωk，入射角为θ1，信号形式为单位平面波，入射到天线时阵的输出为bk，则第k个约束方程可写为

20、

21、由此，有k个线性约束，基于最小方差优化准则的方程为

22、

23、式中，约束矩阵c＝[c1,c2,...,ck]，输出响应矢量b＝[b1,b2,...,bk]t，利用拉格朗日乘子法，可以推导出多约束最小方差处理器的解为

24、w＝r-1c(chr-1c)-1b

25、式中，为各阵元接收数据的协方差矩阵；

26、步骤二：将上述算法复制多路，每路算法在约束时将空域划分为6个(或多个)为保证稳定定位，建议波束大于四个，定位每个波束分别指向预知卫星方向(在亚太地区可以优先选择geo卫星)，整个空间产生多个波束，各个波束相互交叠，确保覆盖整个空间，同时零陷指向干扰的方向，这样可以保证卫星信号的增益，又能有效抑制干扰信号，由于资源的限制波束个数是有限的，因此可以采用展宽技术，以减少波束的个数；

27、步骤三：一个捕获模块对各个波束进行轮询，对既定卫星进行捕获后转跟踪，为节约资源波束宽度较宽，一个波束内会出现不止一个卫星，或一个卫星落可能同时落在两个波束内；

28、步骤四：对于落在两个波束内的卫星，信号捕获模时信号强的(捕获相关峰值高)、参与定位的作为主通道，同时用一个备用跟踪通道同时跟踪作为副通道，这样卫星位置变化时可以进行无缝切换，备用通道暂不参与定位；

29、步骤五：对跟踪卫星进行定位解算，将卫星位置反馈给波束控制模块，选择仰角高信号质量好，构成dop优异的卫星位置,由于没有惯导的姿态信息无法准确的知道卫星的相对位置，但可以根据目前波速情况和卫星来向信息进行模糊估计对波束进行微调，作为波束的约束信息，从而保证波束指向最优的方向，提高波束增益的同时有效提高了抗干扰的性能。

30、(三)有益效果

31、与现有技术相比，本发明提供了一种北斗三代的多波束抗干扰一体化装置和接收方法，具备以下有益效果：

32、1、该北斗三代的多波束抗干扰一体化装置和接收方法，采用多个单约束空时波束形成并行盲搜索技术解决在无惯导辅助情况下的卫星信号捕获跟踪，该方法一方面解决了在无惯导辅助情况下的多波束抗干扰将抗干扰性能提升3到10db，另一方面将抗干扰和捕获在一个芯片中实现，不需要传统分离式设计中射频上下变频，同时不存在波束处理中大数据量的高数传输问题，降低了成本的同时提高了接收装置的可靠性。

33、2、该北斗三代的多波束抗干扰一体化装置和接收方法，通过在无惯导等辅助信息的情况下使用自主波束控制接收卫星信号的算法，相比普通调零抗干扰设备可以提升设备3到10db的抗干扰性能，该方案可有效应用于车载、弹载和机载设备，有着较为广泛的应用价值。

技术特征：

1.一种北斗三代的多波束抗干扰一体化装置，包括阵列天线、射频模块、多波束抗干扰一体化处理板和电源模块，其特征在于：所述阵列天线可以是北斗三代b1、b3频点四阵元，七阵元或其他多阵元的天线，所述射频模块实现多通道的下变频处理，所述多波束抗干扰一体化接收处理板主要完成多波束抗干扰及信号的捕获跟踪及定位解算，所述电源模块为阵列天线、射频模块和多波束抗干扰一体化处理板提供需要的各路电源。

2.根据权利要求1所述的一种北斗三代的多波束抗干扰一体化装置，其特征在于：所述射频模块下变频以四通道位例，且一片抗干扰射频芯片对应四个通道。

3.根据权利要求2所述的一种北斗三代的多波束抗干扰一体化装置，其特征在于：所述多波束抗干扰一体化接收处理板包括ad、fpga数字信号处理、dsp、串口、时钟信号和电源。

4.根据权利要求3所述的一种北斗三代的多波束抗干扰一体化装置，其特征在于：所述多波束抗干扰一体化接收处理板中的ad使用ad9653四通道16位的ad采样芯片。

5.根据权利要求4所述的一种北斗三代的多波束抗干扰一体化装置，其特征在于：所述ad使用个数由通道个数决定，每四个通道对应1个ad芯片，所述ffpga数字信号处理采样k7410t芯片实现多波束抗干扰及对应的捕获跟踪。

6.根据权利要求5所述的一种北斗三代的多波束抗干扰一体化装置，其特征在于：所述dsp主要实现信号解算pvt定位，最终结果通过串口输出，所述电源部分提供各芯片需要的各路电源，且电路中需要的时钟为保证系统的精度统一由射频模块提供。

7.根据权利要求6所述的一种北斗三代的多波束抗干扰一体化装置，其特征在于：所述ffpga数字信号处理部分主要实现多波束抗干扰算法和捕获跟踪算法。

8.一种北斗三代的多波束抗干扰一体化装置的接收方法，其特征在于：包括以下实施步骤：

技术总结
本发明涉及北斗三代卫星导航技术领域，且公开了一种北斗三代的多波束抗干扰一体化装置，包括阵列天线、射频模块、多波束抗干扰一体化处理板和电源模块，所述阵列天线可以是北斗三代B1、B3频点四阵元，七阵元或其他多阵元的天线。该北斗三代的多波束抗干扰一体化装置和接收方法，采用多个单约束空时波束形成并行盲搜索技术解决在无惯导辅助情况下的卫星信号捕获跟踪，该方法一方面解决了在无惯导辅助情况下的多波束抗干扰将抗干扰性能提升3到10dB，另一方面将抗干扰和捕获在一个芯片中实现，不需要传统分离式设计中射频上下变频，同时不存在波束处理中大数据量的高数传输问题，降低了成本的同时提高了接收装置的可靠性。

技术研发人员：孟冲,何金花,张骏,刘星,于文斌,张浩,张晓
受保护的技术使用者：陕西凌云电器集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15