[发明专利]一种北斗/GPS卫星导航设备多阵元抗干扰天线系统在审

专利信息
申请号: 201410606394.5 申请日: 2014-11-03
公开(公告)号: CN104407357A 公开(公告)日: 2015-03-11
发明(设计)人: 时荔蕙;任曦明;王立兵;高宏;唐平;吴志成;牟传坤;张亮;潘未庄;王甲池;贾永军 申请(专利权)人: 中国人民解放军63961部队;广州海格通信集团股份有限公司
主分类号: G01S19/21 分类号: G01S19/21;G01S19/33
代理公司: 北京一格知识产权代理事务所(普通合伙) 11316 代理人: 滑春生;赵永伟
地址: 100012*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 北斗 gps 卫星 导航 设备 多阵元 抗干扰 天线 系统
【说明书】:

技术领域

发明涉及卫星导航与无线通信领域,特别涉及北斗/GPS卫星导航设备的多阵元抗干扰天线系统。

背景技术

随着北斗卫星导航系统的逐步完善,北斗卫星导航设备的应用前景更加广泛,作用逐渐凸显。由于复杂的电磁环境以及不断发展的干扰手段,会使得北斗卫星导航设备受到极大影响。因此,针对北斗卫星导航设备的抗干扰技术研究,保证卫星导航设备的可用性变得十分必要。

目前,国外应用于GPS全球卫星导航设备的抗干扰技术主要为空时联合的多阵元自适应滤波技术。该技术继承了单时域处理和单空域处理各自的优点,并改善了其各自的缺陷,可以应对各种类型的窄带干扰以及宽带压制性干扰。当干扰源与卫星信号夹角大于10°时,可以有效滤除干扰,并尽量减少信号损失。

发明内容

本发明提供一种北斗/GPS卫星导航设备多阵元抗干扰天线系统,能够应用于时变的干扰场景,抵抗北斗 B3频段各种类型的窄带和宽带压制性干扰。同时采用北斗/GPS多模方式,保证卫星导航设备的有效运行。

本发明是通过以下技术方案实现的:

1、该抗干扰天线采用4个独立的北斗B3天线阵元,以2×2方阵的模式构成一个天线阵,另外使用北斗B1/GPS L1天线放置于四个北斗B3阵元中间。可以同时接收北斗 B3、B1以及GPS L1卫星信号。

2、每个北斗B3天线阵元均经过独立的低噪放、下变频,经AD转换为数字中频信号;北斗B1/GPS L1仅做了低噪声放大处理。

3、抗干扰数字处理单元采用空时联合滤波技术,对中频数字信号进行处理。引入多级嵌套维纳滤波(MSNWF)算法,对数据降秩处理,突破了矩阵求逆、协方差矩阵特征分解的思路,降低了计算复杂度,满足工程实时性要求。

4、经过抗干扰数字处理单元处理后的信号经过上变频与低噪放放大的北斗B1/GPS L1信号合成为一路射频信号,作为多阵元抗干扰天线的输出信号。

本发明由于采用空时联合的降秩多级嵌套维纳滤波技术进行抗干扰信号处理,可以抵抗北斗B3频段的多种类型的窄带干扰,以及宽带压制性干扰;当干扰源和卫星信号的夹角大于10°时,可以有效的滤除干扰信号,并尽量减少有用信号的损失;运算量小,可以满足时变干扰场景的实时处理要求。同时,由于采用了多模方案,使得该天线能够同时提供GPS、北斗卫星导航系统信号,保证了卫星导航设备运行的可靠性。

附图说明

图1是北斗/GPS卫星导航设备多阵元抗干扰天线系统硬件组成框图;

图2是北斗/GPS卫星导航设备多阵元抗干扰天线阵元结构示意图;

图3是北斗/GPS卫星导航设备多阵元抗干扰天线阵元与低噪放连接示意图;

图4是北斗/GPS卫星导航设备多阵元抗干扰天线下变频信道框图;

图5 北斗/GPS卫星导航设备多阵元抗干扰天线空时滤波处理框图;

图6是北斗/GPS卫星导航设备多阵元抗干扰天线多级嵌套维纳滤波结构图;

图7是北斗/GPS卫星导航设备多阵元抗干扰天线模拟上变频原理框图。

具体实施方式

如图1-图7所示,本发明所述的北斗/GPS卫星导航设备多阵元抗干扰天线的实现方法,包括以下步骤:

(1)天线阵设计实现如下:

多阵元抗干扰天线内部采用微带天线阵设计,分为4个独立的北斗B3天线和一个北斗B1/GPS L1天线。北斗B3以2×2方阵的模式构成一个天线阵,北斗B1/GPS L1天线放置于四个北斗 B3天线阵元中间。

为了达到天线系统的小型化,需要将微带天线的体积进一步缩小,为此需采用高介电常数介质基片,选用的为TACONIC CER-10板材,阵元体积为35×35×6。同时,为了保证抗干扰效果,自适应阵天线阵元分布方式需适当选择阵元间距。若阵元间距过大,影响信号处理过程中正常空间采样,从而影响抗干扰效果;阵元间距过小则互耦增大,影响干扰方向零陷的深度和准确度。选取天线单元间距为四分之一波长或略小于四分之一波长是一种较为平衡的方式。 

(2)低噪放、下变频设计实现如下:

北斗B1/GPS L1接收天线后端有一个低噪声放大器,接收频率涵盖了GPS L1和北斗B1的卫星信号带宽并进行前置放大。

每个北斗B3接收天线后端都有一个独立的低噪声放大器,接收频率为1268.52±10.23MHz的卫星信号并进行前置放大。

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