一種軍用抗干擾車載導航儀的制作方法

本發明涉及車載導航設備領域。更具體地，涉及一種軍用抗干擾車載導航儀。

背景技術：

陣地導航是裝備車輛落位的重要手段，其導航定位結果是關系到裝備車輛陣地布局和各種作戰指令的重要參數，因此，對裝備車輛的陣地落位精度要求較高。目前，在裝備車輛到達預定站址的過程中，操作人員一般采用紙質地圖和簡單繪制的路線進行行駛和落位。

隨著精細化和信息化作戰的要求越來越高，裝備車輛必須進行快速轉移、精確導航及精確落位，以確保給雷達準確的裝備車輛位置關系，而通過駕駛員采用紙質地圖和簡單繪制路線的方式進行行駛和落位存在多種問題：1、信息化程度低，紙質地圖是單一的數據信息，操作人員受到可辨識度和操作效率低的紙質地圖的影響，在駕駛過程中無法專心及精確駕駛，可能導致行軍速度慢和落位地點與規劃地點間存在較大誤差；2、自動化程度低，無法自動搜索目的地和規劃行軍路線，不能根據目標進行自動語音提示，完全依靠人為操作；3、通用性差，紙質地圖標注和路線繪制要求和風格會因地區和個人因素而不一樣，通用性差，容易造成誤解；4、交互功能差，未具有良好的實時地圖導航交互界面，尤其是適用于作戰裝備陣地導航的交互功能；5、應急性差，無法統一管理多個陣地之間的行軍轉移路線，緊急情況下各車輛無法高效的完成陣地間的行軍轉移，同時也無法直接獲得定位數據，快速進入戰備狀態。

因此，為了解決目前裝備車輛陣地導航存在的問題，需要提供一種軍用抗干擾車載導航儀，提供一種可抵抗多種干擾、能夠應用于民用導航和軍用導航，解決現有裝備車輛導航存在的信息化程度低、自動化程度低、通用性差、交互功能差和應急性差的問題，提高裝備車輛陣地導航的精確度和信息化。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種軍用抗干擾車載導航儀，以提供一種可抵抗多種干擾、能夠應用于民用導航和軍用導航，提高裝備車輛陣地導航的精確度和信息化。

為解決上述技術問題，本發明采用下述技術方案：

本發明公開了一種軍用抗干擾車載導航儀，其特征在于，所述導航儀包括：

抗干擾天線模塊，用于接收衛星高頻信號，對所述高頻信號進行下變頻得到中頻信號，去除所述中頻信號中的干擾信號并進行低噪聲放大，得到定位信號；

導航定位模塊，用于對所述定位信號進行處理得到觀測量信息，并對所述觀測量信息進行卡爾曼濾波，輸出衛星定位信息；

陣地導航模塊，用于根據陣地路線規劃和所述導航定位模塊輸出的衛星定位信息完成車輛的陣地導航。

優選地，所述抗干擾天線模塊包括天線接收陣列、調零接收通道、信號處理單元、低噪放單元和供電單元；

所述天線接收陣列用于接收來自北斗二號、GPS或GLONASS衛星播發的高頻信號；

所述調零接收通道用于將所述高頻信號進行下變頻得到中頻信號；

所述信號處理單元用于去除所述中頻信號的干擾信號；

所述低噪放單元用于對去除干擾信號后的中頻信號進行低噪聲放大，得到定位信號。

優選地，所述天線接收陣列包括4個北斗二號雙頻點天線和1個GPS/GLONASS天線；

所述4個北斗二號雙頻點天線相互之間的間距按照半波長距離擺放。

優選地，所述信號處理單元包括4路模數轉換器、1路數模轉換器和FPGA芯片電路。

優選地，所述信號處理單元通過盲信號檢測及干擾抑制方法，對天線接收陣列中的每個北斗二號雙頻點天線的中頻信號加權來調整所述中頻信號的幅度和相位，使所述中頻信號中的干擾信號相互抵消。

優選地，所述供電單元包括濾波保護電路、隔離電源芯片和電源轉換芯片。

優選地，所述導航定位模塊包括射頻通道模塊、基帶處理模塊和導航定位處理模塊；

所述射頻通道單元用于接收導航定位模塊的定位信號，將所述定位信號轉換為定位中頻信號；

所述基帶處理單元用于將定位中頻信號進行模數轉換并處理得到觀測量信息；

所述導航定位處理單元用于對所述觀測量信息進行卡爾曼濾波處理，輸出各個衛星定位的位置、速度和時間信息。

優選地，所述觀測量信息包括偽距信息、多普勒信息和載波相位信息。

優選地，所述陣地導航模塊包括顯示單元和導航平臺；

所述顯示單元用于提供人機交互界面，將操作人員的操作指令傳輸至所述導航平臺并顯示所述導航平臺的車輛導航狀態；

所述導航平臺用于接收操作人員的操作指令，根據陣地路線規劃和所述導航定位模塊輸出的衛星定位信息完成車輛的陣地導航。

優選地，所述車載導航儀進一步包括地形勘測設備和數據傳輸器；

所述地形勘測設備用于對陣地地形進行勘測，得到陣地地形數據；

所述數據傳輸器用于獲取并處理所述陣地地形數據，得到陣地路線規劃，并將所述陣地路線規劃傳輸至所述陣地導航模塊。

本發明的有益效果如下：

本發明采用自適應調零技術，可確保導航儀在北斗二號系統受到脈沖、窄帶和寬帶干擾的復雜電磁環境下，具有消除多種干擾源影響的能力，并通過卡爾曼濾波算法進行平滑濾波，提高定位精度。本發明可應用于民用導航或軍用導航，同時本發明能夠存儲上千條已完成勘測的行軍路線，根據實際使用需求將多個陣地之間的行軍轉移路線提前勘測完畢，裝訂到抗干擾車載導航儀中，緊急情況下各裝備車輛可以獨自根據抗干擾車載導航儀的導航高效的完成陣地間的行軍轉移，還能將各車輛的行車軌跡記錄下來，便于事后掌握各車輛的行軍路線，使得裝備系統的作戰模式更精細化和信息化，提高了裝備車輛的導航效率和行軍效率。本發明在外形尺寸上也嚴格控制裝備的大小，提高車載導航儀的小型化和適用性。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1示出本發明一種軍用抗干擾車載導航儀的示意圖；

圖2示出本發明一種軍用抗干擾車載導航儀具體實例的示意圖；

圖3示出本發明一種軍用抗干擾車載導航儀具體實例中陣地導航模塊的實物圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例和附圖對本發明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護范圍。

如圖1和圖2所示，本發明公開了一種軍用抗干擾車載導航儀，所述導航儀包括抗干擾天線模塊、導航定位模塊和陣地導航模塊。

所述抗干擾天線模塊用于接收衛星高頻信號，對所述高頻信號進行下變頻得到中頻信號，去除所述中頻信號中的干擾信號并進行低噪聲放大，得到定位信號。

所述抗干擾天線模塊可包括天線接收陣列、調零接收通道、信號處理單元、低噪放單元和供電單元。其中，所述天線接收陣列用于接收來自北斗二號、GPS或GLONASS衛星播發的高頻信號，所述天線接收陣列優選的采用4個北斗二號雙頻點天線和1個GPS/GLONASS天線，所述4個北斗二號雙頻點天線相互之間的間距需嚴格按照半波長距離擺放，所述GPS/GLONASS天線兼容GPS和GLONASS兩種工作模式，可接收GPS或GLONASS衛星系統發射的高頻信號。因此，本發明可兼容北斗二號、GPS和GLONASS三個衛星導航系統的能力，可根據不同需求進行靈活的切換，提高了車載導航設備的通用性和兼容性。

所述調零接收通道用于將所述高頻信號進行下變頻得到中頻信號，優選的可包括4個北斗2號下變頻通道。所述調零接收通道根據抗干擾指標要求，可設定輸入信號的最大幅度為-60dBm，即要求在輸入信號幅度為-60dBm時，電子測量儀器(ADC)達到最大輸入，即1Vpp，則相對50歐姆為4dBm，據此調零接收通道設計增益為64dB。由于本實施例中采用了雙頻點天線，且兩個頻點信號相位差90度，因此用3dB電橋將雙路信號合成為一路，且為了減少通道的一致性差異，采用一級混頻，輸出的中頻信號的中心頻率為85MHz。

所述信號處理單元用于去除所述中頻信號的干擾信號，優選的可包括4路模數轉換器、1路數模轉換器和FPGA芯片電路，輸入的中頻信號中心頻率為85MHz，模數轉換器的采樣率為68MHz，采用帶通采樣方式，根據帶通采樣定理可得，經過采樣的數字信號的中心頻率為17MHz。模數轉換器的數據發送到FPGA芯片電路，通過FPGA芯片電路進行處理，采用最小均方算法(LMS算法)實現對干擾信號的抑制。運算結果通過數模轉換器輸出，輸出采樣率采用68MHz，輸出的標注中頻信號的中心頻率為17MHz。

所述低噪放單元可用于對去除干擾信號后的中頻信號進行低噪聲放大，得到定位信號。

所述抗干擾天線模塊還可包括供電單元，所述供電單元可由濾波保護電路、隔離電源芯片和電源轉換芯片組成，本實施例中導航儀由車載蓄電池直流28V直接供電，考慮到電源的過沖、過壓和欠壓情況時電源的工作情況，在輸入端設計了濾波保護電路。所述濾波保護電路包含TVS二極管、共模抑制線圈和隔離電源模塊。所述隔離電源模塊優選的可采用隔離電源芯片采用Vicor公司的芯片PI3106，該濾波保護電路能夠防電源浪涌，抑制共模干擾，并啟到保護作用，提高了天線的電磁兼容性能。所述供電模塊還可包括電源轉換模塊，該電源轉換模塊可包括電源轉換芯片，優選的選用Linear公司的LTC3546，LTC3546芯片具有雙路電源輸出的功能，可通過SW1D管腳配置雙路輸出電流，即3A/1A或2A/2A，輸入電壓范圍為2.25～5V，輸出電壓范圍0.6～5V，電源轉換效率可達95％。

本發明中，所述抗干擾天線模塊采用自適應調零技術，當北斗二號系統在脈沖、窄帶和寬帶干擾的復雜電磁環境下時，通過天線接收陣列接收導航衛星系統發出的高頻信號，然后通過調零接收通道和信號處理單元，通過盲信號檢測及干擾抑制方法，對天線接收陣列中的每個天線陣元的信號進行加權來調整每個天線陣元接收信號的幅度和相位，使天線陣元接收到的干擾信號相互抵消，而有用信號則幾乎不受損失。天線權值的調整是自適應的，能夠自動判別干擾的來向，從而有效地去除干擾，消除多種干擾源的影響。

所述導航定位模塊用于對所述定位信號進行處理得到觀測量信息，并對所述觀測量信息進行卡爾曼濾波，輸出衛星定位信息，利用卡爾曼濾波的定位算法，可對定位結果進行有效平滑，提出異常定位結果，提高定位精度。所述導航定位模塊可通過射頻電纜與所述抗干擾天線模塊連接，接收所述抗干擾天線模塊傳輸的所述定位信號。

所述導航定位模塊可包括射頻通道單元、基帶處理單元、導航定位處理模塊和PRM芯片。所述射頻通道單元可用于接收導航定位模塊的定位信號，將所述定位信號轉換為定位中頻信號，輸入至基帶處理單元。在射頻通道單元設計中主要考慮的方面有放大器的線性和多衛星通道的相互隔離等。所述基帶處理單元可用于將定位中頻信號進行模數轉換，然后輸入到FPGA電路中完成衛星定位信號的數字下變頻、偽碼相關、捕獲、同步等功能，最終輸出偽距、多普勒、載波相位等觀測量信息輸出至導航定位輸出單元。導航定位處理單元從基帶處理單元獲得觀測量信息，對觀測量信息進行卡爾曼濾波處理，完成多衛星信息的融合，并實現多衛星的定位以及速度和時間輸出功能，同時根據衛星接收情況對基帶處理單元的工作流程、通道的參數等進行設置。所述PRM芯片可作為精密測距碼發生器，并提供Q支路電文解格式功能。

所述陣地導航模塊用于根據陣地路線規劃和所述導航定位模塊輸出的衛星定位信息完成車輛的陣地導航。

所述陣地導航模塊可包括顯示單元和導航平臺。所述顯示單元可用于提供人機交互界面，將操作人員的操作指令傳輸至所述導航平臺并顯示所述導航平臺的車輛導航狀態。所述顯示單元可包括顯示屏和按鍵模塊，所述顯示屏優選采用10寸高清晰真彩色數字屏，其顯示分辨率優選為800*600以上，能夠為用戶提供友好的操作顯示界面，實時顯示車載導航儀的導航定位、數字地圖和各種提示信息。所述按鍵模塊可提供F1～F5鍵、功能鍵、方向鍵、確認鍵和開關鍵共12個按鍵的響應電路，能夠實時響應按鍵操作，并在顯示單元上顯示相關操作的信息反饋，如圖3所示。

所述導航平臺可用于接收操作人員的操作指令，根據陣地路線規劃和所述導航定位模塊輸出的衛星定位信息完成車輛的陣地導航。所述導航平臺采用單一實體窗口承載多個虛擬窗口的設計方法，完成車載導航儀定位信息顯示和對路徑信息、航跡信息以及地圖數據進行管理。導航平臺可以加載民用或軍用電子地圖，實現民用導航和軍用導航的多功能應用，利用軍用或民用導航功能指導各車輛完成大范圍的行軍轉移，并實時顯示裝備車輛位置的經緯高，并給裝備車輛發送定位結果。在應用時，軍用抗干擾車載導航儀執行任務前根據操作人員的輸入進行線路規劃或執行已存在的線路規劃，并實時記錄作戰裝備的運行軌跡，同時可對路徑信息數據、航跡信息數據和地圖數據進行管理和修改，可通過顯示單元實時顯示裝備車輛的經緯高、坐標、速度、航向并進行語言提示導航，并可對航路點、航跡、路徑進行添加、刪除、編輯等管理。除此之外，導航平臺還可支持地圖的測距、測角、縮放、漫游配置等功能，并實現多坐標系統的轉換，包括CGCS2000、WGS84、BJ54等坐標系。導航平臺在導航過程中。

所述車載導航儀進一步可包括地形勘測設備和數據傳輸器。所述地形勘測設備可用于對陣地地形進行勘測，得到陣地地形數據。所述數據傳輸器可用于獲取并處理所述陣地地形數據，得到陣地路線規劃，并將所述陣地地形數據和陣地路線規劃傳輸至所述陣地導航模塊，數據傳輸器通過專用RS422接口或專用以太網口實現與地形勘測設備以及陣地導航模塊的同步，接收、存儲、發送陣地地形數據和路徑規劃方案，實現了以自身為媒介代替紙質文件在地形勘測設備和車載導航儀之間路徑信息數據、航跡信息數據和地圖數據的相互傳輸。由此，導航平臺可通過數據傳輸器下載已勘測完成的陣地地形和陣地路線并進行導航，指引車輛到達指定位置，在導航平臺可設置提供操作人員輸入指定目標點坐標或經緯高的功能模塊，從而根據操作人員的輸入進行自動計算航向、距離和時間的導航。

本發明采用自適應調零技術，可確保導航儀在北斗二號系統受到脈沖、窄帶和寬帶干擾的復雜電磁環境下，具有消除多種干擾源影響的能力，并通過卡爾曼濾波算法進行平滑濾波，提高定位精度。且本發明可應用于民用導航或軍用導航，可以加載民用或軍用電子地圖，利用民用或軍用導航功能指導各裝備車輛完成大范圍的行軍轉移。同時本發明的車載導航儀能夠存儲上千條已完成勘測的行軍路線，根據實際使用需求將多個陣地之間的行軍轉移路線提前勘測完畢，裝訂到抗干擾車載導航儀中，緊急情況下各裝備車輛可以獨自根據抗干擾車載導航儀的導航高效的完成陣地間的行軍轉移。行軍過程緊急展開的情況下，可以直接裝訂抗干擾車載導航儀定位數據，使裝備系統快速進入戰備狀態。除了完成部隊行軍導航功能外，還能將各車輛的行車軌跡記錄下來，便于事后掌握各車輛的行軍路線，使得裝備系統的作戰模式更精細化和信息化，提高了裝備車輛的導航效率和行軍效率。且本發明提供可交互平臺，操作人員可通過顯示屏導航定位信息的輸入，抗干擾車載導航儀能夠自動導航，操作人員也可實時觀察導航任務完成情況，交互功能和應急性強。本發明在外形尺寸上也嚴格控制裝備的大小，提高車載導航儀的小型化和適用性。

顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之列。