一種利用慣性導(dǎo)航設(shè)備的導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子信息技術(shù)領(lǐng)域，具體是指冷啟動(dòng)下，一種利用慣性導(dǎo)航設(shè)備的導(dǎo) 航接收機(jī)抗干擾的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 公知地，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是以人造衛(wèi)星作為導(dǎo)航臺(tái)的星基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，由于衛(wèi) 星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)的功率很低，面臨著復(fù)雜惡劣的信道環(huán)境，易受到多種形式的有意或 無意干擾，導(dǎo)致導(dǎo)航接收機(jī)導(dǎo)航定位性能的下降，因此，必須采取措施對(duì)抗這些干擾以保證 導(dǎo)航接收機(jī)的定位效能。
[0003] 目前衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)主要采用自適應(yīng)空域或聯(lián)合空時(shí)濾波，主要分為兩類：第一 類是將零陷對(duì)準(zhǔn)干擾，用抑制或?qū)οk法降低干擾的影響；第二類是通過波束賦形提升對(duì) 信號(hào)的天線增益，而用低旁瓣對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)，達(dá)到提高信噪比的目的。但是上述兩類方案存 在明顯缺陷：第一類方案中基于零陷的自適應(yīng)處理技術(shù)只考慮抑制干擾，沒有顧及增強(qiáng)衛(wèi) 星信號(hào)，因此這類方法不需要預(yù)知衛(wèi)星信號(hào)來向。第二類方案中需要預(yù)知期望衛(wèi)星的方向 作為對(duì)處理器權(quán)矢量的約束，這種基于波束控制的自適應(yīng)處理除了在干擾來向形成深陷之 外，還在衛(wèi)星信號(hào)方向形成高增益波束，能在抑制干擾的同時(shí)增強(qiáng)衛(wèi)星信號(hào)，從而顯著提高 抗干擾能力。但實(shí)際應(yīng)用中由于不能預(yù)知衛(wèi)星信號(hào)方向，通常采取陣列天線模擬出多個(gè)波 束的方法，使各個(gè)波束指向預(yù)先劃分的不同方向，從而使合成波束能夠覆蓋整個(gè)上半球，使 各顆衛(wèi)星都能夠被相應(yīng)的波束覆蓋；因此，現(xiàn)有技術(shù)采用的波束指向是預(yù)先劃分的，不能根 據(jù)實(shí)際運(yùn)行時(shí)衛(wèi)星信號(hào)來向自適應(yīng)的調(diào)整波束指向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中波束指向的預(yù)先劃分，不能根據(jù)實(shí)際運(yùn)行時(shí)衛(wèi) 星信號(hào)來向自適應(yīng)的調(diào)整波束指向；從而提供一種利用慣性導(dǎo)航設(shè)備輔助波束形成的導(dǎo)航 接收機(jī)抗干擾的方法和裝置，利用慣導(dǎo)設(shè)備提供的輔助信息來自適應(yīng)的劃分波束的指向。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案包括，根據(jù)慣導(dǎo)提供的信息計(jì)算出衛(wèi)星與天線陣列之間的導(dǎo)向 矢量，調(diào)整陣列的加權(quán)權(quán)值形成波束使其指向衛(wèi)星信號(hào)來向。
[0006] 所述衛(wèi)星信號(hào)的波束成形的加權(quán)權(quán)值的計(jì)算過程包括如下步驟： 步驟1，由GNSS接收機(jī)獲取存儲(chǔ)的接收機(jī)的上一次開機(jī)時(shí)的定位位置，或者從慣性導(dǎo) 航設(shè)備獲得當(dāng)前接收機(jī)的位置信息； 步驟2,由RTC設(shè)備提供當(dāng)前時(shí)間信息，根據(jù)遭受干擾之前存儲(chǔ)的衛(wèi)星星歷或者歷書計(jì) 算得到當(dāng)前時(shí)刻衛(wèi)星所處的空間位置； 步驟3,根據(jù)步驟1得到的衛(wèi)星位置信息，步驟2得到的載體的位置信息與姿態(tài)信息，經(jīng) 過如下的公式計(jì)算： 設(shè)在ECEF坐標(biāo)系下，衛(wèi)星的位置，載體的位置:|1(1沙|?i與姿態(tài)載體的 三個(gè)姿態(tài)：航向（Y:Yaw)、橫滾（R :Roll)、俯仰（P :Pitch); 設(shè)游表示衛(wèi)星信號(hào)的導(dǎo)向矢量，設(shè)史表示載體位置向量與ECEF坐標(biāo)系XOY平面的俯仰 角，沈表示相應(yīng)的方位角，指X軸到載體位置矢量在Χ0Υ面投影矢量的角；根據(jù)載體位置得 到ECEF坐標(biāo)系到地表坐標(biāo)(北-東-上坐標(biāo)系即ENU)的轉(zhuǎn)換矩陣。
[0007] 再根據(jù)載體的姿態(tài)，得到載體的姿態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣
衛(wèi)星 信號(hào)矢量莽轉(zhuǎn)化為：
J從ECEF坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為載體固定坐標(biāo)系的矢量； 設(shè)于是衛(wèi)星信號(hào)與天線陣列的俯仰角努表示為：

得到的方位角液、俯仰角#就是衛(wèi)星信號(hào)的波達(dá)角（D0A)，此時(shí)得到衛(wèi)星信號(hào)的波達(dá) 角； 步驟4,根據(jù)步驟3得到的衛(wèi)星信號(hào)的D0A可以相應(yīng)的得到衛(wèi)星信號(hào)的導(dǎo)向矢量，應(yīng)用 一種并行的多波束抗干擾方法，該方法同時(shí)生成多個(gè)波束，每個(gè)波束只對(duì)準(zhǔn)單顆衛(wèi)星； 其中加權(quán)矢量為
其中，是陣列接收信號(hào)的協(xié)方差矩陣。
[0008] 多個(gè)波束同時(shí)對(duì)準(zhǔn)四顆及四顆以上的衛(wèi)星，將波束形成的結(jié)果送入接收機(jī)，完成 抗干擾處理。
[0009] 裝置包括依次連接的計(jì)算單元，預(yù)設(shè)單元，統(tǒng)計(jì)單元，求逆單元，加權(quán)單元，接收單 元，調(diào)制單元，確定單元； 裝置通過計(jì)算單元與預(yù)設(shè)單元計(jì)算導(dǎo)向矢量。
[0010] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括，1.能自適應(yīng)的劃分波束的指向；2.利用慣導(dǎo)設(shè)備得到的位置 信息控制多天線合成的波束指向，達(dá)到增強(qiáng)信號(hào)接收增益、同時(shí)削弱干擾的效果。
【附圖說明】
[0011] 附圖1為裝置結(jié)構(gòu)圖； 附圖2為波束處理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 本發(fā)明根據(jù)慣導(dǎo)提供的信息計(jì)算出衛(wèi)星與天線陣列之間的導(dǎo)向矢量，調(diào)整陣列的 加權(quán)權(quán)值形成波束使其指向衛(wèi)星信號(hào)來向。參見附圖1，本裝置包括依次連接的計(jì)算單元 1，預(yù)設(shè)單元2,統(tǒng)計(jì)單元3,求逆單元4,加權(quán)單元5,接收單元6,調(diào)制單元7,確定單元8 ;裝 置通過計(jì)算單元1與預(yù)設(shè)單元2計(jì)算導(dǎo)向矢量。
[0013] 特別地，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以 做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所 附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
[0014] 所述衛(wèi)星信號(hào)的波束成形的加權(quán)權(quán)值的計(jì)算過程包括如下步驟： 步驟1，由GNSS接收機(jī)獲取存儲(chǔ)的接收機(jī)的上一次開機(jī)時(shí)的定位位置，或者從慣性導(dǎo) 航設(shè)備獲得當(dāng)前接收機(jī)的位置信息； 步驟2,由RTC設(shè)備提供當(dāng)前時(shí)間信息，根據(jù)遭受干擾之前存儲(chǔ)的衛(wèi)星星歷或者歷書計(jì) 算得到當(dāng)前時(shí)刻衛(wèi)星所處的空間位置； 步驟3,根據(jù)步驟1得到的衛(wèi)星位置信息，步驟2得到的載體的位置信息與姿態(tài)信息，經(jīng) 過如下的公式計(jì)算： 設(shè)在ECEF坐標(biāo)系下，衛(wèi)星的位置_||_)|>1_|，載體的位置與姿態(tài)載體的 三個(gè)姿態(tài)：航向（Y:Yaw)、橫滾（R :Roll)、俯仰（P :Pitch); 設(shè)及..表示衛(wèi)星信號(hào)的導(dǎo)向矢量，設(shè)或:表示載體位置向量與ECEF坐標(biāo)系Χ0Υ平面的俯仰 角，:?表示相應(yīng)的方位角，指X軸到載體位置矢量在Χ0Υ面投影矢量的角；根據(jù)載體位置得 到ECEF坐標(biāo)系到地表坐標(biāo)(北-東-上坐標(biāo)系即ENU)的轉(zhuǎn)換矩陣。
[0015] 再根據(jù)載體的姿態(tài)，得到載體的姿態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣
衛(wèi)星 信號(hào)矢量裊轉(zhuǎn)化為：
丨從ECEF坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為載體固定坐標(biāo)系的矢量； 設(shè)于是衛(wèi)星信號(hào)與天線陣列的俯仰角奶表示為：
得到的方位角、俯仰角取就是衛(wèi)星信號(hào)的波達(dá)角（D0A)，此時(shí)得到衛(wèi)星信號(hào)的波達(dá) 角； 步驟4,根據(jù)步驟3得到的衛(wèi)星信號(hào)的D0A可以相應(yīng)的得到衛(wèi)星信號(hào)的導(dǎo)向矢量，應(yīng)用 一種并行的多波束抗干擾方法，該方法同時(shí)生成多個(gè)波束，每個(gè)波束只對(duì)準(zhǔn)單顆衛(wèi)星； 其中加權(quán)矢量為：
其中，是陣列接收信號(hào)的協(xié)方差矩陣。
[0016] 多個(gè)波束同時(shí)對(duì)準(zhǔn)四顆及四顆以上的衛(wèi)星，將波束形成的結(jié)果送入接收機(jī)，完成 抗干擾處理。參見附圖2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用慣性導(dǎo)航設(shè)備的導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾的方法和裝置， 其特征是，根據(jù)慣導(dǎo)提供的信息計(jì)算出衛(wèi)星與天線陣列之間的導(dǎo)向矢量，調(diào)整陣列的 加權(quán)權(quán)值形成波束使其指向衛(wèi)星信號(hào)來向。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用慣性導(dǎo)航設(shè)備的導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾的方法和裝置， 其特征是，所述衛(wèi)星信號(hào)的波束成形的加權(quán)權(quán)值的計(jì)算過程包括如下步驟： 步驟1，由GNSS接收機(jī)獲取存儲(chǔ)的接收機(jī)的上一次開機(jī)時(shí)的定位位置，或者從慣性導(dǎo) 航設(shè)備獲得當(dāng)前接收機(jī)的位置信息； 步驟2,由RTC設(shè)備提供當(dāng)前時(shí)間信息，根據(jù)遭受干擾之前存儲(chǔ)的衛(wèi)星星歷或者歷書計(jì) 算得到當(dāng)前時(shí)刻衛(wèi)星所處的空間位置； 步驟3,根據(jù)步驟1得到的衛(wèi)星位置信息，步驟2得到的載體的位置信息與姿態(tài)信息，經(jīng) 過如下的公式計(jì)算： 設(shè)在ECEF坐標(biāo)系下，衛(wèi)星的位置P0,載體的位置Pl與姿態(tài)載體的三個(gè)姿態(tài)：航向Y、橫 滾R、俯仰P ; 設(shè)足表示衛(wèi)星信號(hào)的導(dǎo)向矢量，設(shè)史表示載體位置向量與ECEF坐標(biāo)系XOY平面的俯仰 角，:霉表示相應(yīng)的方位角根據(jù)載體位置得到ECEF坐標(biāo)系到地表坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換矩陣：再根據(jù)載體的姿態(tài)，得到載體的姿態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣：衛(wèi)星 信號(hào)矢量器轉(zhuǎn)化為：從ECEF坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為載體固定坐標(biāo)系的矢量； 設(shè)^:_|_11:，衛(wèi)星信號(hào)與天線陣列的俯仰角M表示為：當(dāng)方位角表示如下：得到的方位角茲、俯仰角興就是衛(wèi)星信號(hào)的波達(dá)角（DOA)，此時(shí)得到衛(wèi)星信號(hào)的波達(dá) 角； 步驟4,根據(jù)步驟3得到的衛(wèi)星信號(hào)的DOA可以相應(yīng)的得到衛(wèi)星信號(hào)的導(dǎo)向矢量，應(yīng)用 一種并行的多波束抗干擾方法，該方法同時(shí)生成多個(gè)波束，每個(gè)波束只對(duì)準(zhǔn)單顆衛(wèi)星； 其中加權(quán)矢量為：其中，是陣列接收信號(hào)的協(xié)方差矩陣。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用慣性導(dǎo)航設(shè)備的導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾的方法和裝 置，其特征是，多個(gè)波束同時(shí)對(duì)準(zhǔn)四顆及四顆以上的衛(wèi)星，將波束形成的結(jié)果送入接收機(jī)， 完成抗干擾處理。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用慣性導(dǎo)航設(shè)備的導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾的方法和 裝置，其特征是，裝置包括依次連接的計(jì)算單元（1)，預(yù)設(shè)單元（2)，統(tǒng)計(jì)單元（3)，求逆單元 (4)，加權(quán)單元（5)，接收單元（6)，調(diào)制單元（7)，確定單元（8); 裝置通過計(jì)算單元（1)與預(yù)設(shè)單元（2)計(jì)算導(dǎo)向矢量。
【專利摘要】本發(fā)明涉及電子信息技術(shù)領(lǐng)域，具體是指冷啟動(dòng)下，一種利用慣性導(dǎo)航設(shè)備的導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾的方法和裝置。根據(jù)慣導(dǎo)提供的信息計(jì)算出衛(wèi)星與天線陣列之間的導(dǎo)向矢量，調(diào)整陣列的加權(quán)權(quán)值形成波束使其指向衛(wèi)星信號(hào)來向。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括，1.能自適應(yīng)的劃分波束的指向；2.利用慣導(dǎo)設(shè)備得到的位置信息控制多天線合成的波束指向，達(dá)到增強(qiáng)信號(hào)接收增益、同時(shí)削弱干擾的效果。
【IPC分類】G01S19/21
【公開號(hào)】CN105353386
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510676966
【發(fā)明人】吳天笑, 鄭五星
【申請(qǐng)人】湖南中森通信科技有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年10月20日