[发明专利]扩跳频体制的无线电导航系统

说明书

(一)技术领域

本发明涉及无线电导航技术，特别是一种扩跳频体制的无线电导航系统。

(二)背景技术

无线电导航系统在航空和航海中具有重要作用，可以提供快速可靠的导航定位信息。然而，无线电导航系统存在的一个重要问题就是抗干扰问题。传统的无线电导航系统一般采用脉冲相位体制，如罗兰C、台卡等。这种体制的导航系统定位精度低，保密性差，很容易受到外界的干扰。随着科学技术的发展，扩频技术的出现，直扩技术被应用到无线电导航系统中来提高其抗干扰性能。美国的GPS、欧洲的GALILEO和中国的COMPASS都采用了直扩的体制。专利申请号为200810063892.4的发明专利文件中，提出了一种“中短波扩频无线电导航系统”，该技术方案也是一种采用直扩体制的陆基无线电导航系统。直扩技术的使用，大大提高了无线电导航系统的抗干扰能力，但直扩系统抗单频干扰、窄带干扰和跟踪式干扰的能力较差，远近效应严重。同时，直扩系统的保密性和抗干扰性是靠增加伪码的长度和速率来保证的，这必然增加系统的复杂度。因此，如何有效地提高系统的保密性能和抗干扰性能对无线电导航系统具有至关重要的作用。

(三)发明内容

本发明的目的是将扩跳频技术应用到无线电导航系统中，从而有效地提高系统的保密性能和抗干扰能力。

本发明的又一目的是将扩跳频技术应用到无线电导航系统中，用一个较小的直扩处理增益和一个较小的跳频处理增益获得一个较大的系统处理增益，从而降低系统的复杂度。

本发明的目的是这样实现的：

它包括N个分布在不同位置的发射台和导航接收机，其中N≥3；所述发射台包括信源1、信息编码器2、高通滤波器4和功率放大器5，所述的导航接收机的组成包括低噪声放大器6、射频前端7、观测量提取模块9、导航电文提取模块10和导航解算模块11；在发射台的信息编码器2与高通滤波器4之间串接有扩跳频调制模块3；导航接收机的射频前端7后连接扩跳频同步模块8，扩跳频同步模块8的两路输出分别连接观测量提取模块9和导航电文提取模块10，观测量提取模块9和导航电文提取模块10连接导航解算模块11。

在发射端，信息编码器2调制信源1发出的信息，扩跳频调制模块3的输入端通过其内部的直扩调制器3-1-1连接到信息编码器2的输出端，以接收信息序列；直扩伪码发生器3-1-2输出直扩伪码给直扩调制器3-1-1，直扩伪码通过直扩调制器3-1-1调制信息序列，以产生直扩信号。跳频伪码发生器3-2-3输出跳频序列控制频率合成器3-2-2，以产生跳变载波；跳变载波通过跳频调制器3-2-1调制直扩信号，以产生扩跳频信号；扩跳频信号经过高通滤波器4和功率放大器5产生射频信号，发射天线发出射频信号；与直扩系统的主要不同点在于：直扩系统扩频调制只有直扩伪码的调制，而扩跳频系统扩跳频调制模块3包括直扩调制模块3-1和跳频调制模块3-2两部分，即先进行直扩伪码的调制，再进行跳变载波的调制。

在接收端，接收天线接收射频信号给低噪声放大器6；射频信号经过低噪声放大器6和射频前端7转变为中频信号；信号同步模块8通过其内部的跳频初同步模块8-1输入端连接射频前端7输出端，跳频初同步模块8-1输出端连接直扩伪码捕获模块8-2输入端，直扩伪码捕获模块8-2输出端连接直扩伪码跟踪模块8-3输入端，直扩伪码跟踪模块8-3输出端连接载波跟踪模块8-3输入端；观测量提取模块9从信号同步模块8中提取提取伪距观测量，导航电文提取模块10从信号同步模块8中提取发射台位置信息，导航解算模块11通过观测量提取模块9提供的伪距观测量和导航电文提取模块10提供的发射台位置信息解算出导航接收机的位置。与直扩系统的主要不同点在于：扩跳频系统的载波频率由跳频伪码控制随机地跳变，因此先跳频同步，再直扩同步；而直扩系统只需进行直扩码的同步。

导航解算模块11采用圆圆定位方式，圆圆定位是通过测量发射台和导航接收机之间的距离来进行导航解算的；若已知发射台的位置以及发射台和接收机之间的距离，那么接收机一定在以发射台为圆心，以该距离为半径的圆上。当有多个发射台时，圆圆的交点就是接收机的位置。各发射台的时间装置采用高精度的原子钟，其时间是严格同步的。然而，接收机上时钟采用石英钟，和发射台有钟差，设为Δτ；在导航解算过程中有三个未知量x、y和Δτ，伪距观测量ρ₁、ρ₂和ρ₃可以由观测量提取模块9提供，这样可得导航接收机位置的平面坐标方程：