[发明专利]一种基于多波束天线的导航装置

说明书

一种基于多波束天线的导航装置，包含多个接收天线或者相控阵多波束天线、惯性测量组件或惯性导航系统、波束控制模块、多普勒频移跟踪模块(可选)和导航计算模块。利用惯性测量组件或者惯性导航模块、波束控制模块实现多个天线波束对准多个卫星，可以获得载体相对卫星的多个精确指向信息；各天线波束收到卫星的载波或信标信号后，利用多普勒频移模块检测对应卫星信标或载波信号中的多普勒频率信息；利用惯性测量组件或者惯性导航系统的输出信息、天线对卫星的指向信息以及多普勒频率信息实现载体的定位和导航。本发明采用天线被动接收卫星的载波或信标信号来实现定位和导航，具有自主、被动、抗干扰等特点，为运动载体提供了一种新型导航装置。

技术领域

本发明属于运动平台导航技术领域，特别涉及一种基于多波束天线的导航装置。

背景技术

目前车辆、舰船、飞机、导弹等运动载体普遍采用惯性、卫星以及各种组合导航技术。然而GPS/BD等导航定位系统由于导航终端普遍采用全向天线(尽管已有各种抗干扰天线出现和应用)，非常容易被干扰和欺骗。在复杂环境和对抗环境下，各运动载体不能仅依赖卫星导航作为手段。惯性导航方式可以实现自主导航，但其误差会随时间积累，对于长时间、高精度导航来说其精度难以满足要求。当前无人系统发展迅速，智能化程度越来越高，对高精度抗干扰导航要求非常迫切。

GNSS全球卫星导航系统能够全天候、全地域、全时段提供精确导航、定位以及授时服务，在军民各领域应用广泛，对卫星导航的依赖程度不断提升。然而，GNSS卫星导航系统本身存在着两个明显的不足，一是对导航卫星依赖性强；二是地面导航信号为扩频通信体制，且信号微弱极易受干扰。尽管已经发展了各种抗干扰技术，但强压制干扰或欺骗干扰的成本仍然非常低。

申请人在专利(202110845079.8，申请日：2021-07-26)中提出一种基于定向天线和多普勒信息的运动载体导航方法和装置，采用如下步骤实现基于定向天线和多普勒信息的运动载体导航：

S1：已知运动载体的精确初始位置、固定或者移动的信标位置信息，运动载体搭载有定向天线。当固定或者移动的信标有多个时，可根据使用环境和其它限制优化固定选择其中一个，并根据策略在运行过程中切换，也可选择多个信标，并选择使用多个定向天线。

S2：基于定向天线的天线波束控制系统利用IMU或INS辅助，在运动载体的运动过程中保持定向天线始终对准信标，输出对准时的运动载体姿态角及运动载体姿态角偏差。具体包括以下步骤：

S2.1：在运动载体的运动过程中，在IMU或INS的辅助下，获得运动载体的运动信息，即运动载体的经纬度信息、姿态角以及姿态角变化率；

S2.2：利用运动载体的经纬度信息、姿态角以及信标位置确定定向天线的天线波束在地理系的方位角A、俯仰角E、极化角V，并利用天线波束控制系统实现波束调整，使定向天线初步对向信标，实现信标信号的捕获；

S2.3：定向天线捕获到信标信号后，以信号极大值方式精对准信标，完成信标稳定跟踪，并得到精对准时定向天线的天线波束在地理系实际的方位角A_T与俯仰角E_T；

S2.4：实现波束跟踪后，根据方位角和俯仰角控制偏差信号，获得运动载体的姿态角偏差，运动载体的姿态角偏差即方位角A、俯仰角E与实际的方位角A_T、俯仰角E_T之间的偏差。

运动载体运动过程中，IMU或INS不断的测量出运动载体的姿态变化，并利用波束控制系统调整波束指向，以保证定向天线波束始终指向信标并持续跟踪。

S3：利用多普勒频移跟踪模块接收定向天线获得的信标信号，并测量获得信标信号中由于运动载体运动带来的多普勒频率信息。当S1选择多个信标和多个定向天线时，多个波束对准多个信标，可获得多个多普勒频率和波束指向信息。