[发明专利]一种基于相控阵天线的定位定向装置及方法

权利要求书

1.一种基于相控阵天线的定位定向装置，其特征在于，包括：

相控阵天线，安装于运动载体上，包含四个天线子阵，分别对应四个输出通道，四个天线子阵用于共同形成具有明显方向性的天线波束；

惯性测量组件或者惯性导航系统，搭载于运动载体，用于获取运动载体的运动信息，即运动载体经纬度信息、运动载体姿态角以及姿态角变化率；

天线波束控制模块，搭载于运动载体，利用运动载体经纬度信息、运动载体姿态角以及通信卫星位置确定相控阵天线的方位角、俯仰角，并利用接收机控制波束调整，实现相控阵天线精准对通信卫星；

多普勒频移跟踪模块，搭载于运动载体，完成通信卫星信标或载波信号的滤波、处理和多普勒频率跟踪，获得多普勒频移信息；

定位定向计算模块，搭载于运动载体，根据相控阵天线对准信标时的运动载体姿态角及姿态角偏差、通信卫星位置信息、运动载体接收到的信号多普勒频率信息，修正惯性测量组件或者惯性导航系统的误差，输出修正后的运动载体位置信息和航向信息。

2.根据权利要求1所述基于相控阵天线的定位定向装置，其特征在于，所述运动载体为导弹、飞机、舰船、炮弹或车辆，所述通信卫星为GEO、MEO或LEO卫星，所述相控阵天线为机械相控阵多波束天线、半导体相控阵天线、超材料相控阵天线、光学相控阵天线或DBF相控阵天线。

3.根据权利要求1所述基于相控阵天线的定位定向装置，其特征在于，所述相控阵天线方位角零位与运动载体的方向零位重合，测量并记录安装误差，相控阵天线的主瓣用于接收信号，主瓣的宽度尽量窄并且增益高，天线覆盖频率能够满足接收跟踪信标信号的要求，副瓣尽可能小以增强抗干扰性。

4.根据权利要求1所述基于相控阵天线的定位定向装置，其特征在于，所述天线波束控制模块利用单脉冲接收机或者跟踪接收机实现精确波束控制，所述单脉冲接收机为测幅体制或测相体制，能够分别接收四个子阵天线的输出信号，按照单脉冲测向原理给出天波波束方位角、俯仰角更精确偏差；所述跟踪接收机接收整个相控阵天线信号，并按照信号能量最大的原则辅助天线波束控制模块控制波束调整，实现相控阵天线精准对通信卫星。

5.根据权利要求1所述基于相控阵天线的定位定向装置，其特征在于，还包括：

GNSS模块，用于在GNSS信号可用时获取运动载体的位置。

6.利用权利要求1所述基于相控阵天线的定位定向装置的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1：已知运动载体的精确初始位置、固定或者移动的通信卫星位置信息，所述运动载体搭载有相控阵天线；

A2：基于所述天线波束控制模块，利用惯性测量组件或惯性导航系统辅助，在运动载体的运动过程中保持天线波束始终对准通信卫星，输出对准时的运动载体姿态角及姿态角偏差；

A3：利用多普勒频移跟踪模块接收相控阵天线获得的卫星信标或载波信号，并测量获得信号中由于运动载体运动带来的多普勒频率信息；

A4：基于相控阵天线对准通信卫星时运动载体姿态角及姿态角偏差、卫星位置信息以及运动载体接收到的信号多普勒频率信息，定位定向计算模块修正惯性测量组件或者惯性导航系统的误差，最后输出修正后的运动载体导航位置信息。