[发明专利]一种高抗干扰性能GPS/SINS组合导航系统及实现方法

说明书

技术领域

本发明属于导航技术领域，涉及一种高抗干扰性能的GPS/SINS组合导航系统及实现方法。

背景技术

全球定位系统(GPS)具有高精度、全天候、全球覆盖等性能优点，在军用及民用导航领域得到了广泛的重视和应用。然而，GPS属于无线电导航系统，其动态性能及抗干扰能力较差，特别是对于军事应用场合，由于载体往往处于高速机动和敌方电磁干扰环境中，常规的GPS接收机将难以为用户提供连续、高精度的导航定位信息。捷联惯性导航系统(SINS)则是一种完全自主的导航系统，能够以较高频率输出载体位置、速度和姿态，且对外界干扰及载体动态不敏感、隐蔽性好。SINS的缺点是导航误差随时间积累，需要由外部观测信息实时校正，因此常与GPS进行组合应用。

GPS与SINS在性能上具有很强的互补性，将二者组合不仅可以充分发挥各自的优势，而且能够取长补短使GPS/SINS组合系统的总体性能远远优于各独立子系统。按照组合程度的不同，GPS/SINS组合系统通常可分为松组合、紧组合及超紧组合三种组合方式。松组合和紧组合主要是利用GPS输出的位置、速度或伪距、伪距率等信息校正SINS，以提高组合系统整体的导航精度。但在这两种组合方式中，GPS接收机仍处于独立的工作状态，组合系统的动态性能和抗干扰能力并未得到根本的改善。超紧组合是相对于松、紧组合更加复杂的组合模式，它将组合的概念应用到GPS接收机内部，利用SINS辅助信息优化标准伪码、载波跟踪环路结构，有效拓展了环路的动态跟踪能力，并能够降低噪声带宽，从而增强系统对噪声干扰的抑制能力。同时，SINS辅助信息能够提供伪码相位和多普勒频率的先验估计，可用于缩短由天线遮蔽或短期干扰导致的GPS信号失锁后的重捕获时间。

目前的GPS/SINS超紧组合系统主要通过缩减环路噪声带宽来增强GPS接收机信号跟踪环节的抗干扰能力，然而，窄带干扰信号具有时间上的相关性，单纯依靠降低噪声带宽并不能获得理想的抑制效果；并且，由于系统并未阻止干扰信号进入GPS接收机，致使强电磁干扰极易引起射频前端长时间的饱和及阻塞，进而导致接收机无法独立完成导航任务，这将对GPS/SINS组合系统产生致命的影响。因此，如何提高GPS/SINS组合系统在强电磁干扰环境中工作的可靠性能及处理复杂类型干扰信号的鲁棒性能，已成为GPS/SINS组合导航领域研究的关键问题之一。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有GPS抗干扰技术的不足，提供了一种基于空域自适应调零天线的高抗干扰性能GPS/SINS组合导航系统及其实现方法，该方法增强了组合导航系统处理复杂类型干扰信号的鲁棒性。

一种高抗干扰性能GPS/SINS组合导航系统的实现方法，具体步骤如下：

步骤一：GPS信号接收及射频前端处理；

步骤二：大功率电磁干扰检测；

步骤三：自适应调节天线波束，滤除大功率干扰信号；

步骤四：GPS、SINS导航解算及信息融合；

步骤五：获取辅助参数。

一种基于空域自适应调零天线的GPS/SINS组合导航系统，主要包括SINS模块、GPS阵列天线、射频前端、干扰抑制模块、基带处理单元和组合导航单元；

SINS包括惯性测量元件(IMU)和导航解算环节；IMU测量载体的比力和角速率，将得到的比力和角速率信息传递给导航解算环节，导航解算环节根据IMU测得的比力和角速率信息计算出载体的位置、速度和姿态，导航解算环节将SINS导航参数传输给组合导航单元，所述的SINS导航参数为载体的位置、速度和姿态；

GPS天线为四元圆阵阵列天线，用于区别接收信号的入射方向，并通过四个数据通道将接收信号传输给射频前端；射频前端包括带通滤波器(BPF)、低噪放大器(LNA)、本地振荡器、自动增益控制(AGC)、中频(IF)滤波放大环节和模数转换器(A/D)；BPF具有频率选择作用，能够滤除阵列天线接收信号中的带外干扰，并将滤波后的信号送给LNA进行低噪放大，使极弱的GPS接收信号放大到可以进行模数转换的程度，低噪放大后的接收信号与本地振荡器提供的本地载波信号进行混频处理，得到中频接收信号后送给中频滤波放大环节，AGC控制中频滤波放大环节的放大幅度，使其满足A/D转换器动态范围的要求，A/D转换器将中频滤波放大后的中频接收信号由模拟类型转换为数字类型，并将数字中频接收信号传输给干扰抑制模块；