专利名称：双冗余gps抗干扰空中导航系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于导航目的的射频(RF)系统，尤其涉及使用全球定位系统(GPS)信号并包括抗干扰设备的航行器导航系统。
背景技术：
卫星导航系统使用多个卫星，这些卫星产生由在飞行器或水面航行艇上的RF接收机或用于计算平台位置的其它平台所接收的各自信号。导航控制从而可以基于位置计算流来操纵平台。熟知的卫星导航系统包括全球定位系统(GPS)和全球导航卫星系统(GLONASS)。
当在此使用时，术语全球定位系统或GPS一般指的是包括全球定位系统、GLONASS和任何可以在未来建立的附加卫星导航系统的卫星导航系统。
全球定位系统是以信号传输信息的卫星网络，当信号被接收和解码时，其允许接收机在覆盖区域内精确定位其位置。全球定位系统(GPS)卫星导航系统提供了电子导航系统可以利用的全球范围内的位置、速度和时间参考。使用全球定位系统进行导航应用是所熟知的。
不幸地是，使用来自在11000海里轨道的卫星的低功率信号的GPS导航由于受到置于各种位置的低功率、低成本干扰器而容易受到干扰。由于在给定区域内置于大量的干扰单元，所以消除所有的干扰器是不可能。只要它们有一些仍然工作，就可以有效地干扰GPS信号。
此外，在具有强RF场的环境中，干涉信号可能对RF接收机产生干扰影响，既使它们并非作为干扰信号有意地产生也会如此。干扰干涉信号可能来源于例如无线电台或电视塔、或例如雷达、无线电台或蜂窝电话的任何高频设备。
因此，在此所使用的术语“干扰信号”指的是干扰和干涉信号。此外，术语“无干扰”包括“无干涉”，术语“抗干扰能力”包括“抗干涉”能力。
已经建议了多种措施来为GPS导航车辆提供抗干扰对策。一种措施涉及使用零天线系统。根据该方法，车辆配置有以天线辐射模式指向在干扰信号源为零的多个天线。虽然有些效果，但是，由于可以被无效的干扰器的数量比天线单元的数量少一个，所以该方法可能很昂贵。因此，如果使用大量的廉价干扰器，那么该方法可能是不实际的。
已经建议了其它技术来解决处于GPS带宽内的干扰信号的问题。一种方法是使用增加在ADC(A/D转换器)中的位数并依赖于相关处理来减轻干扰器的影响。该方法基于相关器将区分Gold码和CW(音调)的前提，只要干扰器的功率电平不至于大到将ADC发送到饱和模式就可以。通过增加ADC的动态范围(位数量同时增加)，可以减少干扰信号的影响。
另一个方法是其中一种“消除”，而非“移除”。即，产生干扰信号的“复制”(或接近于复制也是可行的)，并从接收信号中减去该复制。当干扰信号实际上是非常窄带CW信号，尤其是纯音调时，这种消除方法是很有价值的。对于更宽的应用性来说，在存在不只一个干扰信号的情况下，可以产生并减去多个CW“复制”。
虽然在美国专利No.5,955,987中公开了抗干扰GPS导航系统的例子，但是仍然需要一种提供改进的抗干扰信号特性用来导航飞行器的系统和方法。
发明内容
根据本发明构建的用于无人驾驶飞行器的导航系统包括用来接收全球定位系统信号的第一天线，连接到第一天线的第一干扰抑制单元，所述第一干扰抑制单元使用第一干扰抑制技术抑制全球定位系统信号中的干扰，用来从第一干扰抑制单元接收信号的第一导航单元，用来接收全球定位系统信号的第二天线，连接到第二天线的第二干扰抑制单元，所述第二干扰抑制单元使用第二干扰抑制技术抑制全球定位系统信号中的干扰，和用来从第二干扰抑制单元接收信号的第二导航单元。
所述系统可以进一步包括用来从第一干扰抑制单元接收信号的第三导航单元，和用来从第二干扰抑制单元接收信号的第四导航单元。
所述第一干扰抑制技术可以包括天线零操纵技术，所述第二干扰抑制技术可以包括波阵面极化差技术。
所述第一天线可以包括受控辐射模式天线。
本发明还包括用来控制飞行器飞行的方法，该方法包括如下步骤使用第一天线接收全球定位系统信号，使用第一干扰抑制技术抑制全球定位系统信号中的干扰来产生第一干扰抑制全球定位系统信号，根据第一干扰抑制全球定位系统信号来操作第一导航单元，使用第二天线接收全球定位系统信号，使用第二干扰抑制技术抑制全球定位系统信号中的干扰来产生第二干扰抑制全球定位系统信号，根据第二干扰抑制全球定位系统信号操作第二导航单元，和使用所述第一和第二导航单元中的至少一个来控制飞行器的飞行。
所述方法可以进一步包括以下步骤根据第一干扰抑制全球定位系统信号操作第三导航单元，根据第二干扰抑制全球定位系统信号操作第四导航单元，以及使用第一、第二、第三或第四导航单元中的至少一个来控制飞行器的飞行。
所述第一干扰抑制技术可以包括天线零操纵技术，以及所述第二干扰抑制技术可以包括波阵面极化差技术。
所述第一天线可以包括辐射模式受控的天线。
图1是与全球定位系统和干扰信号源组合的飞行器的示意性表下。
图2是根据本发明构建的飞行器导航系统的简化功能框图。
具体实施例方式
参考附图，图1是与全球定位系统(GPS)和干扰信号源组合的飞行器10的示意性表示。全球定位系统包括多个卫星12、14、16和18，这些卫星以已知的模式围绕地球旋转，并根据已知的技术发射全球定位系统信号。飞行器包括用来从卫星接收全球定位信号的两个天线。该飞行器包括至少两个车载导航系统。该板上导航系统使用GPS信号根据已知的技术控制飞行器的飞行。多个干扰信号源20、22和24显示为位于地面上的分离位置。虽然图1显示了基于地面的干扰源，但是应该明白，干扰信号源还可以由不位于地面上的源来提供。
所述干扰信号源可以提供各种类型试图破坏飞行器的导航的干扰信号。已经开发出了抗干扰设备来允许在出现干扰信号时操作GPS导航系统。本发明以新的方式使用这些抗干扰设备来提供对抗干扰信号的改进保护。
图2是根据本发明构建的飞行器导航系统30的简化功能框图。在航空电子学导航和控制系统中，包括冗余来提供集成度和对飞机的控制是很值得的。图2的系统包括用来接收GPS信号的第一天线32。该第一天线连接到连接于第一天线的第一干扰抑制单元34。所述第一干扰抑制单元使用第一干扰抑制技术抑制全球定位系统信号中的干扰以抑制由干扰源提供的信号。所述第一干扰抑制单元产生线36上的输出，该输出被分离器38分割并由信号调节设备40和42进行调节。所述信号调节设备可以包括，例如，熟知的滤波器、前置放大器、和每个导航单元44和46所需的衰减器。
还提供第二天线48接收全球定位系统信号。该第二天线连接到第二干扰抑制单元50。该第二干扰抑制单元使用第二干扰抑制技术抑制全球定位系统信号中的干扰。第二干扰抑制单元产生线52上的输出，该输出被第二分离器54分割，并由信号调节设备56和58进行调节。信号调节设备可以包括，例如，熟知的滤波器，前置放大器，和每个导航单元60和62所需的衰减器。
导航单元44、46、60和62产生控制信号，如箭头64、66、68和70所示，使用这些控制信号来根据已知的技术控制飞行器的飞行。
干扰抑制单元可以根据现有技术来构建，并可以包括，例如利用天线零操纵技术、波阵面极化差技术、干扰信号消除技术、自适应时间滤波技术、辅助窄带跟踪滤波技术或其它信号处理技术的单元。依据所预期的干扰和干涉环境，一种技术可以比其它技术更好。通过使用两种不同的干扰抑制技术，本发明的系统和方法降低了干扰信号阻止通过包括具有相同干扰抑制技术的冗余类似元件的系统访问GPS信号的可能性。
在本发明的导航系统中使用的导航单元例如可以是，KearfottKN-4072 INS/GPS单元，和/或Litton LN-100G INS/GPS单元。这些单元使用惯性导航和全球定位系统导航进行工作。干扰抑制单元例如可以是，Electro-Radiation ISU/LRU-2000L1单元，和/或RaytheonSystems GAS-IN单元。每对导航单元由分离的GPS天线进行馈送。本发明的系统和方法使用不同的冗余的原理。在飞行器中，本发明的抗干扰导航系统使用在每个GPS天线馈送上包括不同类型的GPS抗干扰技术的结构。在本发明的一个实施例中，其中一对导航单元的干扰抑制单元可以是Raytheon GAS-IN系统，而另一对导航系统单元的干扰抑制单元可以是ERI ISU/LRU-2000L1干扰抑制单元。飞行器飞行控制计算机利用来自导航单元的Kalman滤波器的信息，确定使用哪一种方案来进行导航，并基于使用系统的输出对其位置误差进行最佳估计。
两种抗干扰系统的组合使用不同技术给飞行器提供远离干扰源的保护，从而提供比单独使用其它抗干扰系统所提供的更大的保护。
虽然本发明已经就其所显示的优选实施例进行了描述，但是对于本领域熟练技术人员来说很明显，在不脱离由下面权利要求书所定义的本发明的范围的情况下，可以对所公开的实施例做出各种变化。
权利要求
1.一种用于无人驾驶飞行器的导航系统，该导航系统包括用于接收全球定位系统信号的第一天线；连接到第一天线的第一干扰抑制单元，所述第一干扰抑制单元使用第一干扰抑制技术抑制全球定位系统信号中的干扰；用于从第一干扰抑制单元接收信号的第一导航单元；用于接收全球定位系统信号的第二天线；连接到第二天线的第二干扰抑制单元，所述第二干扰抑制单元使用第二干扰抑制技术抑制全球定位系统信号中的干扰；和用于从第二干扰抑制单元接收信号的第二导航单元。
2.根据权利要求1的系统，进一步包括用于从第一干扰抑制单元接收信号的第三导航单元；和用于从第二干扰抑制单元接收信号的第四导航单元。
3.根据权利要求1的系统，其中所述第一干扰抑制技术包括天线零操纵技术；和所述第二干扰抑制技术包括波阵面极化差技术。
4.根据权利要求1的系统，其中所述第一天线包括受控辐射模式天线。
5.一种控制飞行器的飞行的方法，该方法包括以下步骤使用第一天线接收全球定位系统信号；使用第一干扰抑制技术抑制全球定位系统信号中的干扰以产生第一干扰抑制全球定位系统信号；根据第一干扰抑制全球定位系统信号操作第一导航单元；使用第二天线接收全球定位系统信号；使用第二干扰抑制技术抑制全球定位系统信号中的干扰以产生第二干扰抑制全球定位系统信号；根据第一干扰抑制全球定位系统信号操作第二导航单元；和使用第一和第二导航单元中的至少一个来控制飞行器的飞行。
6.根据权利要求5的方法，进一步包括以下步骤根据第一干扰抑制全球定位系统信号操作第三导航单元；和根据第二干扰抑制全球定位系统信号操作第四导航单元；和使用第一、第二、第三或第四导航单元中的至少一个控制飞行器的飞行。
7.根据权利要求5的方法，其中所述第一干扰抑制技术包括天线零操纵技术；和所述第二干扰抑制技术包括波阵面极化差技术。
8.根据权利要求5的方法，其中所述第一天线包括受控辐射模式天线。
全文摘要
本发明涉及一种用于无人驾驶飞行器的导航系统，该导航系统包括用于接收全球定位系统信号的第一天线；连接到第一天线的第一干扰抑制单元，所述第一干扰抑制单元使用第一干扰抑制技术抑制全球定位系统信号中的干扰；用于从第一干扰抑制单元接收信号的第一导航单元；用于接收全球定位系统信号的第二天线；连接到第二天线的第二干扰抑制单元，所述第二干扰抑制单元使用第二干扰抑制技术抑制全球定位系统信号中的干扰；和用来从第二干扰抑制单元接收信号的第二导航单元。还包括一种由设备执行的用来控制飞行器飞行的方法。
文档编号G01S1/04GK1735816SQ200380108169
公开日2006年2月15日 申请日期2003年12月17日 优先权日2003年1月3日
发明者格里戈里·S.·洛格灵 申请人:诺思路·格鲁曼公司
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