竇曉晶,劉京,呂鑫

(北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心,北京100094)

0 引 言

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)因具有覆蓋范圍廣、使用成本低的特點而被廣泛應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域,目前,全球四大導(dǎo)航系統(tǒng)GPS、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)、GLONASS、Galileo都已提供免費的導(dǎo)航定位授時服務(wù),其中,GPS衛(wèi)星軌道高度為20 200 km,GLONASS衛(wèi)星軌道高度為19 100 km,Galileo衛(wèi)星軌道高度為23 222 km,我國的BDS采用混合軌道設(shè)計,地球同步軌道(GEO)衛(wèi)星和傾斜地球同步軌道(IGSO)衛(wèi)星軌道高度為35 786 km,中圓軌道(MEO)衛(wèi)星軌道高度為21 528 km,中、高軌的衛(wèi)星星座設(shè)計導(dǎo)致衛(wèi)星落地信號功率極低,GPS的P碼信號落地功率最小為-161.5 dBW,C/A碼信號落地功率最小為-158.5 dBW[1];BDS衛(wèi)星信號落地功率最小為-163 dBW[2];GLONASS的L1頻點信號落地功率最小為-161 dBW[3];Galileo的E5信號落地功率最小為-155 dBW[4].這種信號強(qiáng)度相當(dāng)于16 000 km外一個25 W燈泡發(fā)出的光,也相當(dāng)于電視機(jī)天線所接收到的信號功率的十億分之一[5],極易受到自然環(huán)境及人為的干擾,功率為1 W的干擾源就有可能使半徑20 km范圍內(nèi)的民用接收機(jī)全部癱瘓[6].1997年,美軍正式提出“導(dǎo)航戰(zhàn)”的概念[7],衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的干擾與抗干擾躍然紙上,同時,隨著地面電磁信號越來越多,針對導(dǎo)航信號的人為與非人為干擾日益增多,導(dǎo)致導(dǎo)航信號使用嚴(yán)重受限.

目前,衛(wèi)星導(dǎo)航信號抗干擾主要有三種手段:1)衛(wèi)星信號自身抗干擾,采取的主要措施包括提高衛(wèi)星信號發(fā)射功率,采用新的導(dǎo)航信號[8-9]等;2)接收機(jī)抗干擾,采取的主要措施包括采用組合導(dǎo)航技術(shù)[10],如GPS與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)的組合,自適應(yīng)調(diào)零天線[11],軍碼直捕技術(shù)等;3)排除干擾源,采取的主要措施是對阻斷或干擾衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的人為或非人為射頻信號進(jìn)行探測和定位,最終對其進(jìn)行關(guān)?；虼輾?在第三種手段中使用較多的是地面干擾源測向系統(tǒng)和手持式干擾源查找設(shè)備,地面干擾源測向系統(tǒng)存在定位精度低、機(jī)動性弱、定位時間長、干擾定位對測向環(huán)境依賴性高等問題,而手持式干擾源查找設(shè)備,查找過程受地面環(huán)境影響較大.為解決上述問題,探索干擾源定位新方式的可行性,本文提出了一種基于無人飛行器的導(dǎo)航干擾源探測與定位系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)方法,該系統(tǒng)利用無人飛行器搭載監(jiān)測測向載荷,在空中進(jìn)行干擾信號監(jiān)測和干擾源定位,具備作用距離遠(yuǎn)、覆蓋區(qū)域大和機(jī)動性強(qiáng)等優(yōu)點,可以有效克服地面干擾測向天線受高建筑群遮擋、移動車行進(jìn)受復(fù)雜地形及道路實際通行規(guī)定等影響限制.

1 基本原理

1.1 干擾定位原理

干擾定位采用基于方向的測向定位技術(shù),由方向性天線或陣列天線對干擾源進(jìn)行測量信號到達(dá)角度(來波方向),利用干擾源在某一時刻的坐標(biāo)與測向站(機(jī))的相對位置關(guān)系,建立測量來波角度的數(shù)學(xué)公式.一般而言,測向定位法往往需要以幾個配置在不同位置的測向站(機(jī))組網(wǎng)對干擾源進(jìn)行測向,然后再用各測向站(機(jī))量測的方向角進(jìn)行交會計算.

圖1 基于測向結(jié)果交叉定位干擾源示意圖

交叉定位法采用圖解定位技術(shù),是測向定位最基本的方法,又稱為三角定位法,如圖1所示.它利用已知基線上配置的兩個(或兩個以上)測向站,對干擾源測向后得到帶有方位角的方向線,兩條或多條方向線的交會點便是干擾源所處的地理位置,理論上,利用兩個測向站即可確定干擾源的位置,但是為了增加其準(zhǔn)確度,通常使用兩個以上的測向站來定位干擾源的位置.對于固定干擾源目標(biāo),也可利用移動的單一測向站在不同位置測得的來波信號方位角,運用交叉定位法計算出干擾源位置;對于移動干擾源目標(biāo),使用移動的單一測向站第二次測向的時候,目標(biāo)位置可能已不在第一次測向的方位線上,無法對其準(zhǔn)確定位,需要用兩個(或兩個以上)測向站同時進(jìn)行測向并連續(xù)定位.

1.2 基于無人飛行器的導(dǎo)航干擾源探測與定位系統(tǒng)原理

基于無人飛行器的導(dǎo)航干擾源探測與定位系統(tǒng)通過在無人飛行器上搭載監(jiān)測測向載荷,使干擾源探測克服復(fù)雜地理環(huán)境的限制,獲取準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù),實現(xiàn)干擾源的探測與定位.

無人飛行器在地面受擾區(qū)域起飛,根據(jù)周邊環(huán)境,設(shè)置無人飛行器發(fā)射至一定高度,利用搭載的干擾源監(jiān)測測向載荷終端測向天線陣接收無線電信號,對干擾信號進(jìn)行監(jiān)測,接收到的信號依次通過射頻模塊、中頻模塊完成工作參數(shù)解析、變頻、A/D轉(zhuǎn)換、將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸至地面控制站,同時對監(jiān)測到的干擾信號進(jìn)行測量,判斷干擾來向,并將結(jié)果傳輸至地面控制站進(jìn)行顯示,該測向結(jié)果可與地面便攜站、機(jī)動站、固定站測向結(jié)果相互驗證.可以采用多點交會定位確定干擾源位置范圍,并在地圖上進(jìn)行顯示.無人飛行器根據(jù)干擾源的初步定位結(jié)果,可以手動控制方式向干擾源進(jìn)行逼近,也可以采用程序引導(dǎo)方式,自動給無人飛行器設(shè)定跟蹤路線進(jìn)行逼近.無人機(jī)平臺上搭載攝像器材,在逼近過程中可以將圖像信息傳回地面控制站,便于快速判定干擾來源,示意圖如圖2所示.

圖2 示意圖

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)組成及指標(biāo)設(shè)計

基于無人飛行器的導(dǎo)航干擾源探測與定位系統(tǒng)由無人飛行器、空中監(jiān)測測向載荷和地面控制站三部分組成.其中,具有載重能力的無人飛行器作為監(jiān)測平臺,搭載空中監(jiān)測測向載荷,主要用于空中機(jī)動及載荷供電;空中監(jiān)測測向載荷主要由天線、變頻器、數(shù)據(jù)處理機(jī)、云臺和相機(jī)等組成,是干擾源探測和定位的主體設(shè)備,主要用于干擾源的追蹤、拍照和空間數(shù)傳;地面控制站由數(shù)傳設(shè)備、圖傳設(shè)備、飛控設(shè)備、監(jiān)控終端及相應(yīng)的軟件組成,主要用于飛行器控制、頻譜分析等.系統(tǒng)組成如圖3所示.

圖3 系統(tǒng)組成框圖

根據(jù)導(dǎo)航干擾源的特點,設(shè)計指標(biāo)如下:

1)頻率監(jiān)測范圍:1～3 GHz;

2)干擾信號識別類型:寬帶、窄帶、脈沖信號;

3)調(diào)制信號識別: AM、FM、ISB、USB、LSB、CW、ASK、FSK、QAM、BPSK、QPSK;

4)實時監(jiān)測帶寬:40 MHz;

5)監(jiān)測靈敏度:≤-110 dBm/4 kHz;

6)測向體制:相關(guān)干涉儀;

7)無人飛行器負(fù)載能力:≥7 kg;

8)滯空工作時間:≥20 min(滿載情況下);

9)升空工作模式:懸停;

10)升空高度:500 m.

2.2 無人飛行器

無人飛行器作為監(jiān)測平臺,搭載空中監(jiān)測測向載荷、云臺和天線等設(shè)備,主要用于空中機(jī)動,具有載重能力大、穩(wěn)定性高的特點.機(jī)身和起落架之間預(yù)留足夠的空間,用來掛載體積較大的吊艙和云臺.同時,無人飛行器還可為自身飛行和載荷供電.目前,主流的無人飛行器包括固定翼無人機(jī)、小型多旋翼無人機(jī)、固定翼與多旋翼混合無人機(jī)、系留無人機(jī)、飛艇和系留飛艇等,其優(yōu)缺點比對如表1所示.

表1 無人飛行器比較

從負(fù)載能力、經(jīng)濟(jì)性、操作便利性多方面綜合考慮可選取小多旋翼無人機(jī),遠(yuǎn)距離使用,不考慮經(jīng)濟(jì)性可選取固定翼無人機(jī).

無人飛行器機(jī)體主要由機(jī)架、機(jī)架附加腳架、電調(diào)、電機(jī)、螺旋漿等部件,以及機(jī)上飛控設(shè)備組成,腳架質(zhì)檢單空間可懸掛云臺和空中監(jiān)測測向載荷.無人飛行器具備基本的遙控、跟蹤、懸停、自動返航等功能.

2.3 空中監(jiān)測測向載荷

空中監(jiān)測測向載荷作為干擾源探測與定位的核心設(shè)備,由干擾監(jiān)測測向設(shè)備、圖像采集設(shè)備、位置獲取設(shè)備三部分組成,其中,干擾監(jiān)測測向設(shè)備包括偵測天線陣、天線選擇器、多通道下變頻器、信號處理機(jī)和數(shù)傳設(shè)備,主要完成定頻、跳頻等信號的監(jiān)測測向及監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時回傳;圖像采集設(shè)備包括云臺及相機(jī)、圖傳設(shè)備,主要完成對干擾環(huán)境及干擾源的拍照及圖像信息的實時回傳;位置獲取設(shè)備包括電子羅盤、GNSS+INS/MEMS設(shè)備.空中監(jiān)測測向載荷組成框圖如圖4所示.

圖4 空中監(jiān)測測向載荷組成框圖

2.3.1 干擾監(jiān)測測向設(shè)備

干擾監(jiān)測測向設(shè)備組成如圖5所示.

圖5 干擾監(jiān)測測向設(shè)備組成圖

天線利用多個測向天線陣元的傳感器功能,實現(xiàn)對空間電磁場的感應(yīng)接收.由1～3 GHz天線陣、射頻開關(guān)矩陣、結(jié)構(gòu)件等組成.天線陣元接收空間中的電磁信號,經(jīng)由天線陣控制器中的RF模塊處理后,輸出可用于無線電測向的RF信號,用于測向定位算法,通過位置獲取設(shè)備中的電子羅盤提供磁北方向,開關(guān)矩陣選擇兩個天線陣元接到兩路輸出通道上.測向天線陣原理圖如圖6所示.

射頻模塊將來自天線的1～3 GHz射頻信號下變頻成76.8 MHz中頻信號,并送入中頻模塊,中頻模塊硬件組成如圖7所示.

圖7 中頻模塊硬件組成圖

中頻處理單元主要由濾波、A/D、DSP電路、FPGA電路和時鐘電路等部分組成,主要作用是將中頻信號帶通采樣后,送入FPGA芯片進(jìn)行數(shù)字混頻、濾波、抽取,然后將FPGA處理后的數(shù)據(jù)送入DSP進(jìn)行處理,DSP主要完成各種控制邏輯以及各種算法.信號首先通過ADC把模擬中頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,然后數(shù)字信號在FPGA里完成正交下變頻和快速傅里葉變換(FFT)等高速數(shù)字信號處理,降低處理主頻后,在DSP中對各種算法實現(xiàn)信號分析與處理.數(shù)據(jù)處理流程如圖8所示.

圖8 中頻模塊數(shù)據(jù)處理流程圖

具體流程如下:

1)雙通道射頻模塊將兩路射頻信號下變頻到中頻信號IF1和IF2;

2)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字正交下變頻模塊將兩路中頻信號變換為數(shù)字基帶IQ數(shù)據(jù);

3)相位差計算模塊通過計算兩路IQ數(shù)據(jù)得到兩陣元之間相位差;

4)使用各基線對應(yīng)的相位差數(shù)據(jù)與事先存儲的樣本相位差通過方向粗估計模塊進(jìn)行相似度計算,找出來波信號的入射方位角粗略值;

5)二次插值模塊對相關(guān)系數(shù)進(jìn)行二次插值,得到較為精確的信號測向結(jié)果.

處理過的測向結(jié)果通過數(shù)傳設(shè)備實時、穩(wěn)定、可靠、高速地回傳至地面控制站.

2.3.2 圖像采集設(shè)備

圖像采集設(shè)備中的云臺選取輕型化、小型化,方便無人飛行器搭載;相機(jī)可拍攝高清照片和視頻,采用防抖設(shè)計,保證影像信息的清晰可識別,圖傳設(shè)備中加入影音數(shù)據(jù)預(yù)處理,壓縮后實時傳輸.

2.3.3 位置獲取設(shè)備

無人飛行器的位置獲取采用GNSS+INS/MEMS組合導(dǎo)航的方式,可最大限度地保證定位導(dǎo)航的精度和可靠性,電子羅盤采用三軸捷聯(lián)磁阻式數(shù)字磁羅盤,具有抗搖性和抗震性,能夠進(jìn)行精確的傾斜補償和磁場干擾補償,電子羅盤作為姿態(tài)傳感器用于整體的姿態(tài)保持和調(diào)整.

2.4 地面控制站

地面控制站主要完成兩方面工作:一是完成對無人飛行器的控制、飛行路線的顯示;二是完成干擾監(jiān)測信號的實時接收、處理、顯示.地面控制站硬件設(shè)備組成主要包括數(shù)傳設(shè)備、圖傳設(shè)備、飛控終端、監(jiān)控計算機(jī)等,軟件包括飛控軟件和無線電監(jiān)測管理軟件.組成框圖如圖9所示.

圖9 地面控制站組成框圖

2.4.1 硬件設(shè)備

地面控制站通過數(shù)傳設(shè)備和圖傳設(shè)備與無人飛行器上搭載空中監(jiān)測測向載荷進(jìn)行通信,獲得信號頻譜監(jiān)測及測向信息,相機(jī)拍攝的影音信息,實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的交互和監(jiān)測圖像的實時傳輸;通過飛控設(shè)備與無人飛行器進(jìn)行通信,實時獲取無人飛行器的飛行狀態(tài)信息并發(fā)送控制指令,支持超視距傳輸.這里需要注意的是,飛控與數(shù)傳/圖傳應(yīng)選用不用的頻率及收發(fā)信機(jī)實現(xiàn),以確保無人飛行器在飛行過程中的安全.

2.4.2 軟件設(shè)備

飛控軟件主要用于無人飛行器實時狀態(tài)信息的綜合處理與顯示、發(fā)送接收控制指令以及人機(jī)交互操作.

軟件功能單元組成如圖10所示,通信控制功能主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā),通信協(xié)議的實現(xiàn)、數(shù)據(jù)解析及封包;飛行及載荷控制功能主要是按照規(guī)定的通信協(xié)議生成相應(yīng)的飛行控制及載荷控制指令;電子地圖功能主要用于在地圖上實時顯示無人飛行器當(dāng)前的位置、航向、飛行軌跡、任務(wù)航點等信息,以圖形化的方式方便地面人員實時對無人飛行器進(jìn)行監(jiān)測和操控.狀態(tài)顯示功能主要用于實時顯示無人飛行器的最新飛行狀態(tài)數(shù)據(jù),并能夠?qū)Ξ惓Ｇ闆r進(jìn)行監(jiān)控報警.航線規(guī)劃功能主要用于對無人飛行器任務(wù)航線數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理;參數(shù)配置功能主要用于對無人飛行器的一些常用參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一配置管理.同時,飛控軟件還具有數(shù)據(jù)存儲與回放功能,便于歷史數(shù)據(jù)的提取及分析.地面無人機(jī)飛控軟件各單元交互關(guān)系如圖11所示.,

圖10 飛控軟件功能單元組成圖

圖11 飛控軟件各單元交互關(guān)系

無線電監(jiān)測管理軟件具有實現(xiàn)快速的無線電頻譜監(jiān)測及監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析等功能.首先通過地面數(shù)傳設(shè)備接收空中數(shù)傳設(shè)備傳回的頻譜掃描數(shù)據(jù)、信號測量和干擾信號的測向結(jié)果,然后,對頻段掃描、信號分析、測向等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合顯示,對頻段掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行干擾信號的檢測和告警,對檢測到的干擾信號來源方向進(jìn)行測量,對單機(jī)多點或多機(jī)測向的結(jié)果進(jìn)行交匯定位.最后,通過數(shù)據(jù)庫對監(jiān)測的原始數(shù)據(jù)、干擾信號信息、定位信息進(jìn)行存儲和管理.信號及數(shù)據(jù)流向如圖12所示.

圖12 信號及數(shù)據(jù)流向

無線電監(jiān)測管理軟件功能主要由無線通信、用戶操作管理、數(shù)據(jù)收發(fā)、頻譜監(jiān)測、干擾源信號分析、干擾源測向、干擾源交匯定位、數(shù)據(jù)存儲、偵察威脅評估和數(shù)據(jù)庫管理與維護(hù)構(gòu)件組成,如圖13所示.

圖13 無線電監(jiān)測管理軟件功能單元組成圖

頻譜監(jiān)測對中頻數(shù)據(jù)采集模塊回傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻段掃描和信號分析,通過全頻段的粗掃描和對重點頻段的細(xì)掃描,得到干擾源信號的中心頻率.干擾源方位測量根據(jù)該中心頻率及中頻數(shù)據(jù)采集模塊得到的IQ和相位差數(shù)據(jù),經(jīng)過測向算法得到干擾源信號的來源方向.干擾源交匯定位通過干擾源信號的來源方向進(jìn)行兩點交會定位或三點及多點交會定位確定干擾源的位置.

3 工作流程

基于無人飛行器的導(dǎo)航干擾源探測與定位系統(tǒng)工作流程如圖14所示.

圖14 工作流程圖

圖14具體流程如下:

1)當(dāng)某區(qū)域受到干擾時,首先將系統(tǒng)展開,標(biāo)校初始位置、設(shè)置初始監(jiān)測參數(shù)等；

2)通過飛控終端控制無人飛行器,使其發(fā)射至預(yù)定位置并懸停,預(yù)定位置一般為起飛地點上方附近；

3)對干擾信號進(jìn)行監(jiān)測,將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳回地面控制站,并實時測量干擾信號大概方向；

4)根據(jù)初步判斷的干擾信號來波方向,手動設(shè)置無人飛行器按8字路線變換位置,在適當(dāng)位置再次懸停測量,將監(jiān)測數(shù)據(jù)回傳地面控制站；

5)地面控制站根據(jù)兩次測量結(jié)果,采用交匯定位,確定干擾源的大概位置,并在地圖上進(jìn)行顯示；

6)通過手動控制或自動設(shè)置路線,無人飛行器逼近干擾源,逼近過程中實時回傳監(jiān)測數(shù)據(jù),直至發(fā)現(xiàn)干擾源.在到達(dá)干擾附近時對干擾源進(jìn)行拍照,便于人工最終消除干擾源提供影像支持；

7) 飛行到干擾源上方時報警,任務(wù)結(jié)束,然后自動或手動返回降落.

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 基于信號頻譜的干擾檢測技術(shù)

基于信號頻譜的干擾檢測采用能量干擾檢測法和基于循環(huán)譜法相結(jié)合的方法.能量檢測法,主要原理是通過接收信號的能量判定干擾信號是否存在.在不知干擾信號相關(guān)信息的情況下,基于信號能量的檢測法是常用的方法,能夠快速地測出干擾.常見的GNSS頻段內(nèi)的干擾信號主要有窄帶連續(xù)波、連續(xù)掃頻波、2FSK、BPSK等,這些信號都屬于周期性平穩(wěn)信號,可通過相關(guān)運算得到循環(huán)譜,再經(jīng)過一定的處理得到,循環(huán)統(tǒng)計量,最后和門限比較即可實現(xiàn)檢測的目的.循環(huán)譜法檢測速率相對較慢,但是能把噪聲能量和干擾信號能量區(qū)分開來.因此,基于頻譜的干擾檢測方法可先使用能量法快速地檢測出干擾,再利用循環(huán)譜法對干擾進(jìn)行進(jìn)一步檢測.

4.2 相關(guān)干涉儀測向技術(shù)

干涉儀測向方法是利用天線接收信號的相位信息來獲得信號方位,目前在無線電監(jiān)測領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用.干涉儀方法中的長基線技術(shù)可以平滑因信號的衰落和多徑造成的波前失真,因而具有良好的抗干擾能力和較高的測向精度.

利用相關(guān)法測向原理的相關(guān)干涉儀與傳統(tǒng)的干涉儀相比,其突出的優(yōu)點有:

1)對硬件的制作要求降低,相應(yīng)成本降低，

2)能有效消除載體對天線的影響，

3)能有效消除天線間互耦對測向精度的影響.

4.3 針對干擾源定位的無人飛行器航跡規(guī)劃技術(shù)

通過機(jī)載干擾源定位裝置在空中巡飛,對地面干擾源進(jìn)行初步定位,并將干擾源的位置信息發(fā)送給地面干擾定位車輛,在接近干擾源的區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確的搜查.針對不同的飛行階段,采取不同的定位模式和航路規(guī)劃方案.

4.3.1 飛越目標(biāo)定位法與航路規(guī)劃

GNSS干擾監(jiān)測無人機(jī)飛行過程中根據(jù)發(fā)射信號周圍與正上方信號強(qiáng)度的變化來確定目標(biāo)輻射源的位置.飛越目標(biāo)定位法主要適用于無人機(jī)對近距離GNSS干擾源的快速定位和排查.

對稱振子天線是一種使用最為廣泛的天線,其立體、垂直面和水平面的方向圖如圖15所示.垂直面方向圖可以看出干擾源向四周輻射,但在天線正上方幾乎沒有信號向外輻射,根據(jù)干擾信號四周和正上方信號接收強(qiáng)度的強(qiáng)烈變化即可確定目標(biāo)信號源的位置.

圖15 對稱振子天線的立體方向圖(a)和垂直面方向圖(b)

根據(jù)以上原理,設(shè)計了航跡規(guī)劃方案,如圖16所示,詳細(xì)步驟如下:

1)機(jī)載平臺在高度H、位置P0處測出無線電信號源所在強(qiáng)度和方向；

2)機(jī)載平臺沿測向方向繼續(xù)飛行,在飛行過程中持續(xù)監(jiān)測、測向,且記錄飛行航跡；

3)當(dāng)測出無線電信號源所在方向、強(qiáng)度發(fā)生明顯變化時,判定干擾源PS位于方向、強(qiáng)度發(fā)生變化的位置下方,結(jié)合航跡記錄即可獲得干擾源位置.

圖16 飛越目標(biāo)定位法航跡規(guī)劃圖

4.3.2 機(jī)載多點測向交叉定位與航路規(guī)劃

多點測向交叉定位法是指機(jī)載平臺在不同地點監(jiān)測、測向,通過子空間分解超分辨測向算法得到的干擾源角度信息,通過計算兩條或多條示向度線的交匯區(qū)域來得到干擾源的位置.交叉定位法主要適用于無人機(jī)對中距離和近距離GNSS干擾源的快速定位和排查.

假設(shè)干擾源位置未知,載體在位置1時測得干擾源與水平方向夾角為θ1,移動一段距離S后到達(dá)位置2,再次測得干擾源與水平方向夾角為θ2.載體運行軌跡與水平方向的夾角φ可由慣導(dǎo)系統(tǒng)或者衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)測量給出,則有

得到干擾源與載體之間的距離,并且角度已知,則可得到干擾源相對于載體的位置.三角定位法對載機(jī)的飛行要求為不能沿干擾源方向直線飛行,此時角度信息沒有更新,上面所用公式失效,所以無法判斷出浮標(biāo)的位置,故載機(jī)的典型飛行航跡為L型軌跡飛行.

圖17 定位原理二維示意圖

根據(jù)以上原理,設(shè)計航跡規(guī)劃方案,示意圖如圖18所示,流程如圖19所示.

(a)θ角很小

(b)θ角適中

(c)θ角較小時航跡優(yōu)化

(d)θ角較大時航跡優(yōu)化圖18 交叉定位航跡規(guī)劃示意圖

圖19 多點測向交叉定位航跡規(guī)劃流程

5 結(jié)束語

本文針對傳統(tǒng)導(dǎo)航干擾源定位多采用地面干擾源測向系統(tǒng)或手持式干擾源查找設(shè)備的情況,提出了一種基于無人飛行器的導(dǎo)航干擾源探測與定位系統(tǒng)設(shè)計方案,該系統(tǒng)具有作用距離遠(yuǎn)、覆蓋區(qū)域大和機(jī)動性強(qiáng)等優(yōu)點,可以有效克服地面干擾測向天線受高建筑群遮擋、移動車行進(jìn)受復(fù)雜地形及道路實際通行規(guī)定等影響限制,具有廣泛的使用空間和現(xiàn)實意義,后續(xù),可通過對干擾信號特征的深入研究,在信號識別準(zhǔn)確度和測向時間上提高該系統(tǒng)性能.