一种利用通用照射源的无人机无源定位系统技术方案

一种利用通用照射源的无人机无源定位系统，本发明专利技术所要解决的技术问题是提供一种在GPS、北斗等卫星定位系统受到干扰或者失效的情况下，利用常规照射源(民用无线电发射装置)对无人机进行地理定位的方法及系统。无人机系统在无人控制情况下能够实现自控飞行、也即是按照预先设计的航路自主飞行，而自主飞行现阶段依赖于卫星导航系统与惯导设备，如GPS、北斗与惯性导航单元解算获取的位置信息。再由飞行控制系统按照无人机现有位置和目标位置控制无人机实现自主飞行。因此如何实现自身定位是实现自主飞行控制的基础。本发明专利技术可应用于飞行平台，作为备份定位设备在GPS、北斗等通用导航系统无法正常工作时提供导航信息。

【技术实现步骤摘要】
一种利用通用照射源的无人机无源定位系统
本专利技术涉及一种利用通用照射源的无人机无源定位系统，实现和解决了在GPS、GL0NASS、北斗等卫星定位系统受到干扰或者失效的情况下，利用常规通用照射源对无人机进行地理位置确认。
技术介绍
无人机技术是21世纪军事装备技术的重要发展方向，在近10年来的几次局部战争中，无人机都发挥了巨大威力。在民用市场无人机也是从无到有，从少到多、在众多行业领域显示了巨大的应用价值与应用潜力。无人机系统能够实现自控飞行、也即是按照预先设计的航路自主飞行，自主飞行是无人机实现应用的重要基础；而自主飞行现阶段主要依赖于其机载导航系统，如GPS、GL0NASS、北斗与惯性导航单元进行组合解算以获取自身的位置。再有飞行控制计算机控制无人机实现自主飞行。因此如何实现自身定位是实现自主飞行控制的基础。现有导航技术GPS、GL0NASS、北斗、惯性导航的方式实现的。其中GPS、GL0NASS、北斗属于卫星定位，其应用范围广、精度高，属于主要定位手段；但是因为其重要作用容易成为主要攻击目标；从而降低其可用性。惯性导航依靠陀螺轴向稳定性实现对搭载平台的导航，其定位导航误差会产生积累，运行时间越长其导航误差越大。除了以上卫星导航、惯性导航外还有将二者结合的组合导航方法，其同样严重依赖于卫星导航。而本专利技术不依赖导航卫星，而是使用民用照射源，民用照射源数量众多、形式多样，从而增加了其被干扰、被欺骗的难度。具有较好的实用价值及应用前景。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题:克服现有技术的不足，提供一种在GPS、GL0NASS、北斗等卫星定位系统受到干扰或者失效的情况下，利用常规民用照射源对无人机进行地理位置确认的系统，能够弱化无人机系统对卫星定位的依赖性，有效减小战时因电子战而导致无人机失踪及毁伤的概率。本专利技术包括如下技术方案:一种利用通用照射源的无人机无源定位系统，安装在所述无人机上，包括:接收天线、天线伺服模块、宽频接收机、多模采集模块和数据处理模块；天线伺服模块控制接收天线360°旋转，接收所述多个通用照射源发出的信号，并将接收到的信号送入宽频接收机，宽频接收机对信号进行滤波处理，并将滤波后的信号送入多模采集模块，多模采集模块对输入到该模块中的信号依次进行模数转换及数字下变频，再将生成的数字信号送入数据处理模块进行处理，得到无人机相对于所述多个通用照射源的位置。所述多模采集模块包括采样率判别模块和宽频AD采集模块；由宽频接收机滤波处理之后的信号送入多模采集模块中的采样率判别模块，采样率判别模块根据奈奎斯特带通采样定律和满足信噪比要求条件下的载波中心频率折叠次数确定采样率，并将采样率提供给宽频AD采集模块，宽频AD采集模块根据该采样率对所述宽频接收机滤波处理之后的信号依次进行AD采集和下变频，并根据不同照射源的频率和带宽对下变频后的信号进行区分，得到对应于每个照射源的基带数字信号，之后将生成的基带数字信号送入数据处理模块。所述数据处理模块包括照射源识别模块、定位解算模块和组合解算模块；照射源识别模块将每个照射源信号的固有参数和输入到数据处理模块中的基带数字信号的相应参数进行比对，从而完成对照射源的识别，并将识别结果和相应照射源的位置信息提供给定位解算模块；所述每个照射源信号的固有参数包括载波中心频率、带宽、照射源波谱形式和照射源同步信息；定位解算模块根据所述照射源位置信息和无人机惯导数据进行载波相位测距解算，得到无人机和照射源之间的相对距离，再解算出无人机相对多个照射源的坐标位置，并将无人机的坐标位置提供给组合解算模块；组合结算模块根据无人机惯导数据和定位解算模块提供的无人机的坐标位置信息进行组合滤波处理，得到最终的无人机位置信息。定位解算模块解算出无人机相对多个照射源的坐标位置通过如下公式进行:(Xl1-Xp)2+ (Yl1-Yp)2+ (Zl1-Zp) 2=Lu2其中，XpYli' Zli为照射源坐标，Xp、Yp、Zp为无人机坐标位置，Lli为无人机距照射源的距离。组合结算模块根据无人机惯导数据和定位解算模块提供的无人机的坐标位置信息进行组合滤波处理具体为:通过卡尔曼组合滤波进行组合滤波处理，卡尔曼组合滤波通过如下公式进行:XK+1=Ak+1Xk+ffkZk+1 -Hk+1Xk+1 +Vk+1其中，Ak为k时刻的状态转移矩阵，Hk为k时刻的观测矩阵，Xk为k时刻的状态变量，Zk为k时刻的观测变量，Wk为k时刻的系统误差，Vk为k时刻的观测误差。本专利技术与现有技术相比具有如下优点:( I)现有技术不能在卫星定位系统受到干扰或失效的情况下进行高精度无人机定位，本专利技术以无源定位方法为基础，以统一参考系为标准，多照射源解算将地理位置信息的通过链路传回指控中心，实现无卫星定位系统下的无人机定位。(2)本专利技术使用的无源定位技术其精度能够保证在百米量级，而通常无人机在GPS丢失情况下会利用磁力计信息、或者链路引导进行航路估算，其定位精度很差，本专利技术有效提高了无卫星定位系统下的定位精度。【附图说明】图1本专利技术的利用通用照射源的无源定位系统组成示意图；图2本专利技术的多模采集模块示意图；图3数据处理模块及处理流程示意图图4利用通用照射源的无源定位系统工作流程示意图【具体实施方式】如图1所示，本专利技术提供了一种利用通用照射源的无人机无源定位系统，安装在所述无人机上，包括:接收天线、天线伺服模块、宽频接收机、多模采集模块和数据处理模块；天线伺服模块控制接收天线360°旋转，接收所述多个通用照射源发出的信号，并将接收到的信号送入宽频接收机，宽频接收机对信号进行滤波处理，并将滤波后的信号送入多模采集模块，多模采集模块对输入到该模块中的信号依次进行模数转换及数字下变频，再将生成的数字信号送入数据处理模块进行处理，得到无人机相对于所述多个通用照射源的位置。如图2所示，多模采集模块包括采样率判别模块和宽频AD采集模块；由宽频接收机滤波处理之后的信号送入多模采集模块中的采样率判别模块，采样率判别模块根据奈奎斯特带通采样定律和满足信噪比要求条件下的载波中心频率折叠次数确定采样率，并将采样率提供给宽频AD采集模块，宽频AD采集模块根据该采样率对所述宽频接收机滤波处理之后的信号依次进行AD采集和下变频，并根据不同照射源的频率和带宽对下变频后的信号进行区分，得到对应于每个照射源的基带数字信号，之后将生成的基带数字信号送入数据处理模块。多模米样及处理的实例，选择GSM信号和数字电视信号同时存在于空间中的情况，其中GSM信号的载波频率约1.8GHz，基带信号带宽270KHz，信号经调制编码；数字电视信号的载波频率约670MHz，基带信号带宽约8MHz，信号经调制编码。根据奈奎斯特带通采样定理，选择的AD采样率至少为8MHz才能满足两种信号的采集，但是利用16MHz对670MHz或者1.SGHz信号进行采样时，由于中心频率需要折叠多次才能满足中频采集，多次的折叠会增加采样带宽内的噪声，因此需要选择合适的采样率以权衡中频折叠和带通采样的关系，本实例中按照670MHz和1800MHz两种载波为参考，可选择340MHz的AD采样率。对670MHz的数字电视信号，340MHz的采样率使中心频率折叠2次至10MHz，噪声增长为原来的4倍，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用通用照射源的无人机无源定位系统，安装在所述无人机上，其特征在于包括：接收天线、天线伺服模块、宽频接收机、多模采集模块和数据处理模块；天线伺服模块控制接收天线360°旋转，接收所述多个通用照射源发出的信号，并将接收到的信号送入宽频接收机，宽频接收机对信号进行滤波处理，并将滤波后的信号送入多模采集模块，多模采集模块对输入到该模块中的信号依次进行模数转换及数字下变频，再将生成的数字信号送入数据处理模块进行处理，得到无人机相对于所述多个通用照射源的位置。

【技术特征摘要】
1.一种利用通用照射源的无人机无源定位系统，安装在所述无人机上，其特征在于包括:接收天线、天线伺服模块、宽频接收机、多模采集模块和数据处理模块； 天线伺服模块控制接收天线360°旋转，接收所述多个通用照射源发出的信号，并将接收到的信号送入宽频接收机，宽频接收机对信号进行滤波处理，并将滤波后的信号送入多模采集模块，多模采集模块对输入到该模块中的信号依次进行模数转换及数字下变频，再将生成的数字信号送入数据处理模块进行处理，得到无人机相对于所述多个通用照射源的位置。2.根据权利要求1所述的一种利用通用照射源的无人机无源定位系统，其特征在于:所述多模采集模块包括采样率判别模块和宽频AD采集模块； 由宽频接收机滤波处理之后的信号送入多模采集模块中的采样率判别模块，采样率判别模块根据奈奎斯特带通采样定律和满足信噪比要求条件下的载波中心频率折叠次数确定采样率，并将采样率提供给宽频AD采集模块，宽频AD采集模块根据该采样率对所述宽频接收机滤波处理之后的信号依次进行AD采集和下变频，并根据不同照射源的频率和带宽对下变频后的信号进行区分，得到对应于每个照射源的基带数字信号，之后将生成的基带数字信号送入数据处理模块。3.根据权利要求1所述的一种利用通用照射源的无人机无源定位系统，其特征在于:所述数据处理模块包括照射源识别模块、定位解算模块和组合解算模块；照射源识别模块将每个照射源信号的固有参数和输入到数据处理模块中的基带数字信号的相应参数进行比对，从...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊自伟，吴洋，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：