一种基于多波束天线的导航装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113701751A(43)申请公布日2021.11.26(21)申请号202110976934.9H01Q3/00(2006.01)(22)申请日2021.08.24(71)申请人西安大衡天成信息科技有限公司地址710003陕西省西安市国际港务区港务大道7号物联网应用产业园二层208室(72)发明人郭金库龙正平(74)专利代理机构西安智大知识产权代理事务所61215代理人段俊涛(51)Int.Cl.G01C21/16(2006.01)G01S19/47(2010.01)H01Q1/22(2006.01)H01Q3/02(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图3页(54)发明名称一种基于多波束天线的导航装置(57)摘要一种基于多波束天线的导航装置，包含多个接收天线或者相控阵多波束天线、惯性测量组件或惯性导航系统、波束控制模块、多普勒频移跟踪模块(可选)和导航计算模块。利用惯性测量组件或者惯性导航模块、波束控制模块实现多个天线波束对准多个卫星，可以获得载体相对卫星的多个精确指向信息；各天线波束收到卫星的载波或信标信号后，利用多普勒频移模块检测对应卫星信标或载波信号中的多普勒频率信息；利用惯性测量组件或者惯性导航系统的输出信息、天线对卫星的指向信息以及多普勒频率信息实现载体的定位和导航。本发明采用天线被动接收卫星的载波或信标信号来实现定位和导航，具有自主、被动、抗干扰等特点，为运动载体提供了一种新型导航装置。CN113701751ACN113701751A权利要求书1/2页1.一种基于多波束天线的导航装置，其特征在于，包括：多波束天线，配置于运动载体；惯性测量组件或惯性导航系统，搭载于运动载体，在运动载体的运动过程中，感知运动载体的运动信息，输出运动载体姿态角以及姿态角变化率；波束控制模块，搭载于运动载体，在运动载体的运动过程中保持每个天线波束始终对准相应的卫星，输出对准时的天线波束指向信息；导航计算模块，基于每个天线波束对准卫星时的运动载体姿态角及运动载体姿态角偏差、卫星当前位置信息、惯性测量组件或者惯性导航系统的输出信息，融合输出运动载体导航位置信息。2.根据权利要求1所述基于多波束天线的导航装置，其特征在于，所述运动载体为导弹、飞机、舰船、炮弹或车辆，所述卫星为GEO、MEO或LEO卫星。3.根据权利要求1所述基于多波束天线的导航装置，其特征在于，所述多波束天线为合成多波束天线或相控阵多波束天线。4.根据权利要求3所述基于多波束天线的导航装置，其特征在于，所述合成多波束天线为反射面天线、平板天线或单波束相控阵天线；所述相控阵多波束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。5.根据权利要求1所述基于多波束天线的导航装置，其特征在于，所述波束控制模块利用运动载体经纬度信息、运动载体的姿态角以及卫星位置计算确定每个天线波束指向，即方位角、俯仰角，并按照接收信号能量最大的原则控制波束调整，实现控制每个天线波束精准对准对应卫星。6.根据权利要求1所述基于多波束天线的导航装置，其特征在于，还包括：多普勒频移跟踪模块，接收每个天线波束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，输出给导航计算模块进行融合。7.根据权利要求6所述基于多波束天线的导航装置，其特征在于，所述多普勒频移跟踪模块测量卫星信标或载波信号相对于设定频率的多普勒频移，并考虑传播路径对多普勒频移的影响。8.根据权利要求6所述基于多波束天线的导航装置，其特征在于，所述多普勒频移跟踪模块包含多个通道，每个通道对应一个天线波束，每个通道独立测量获得运动载体相对于对应卫星的多普勒频移。9.根据权利要求8所述基于多波束天线的导航装置，其特征在于，所述导航计算模块融合得到运动载体导航位置信息的方法如下：当天线波束个数k大于或等于2时，利用k个卫星的位置、k个天线波束指向信息，直接根据空间关系计算运动载体的位置；当天线波束个数k为1时：利用单个卫星的位置、单个天线波束接收到的多普勒信息，基于多普勒导航原理实现运动载体的定位导航；或，利用单个卫星的位置、单个天线波束指向信息、单个天线波束接收到的多普勒信息，融合输出运动载体导航位置信息；或，利用单个卫星的位置、单个天线波束指向信息、单个天线波束接收到的多普勒信息，融2CN113701751A权利要求书2/2页合输出运动载体导航位置信息；或，利用天线波束对准卫星时运动载体姿态角及运动载体姿态角偏差、卫星当前位置信息、天线波束接收到的卫星信号多普勒频率信息、惯性测量组件或者惯性导航系统的输出信息，融合输出运动载体导航位置信息。3CN113701751A说明书1/10页一