一种高机动飞行器卫星导航终端及其使用方法和系统与流程

1.本技术涉及卫星导航通信领域，特别涉及一种高机动飞行器卫星导航终端及其使用方法和系统。


背景技术：

2.目前，导弹等高超声速、高机动飞行器卫星导航终端均可以在复杂的电磁环境下获取可靠的导航定位服务，但是容易受到多种形式的干扰。
3.相关技术中，导弹等高机动飞行器中采用阵列天线技术，可以提高空域滤波能力，能够有效应对敌方的压制性干扰；由于高机动飞行器结构及成本等的影响，抗干扰天线的阵元数量和布设位置均会受到限制，多以4阵元和7阵元的方案为主，采用平面或三维天线结构。
4.但是，传统的四元天线阵仅能接收来自同一个方向的卫星信号，主阵元的波束覆盖范围决定了天线阵的空域覆盖范围，若空域覆盖范围受限，则会影响卫星导航系统的收星性能，当高机动飞行器出现较大的滚转角时，四元天线阵对应空间方向的卫星数量可能较少，卫星信号较少，导致飞行器无法正常定位。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供一种高机动飞行器卫星导航终端及其使用方法和系统，以解决相关技术中高机动飞行器出现较大的滚转角时，四元天线阵对应空间方向的卫星数量和信号均较少，导致飞行器无法准确定位的问题。
6.第一方面，提供了一种高机动飞行器卫星导航终端，其包括：
7.天线阵列，所述天线阵列包括两个主阵元天线，两个所述主阵元天线分别用于设于高机动飞行器的两个呈夹角设置的侧壁上，两个所述主阵元天线之间设有两个辅阵元天线，两个所述主阵元天线和两个所述辅阵元天线之间的连线呈y字形；
8.卫星导航接收机，所述卫星导航接收机用于对两个所述辅阵元天线获取的卫星信号进行复用，并分别与两个所述主阵元天线获取的卫星信号进行预处理，以得到两组卫星原始观测数据，所述卫星导航接收机还用于对两组所述卫星原始观测数据进行基带信号处理，并将处理后的两组所述卫星原始观测数据融合，并对融合后的数据进行导航定位解算，以得到定位测速结果。
9.一些实施例中，两个所述主阵元天线沿两个所述辅阵元天线对称设置。
10.一些实施例中，所述天线阵列的最大波束覆盖角不小于180
°
。
11.第二方面，提供了一种高机动飞行器卫星导航终端的使用方法，其用于利用上述的高机动飞行器卫星导航终端实施，其步骤包括：
12.获取不同区域的卫星信号；
13.对两个辅阵元天线获取的卫星信号进行复用，分别与两个主阵元天线获取的卫星信号进行预处理，以得到两组卫星原始观测数据；
14.同时对两组所述卫星原始观测数据进行基带信号处理；
15.将处理后的两组所述卫星原始观测数据融合，对融合后的数据进行导航定位解算，以得到定位测速结果。
16.一些实施例中，所述对两个辅阵元天线获取的卫星信号进行复用，分别与两个主阵元天线获取的卫星信号进行预处理，包括：
17.对两个所述辅阵元天线获取的卫星信号进行复用，分别与两个所述主阵元天线获取的卫星信号进行下变频处理；
18.对经所述下变频处理后的所有所述卫星信息进行抗干扰处理。
19.一些实施例中，所述下变频处理包括：
20.将两个所述主阵元天线和辅阵元天线获取的卫星信息经信号低噪声放大器处理；
21.对处理后所述卫星信息依次进行多级混频、放大和滤波，以得到中频信号。
22.一些实施例中，所述抗干扰处理包括：
23.对经所述下变频处理后的所有所述卫星信息依次进行去直流处理、i/q变换、和自适应调零处理；
24.对处理后的所述卫星信息进行滤波和自动增益控制。
25.一些实施例中，将处理后的两组所述卫星原始观测数据融合后还包括：
26.判断所有的卫星原始观测数据的信噪比是否不小于预设信噪比，若是，则保留，若否，则剔除。
27.第三方面，提供了一种高机动飞行器卫星导航终端系统，其用于实施如上述的一种高机动飞行器卫星导航终端的使用方法，其特征在于，其包括：
28.天线模块，其用于获取不同区域的卫星信号；
29.信息处理模块，其用于对两个辅阵元天线获取的卫星信号进行复用，并分别与两个主阵元天线获取的卫星信号进行预处理，以得到两组卫星原始观测数据，所述信息处理模块还用于对两组所述卫星原始观测数据进行基带信号处理，并将处理后的两组所述卫星原始观测数据融合，并对融合后的数据进行导航定位解算，以得到定位测速结果。
30.第三方面，提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行任一项上述的使用方法。
31.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
32.本技术实施例提供了一种高机动飞行器卫星导航终端，由于两个主阵元天线分别设于高机动飞行器的两个呈夹角设置的侧壁上，两个主阵元天线之间设有两个辅阵元天线，卫星导航接收机可以对两个辅阵元天线获取的卫星信号进行复用，并分别与两个主阵元天线获取的卫星信号依次进行预处理和基带信号处理，并将处理后获得的两组卫星原始观测数据融合，并对融合后的数据进行导航定位解算，以得到定位测速结果，因此，本高机动飞行器卫星导航终端相比于传统四元天线阵，在满足抗干扰性能指标要求的前提下，通过采用天线复用及数字分集的方式拓宽了天线波束的覆盖范围，可以同时接收来自两个不同区域的卫星信号，覆盖范围更广，天线面接收的空域信号更多，当高机动飞行器出现较大的姿态变化时，可以捕获更多的卫星信号，满足高机动飞行器的定位需求，较好的改善了高机动飞行器在滚转角大幅度变化情况下四阵元天线的收星效果。
附图说明
33.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本技术实施例提供的高机动飞行器卫星导航终端的天线阵列的分布示意图；
35.图2为传统的主阵元天线的分布示意图及其波束覆盖范围；
36.图3为本技术实施例提供的天线阵列的分布示意图及其波束覆盖范围；
37.图4为本技术实施例提供的高机动飞行器卫星导航终端的使用方法完整的处理示意图；
38.图5为本技术实施例提供的高机动飞行器卫星导航终端的使用方法进行抗干扰处理后的处理示意图。
39.图中：1-天线阵列，10-主阵元天线，11-辅阵元天线。
具体实施方式
40.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
41.本技术实施例提供了一种高机动飞行器卫星导航终端，其能解决相关技术中高机动飞行器出现较大的滚转角时，四元天线阵对应空间方向的卫星数量和信号均较少，导致飞行器无法准确定位的问题。
42.参见图1和图3所示，本高机动飞行器卫星导航终端主要包括天线阵列1和卫星导航接收机，天线阵列1包括两个主阵元天线10，两个主阵元天线10分别用于设于高机动飞行器的两个呈夹角设置的侧壁上，也即两个主阵元天线10所处的两个侧壁之间会呈一定的夹角，两个侧壁不能相互平行；两个主阵元天线10之间设有两个辅阵元天线11，两个辅阵元天线11一般设于两个主阵元天线10所处的两个侧壁的交汇处，该交汇处位置相对最为凸出，两个主阵元天线10和两个辅阵元天线11之间的连线呈y字形，也即两个辅阵元天线11之间连线后，靠近两个主阵元天线10的辅阵元天线11再分别与两个主阵元天线10之间的连线整体构成y字形。卫星导航接收机位于高机动飞行器内部，其用于对两个辅阵元天线11获取的卫星信号进行复用，并分别与两个主阵元天线10获取的卫星信号进行预处理，以得到两组卫星原始观测数据，卫星导航接收机还用于对两组卫星原始观测数据进行基带信号处理，并将处理后的两组卫星原始观测数据融合，并对融合后的数据进行导航定位解算，以得到定位测速结果。
43.具体的，参见图2和图3所示，y字形天线阵列1的左右两个单天线均为主阵元天线10，分别与位于顶壁的两个辅阵元天线11构成两组抗干扰天线阵，所以，双主阵元的天线设计可以同时接收来自两个不同区域的卫星信号，相当于两组四阵元抗干扰天线阵。因此，本高机动飞行器卫星导航终端相比于传统四元天线阵，在满足抗干扰性能指标要求的前提
下，通过采用天线复用及数字分集的方式拓宽了天线波束的覆盖范围，可以同时接收来自两个不同区域的卫星信号，覆盖范围更广，天线面接收的空域信号更多，当高机动飞行器出现较大的姿态变化时，可以捕获更多的卫星信号，满足高机动飞行器的定位需求，较好的改善了高机动飞行器在滚转角大幅度变化情况下四阵元天线的收星效果。
44.进一步的，两个主阵元天线10沿两个辅阵元天线11对称设置。具体的，两个辅阵元天线11设于两个主阵元天线10之间，其两个辅阵元天线11之间的连线与两个主阵元天线10之间的连线垂直，且两个辅阵元天线11均位于两个主阵元天线10的同一侧，两个主阵元天线10沿两个辅阵元天线11对称设置，因此，位于正中间的辅阵元天线11与位于其周围的两个主阵元天线10和剩余一辅阵元天线11的连线可以构成标准的y字形。
45.进一步的，天线阵列1的最大波束覆盖角不小于180
°
。具体的，当只有一个主阵元天线10时，主阵元天线10设于顶壁处，也即当前辅阵元天线11设置的位置，其空域覆盖范围为α；抗干扰天线阵的空域覆盖范围主要取决于主阵元的波束覆盖范围，传统的仅有一个主阵元天线10的天线阵的覆盖范围具有局限性，而双主阵元的天线设计的波束覆盖范围更广，天线面接收的空域信号更多，双主阵元的天线设计的波束覆盖范围角γ为两个主阵元天线10之间的夹角β与只有一个主阵元天线10时的波束覆盖范围夹角α的和，使得当高机动飞行器出现较大的姿态变化时，双主阵元的天线设计对应空间方向的卫星数量会更多，可以捕获更多的卫星信号，满足高机动飞行器的定位需求。
46.本技术还提供了一种高机动飞行器卫星导航终端的使用方法，参见图4所示，其用于利用上述的高机动飞行器卫星导航终端实施，其步骤包括：首先获取不同区域的卫星信号，随后对两个辅阵元天线11获取的卫星信号进行复用，分别与两个主阵元天线10获取的卫星信号进行预处理，以得到两组卫星原始观测数据，同时对两组卫星原始观测数据进行基带信号处理，将处理后的两组卫星原始观测数据融合，最后对融合后的数据进行导航定位解算，以得到定位测速结果。双主阵元的天线设计可以同时接收来自两个不同区域的卫星信号，相当于两组四阵元抗干扰天线阵；因此，相比于传统四元天线阵，在满足抗干扰性能指标要求的前提下，通过采用天线复用及数字分集的方式拓宽了天线波束的覆盖范围，可以同时接收来自两个不同区域的卫星信号，覆盖范围更广，天线面接收的空域信号更多，当高机动飞行器出现较大的姿态变化时，可以捕获更多的卫星信号，满足高机动飞行器的定位需求，较好的改善了高机动飞行器在滚转角大幅度变化情况下四阵元天线的收星效果。
47.进一步的，对两个辅阵元天线11获取的卫星信号进行复用，分别与两个主阵元天线10获取的卫星信号进行预处理的步骤具体包括：对两个辅阵元天线11获取的卫星信号进行复用，分别与两个主阵元天线10获取的卫星信号进行下变频处理，以将接收的高频信号进行过滤和调频；对经下变频处理后的所有卫星信息进行抗干扰处理。
48.进一步的，下变频处理具体包括：将两个主阵元天线10和辅阵元天线11获取的卫星信息经信号低噪声放大器处理；对处理后卫星信息依次进行多级混频、放大和滤波，以得到中频信号。
49.进一步的，参见图5所示，抗干扰处理具体包括：对经下变频处理后的所有卫星信息依次进行去直流处理、i/q变换、和自适应调零处理；对处理后的卫星信息进行滤波和自动增益控制dagc。具体的，去直流处理是一种零中频的干扰，可能由本振泄露、低噪放强干
扰或前端偶数阶非线性失真等因素引起，将卫星信号中包含的直流分量进行消除，可有效防止直流分量影响后续的自适应调零处理；自适应调零具体为首先根据主阵元天线10选择控制信息，也即选择左主阵和右主阵获得两组四阵元抗干扰信息，对信息数据进行重排组合，随后根据阶数控制信息，对数据进行延时处理后与参数相乘累加，并且对参数进行不断迭代，最后将结果进行截位饱和处理后输出。
50.进一步的，将处理后的两组卫星原始观测数据融合后还包括：判断所有的卫星原始观测数据的信噪比是否不小于预设信噪比，若是，则保留，若否，则剔除。具体的，对自适应调零后的结果进行滤波和自动增益控制，保证输出信号功率在一定范围，对位于左侧的主阵元天线10和位于右侧的主阵元天线10分别进行抗干扰处理后，解算得到了两个不同区域的卫星的卫星原始观测数据，覆盖空域更广，卫星数量更多；通过对所有的卫星原始观测数据进行融合处理，选择信噪比高、卫星状态好的卫星参与定位测速解算，也即选择卫星原始观测数据的信噪比不小于预设信噪比的卫星，以保证可以精准定位，在收星效果较差的工况下可满足飞行器的定位需求。
51.本技术还提供了一种高机动飞行器卫星导航终端系统，其用于实施上述的高机动飞行器卫星导航终端的使用方法，其包括天线模块和信息处理模块，天线模块用于获取不同区域的卫星信号，信息处理模块用于对两个辅阵元天线11获取的卫星信号进行复用，并分别与两个主阵元天线10获取的卫星信号进行预处理，以得到两组卫星原始观测数据，信息处理模块还用于对两组卫星原始观测数据进行基带信号处理，并将处理后的两组卫星原始观测数据融合，并对融合后的数据进行导航定位解算，以得到定位测速结果。
52.其中，本高机动飞行器卫星导航终端系统的具体结构和运行原理与上述的高机动飞行器卫星导航终端的使用方法的步骤对应，这里不再重复描述。
53.本技术还提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，程序运行时执行任一项上述的使用方法，这里不再重复描述。
54.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
55.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
56.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种高机动飞行器卫星导航终端，其特征在于，其包括：天线阵列(1)，所述天线阵列(1)包括两个主阵元天线(10)，两个所述主阵元天线(10)分别用于设于高机动飞行器的两个呈夹角设置的侧壁上，两个所述主阵元天线(10)之间设有两个辅阵元天线(11)，两个所述主阵元天线(10)和两个所述辅阵元天线(11)之间的连线呈y字形；卫星导航接收机，所述卫星导航接收机用于对两个所述辅阵元天线(11)获取的卫星信号进行复用，并分别与两个所述主阵元天线(10)获取的卫星信号进行预处理，以得到两组卫星原始观测数据，所述卫星导航接收机还用于对两组所述卫星原始观测数据进行基带信号处理，并将处理后的两组所述卫星原始观测数据融合，并对融合后的数据进行导航定位解算，以得到定位测速结果。2.如权利要求1所述的一种高机动飞行器卫星导航终端，其特征在于：两个所述主阵元天线(10)沿两个所述辅阵元天线(11)对称设置。3.如权利要求1所述的一种高机动飞行器卫星导航终端，其特征在于：所述天线阵列(1)的最大波束覆盖角不小于180
°
。4.一种高机动飞行器卫星导航终端的使用方法，其用于利用如权利要求1所述的高机动飞行器卫星导航终端实施，其特征在于，其步骤包括：获取不同区域的卫星信号；对两个辅阵元天线(11)获取的卫星信号进行复用，分别与两个主阵元天线(10)获取的卫星信号进行预处理，以得到两组卫星原始观测数据；同时对两组所述卫星原始观测数据进行基带信号处理；将处理后的两组所述卫星原始观测数据融合，对融合后的数据进行导航定位解算，以得到定位测速结果。5.如权利要求4所述的一种高机动飞行器卫星导航终端的使用方法，其特征在于，所述对两个辅阵元天线(11)获取的卫星信号进行复用，分别与两个主阵元天线(10)获取的卫星信号进行预处理，包括：对两个所述辅阵元天线(11)获取的卫星信号进行复用，分别与两个所述主阵元天线(10)获取的卫星信号进行下变频处理；对经所述下变频处理后的所有所述卫星信息进行抗干扰处理。6.如权利要求5所述的一种高机动飞行器卫星导航终端的使用方法，其特征在于，所述下变频处理包括：将两个所述主阵元天线(10)和辅阵元天线(11)获取的卫星信息经信号低噪声放大器处理；对处理后所述卫星信息依次进行多级混频、放大和滤波，以得到中频信号。7.如权利要求5所述的一种高机动飞行器卫星导航终端的使用方法，其特征在于，所述抗干扰处理包括：对经所述下变频处理后的所有所述卫星信息依次进行去直流处理、i/q变换、和自适应调零处理；对处理后的所述卫星信息进行滤波和自动增益控制。8.如权利要求4所述的一种高机动飞行器卫星导航终端的使用方法，其特征在于，将处
理后的两组所述卫星原始观测数据融合后还包括：判断所有的卫星原始观测数据的信噪比是否不小于预设信噪比，若是，则保留，若否，则剔除。9.一种高机动飞行器卫星导航终端系统，其用于实施如权利要求4所述的一种高机动飞行器卫星导航终端的使用方法，其特征在于，其包括：天线模块，其用于获取不同区域的卫星信号；信息处理模块，其用于对两个辅阵元天线(11)获取的卫星信号进行复用，并分别与两个主阵元天线(10)获取的卫星信号进行预处理，以得到两组卫星原始观测数据，所述信息处理模块还用于对两组所述卫星原始观测数据进行基带信号处理，并将处理后的两组所述卫星原始观测数据融合，并对融合后的数据进行导航定位解算，以得到定位测速结果。10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行如权利要求4至8中任一项所述的使用方法。

技术总结
本申请涉及一种高机动飞行器卫星导航终端及其使用方法和系统，涉及卫星导航通信领域。两个主阵元天线分别设于高机动飞行器的两个呈夹角设置的侧壁上，两个主阵元天线之间设有两个辅阵元天线，卫星导航接收机可以对两个辅阵元天线获取的卫星信号进行复用，并分别与两个主阵元天线获取的卫星信号依次进行预处理和基带信号处理，并将处理后获得的两组卫星原始观测数据融合，并对融合后的数据进行导航定位解算，以得到定位测速结果。本申请提供的高机动飞行器卫星导航终端，在满足抗干扰性能指标要求的前提下，通过采用天线复用及数字分集的方式拓宽天线波束的覆盖范围，可以同时接收来自两个不同区域的卫星信号，覆盖范围更广，满足飞行定位需求。满足飞行定位需求。满足飞行定位需求。


技术研发人员：朱秋玥 王宇飞 王东 李然 吴量 陈三楚
受保护的技术使用者：湖北航天技术研究院总体设计所
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/8/14