无人平台GNSS抗干扰系统的集成与实战应用

  

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1.小型无人机：轻量化低功耗抗干扰解决方案

     

1.1小型无人机的导航需求与约束

小型无人机通常指起飞重量在20kg以下的无人机，包括微型无人机、纳米无人机、巡飞弹等。小型无人机具有体积小、重量轻、成本低、便于携带等优点，在现代战争中被广泛用于侦察、监视、打击和电子战等任务。

小型无人机的导航需求主要包括：

定位精度：一般要求定位精度在10米以内，满足侦察和打击任务的需求。

可靠性：能够在复杂电磁环境下正常工作，避免被敌方干扰和欺骗。

实时性：能够实时输出位置和速度信息，满足无人机自主飞行的需求。

小型无人机的导航系统面临着以下约束：

尺寸和重量：小型无人机的载荷能力有限，导航系统的尺寸和重量必须尽可能小。

功耗：小型无人机通常采用电池供电，续航时间有限，导航系统的功耗必须尽可能低。

成本：小型无人机通常是一次性使用或大量装备的，导航系统的成本必须尽可能低。

1.2四通道抗干扰系统的集成与优化

四通道GNSS抗干扰系统是小型无人机的理想导航解决方案，其体积小、重量轻、功耗低的特点能够满足小型无人机的约束条件。在集成四通道抗干扰系统时，需要进行以下优化：

天线集成：将四通道天线阵列与无人机的机身共形，减少天线的突出部分，降低对无人机气动性能的影响。

电源优化：采用低功耗设计，在无人机待机时进入休眠模式，降低系统的功耗。

信号处理优化：优化数字信号处理算法，减少算法的运算量，降低FPGA和DSP的功耗。

电磁兼容设计：采取有效的电磁屏蔽措施，避免无人机内部的其他电子设备对导航系统产生干扰。

2.1中型无人机的导航系统架构

中型察打一体无人机通常指起飞重量在200kg至5000kg之间的无人机，如翼龙-2、彩虹-4、TB-2等。中型无人机具有续航时间长、载荷能力强、作战半径大等优点，能够执行侦察、监视、打击、电子战等多种任务。

中型无人机的导航系统通常采用“GNSS+INS”组合导航架构，以GNSS为主，INS为辅。当GNSS信号正常时，利用GNSS的高精度定位信息修正INS的漂移；当GNSS信号被干扰时，依靠INS继续提供导航信息。为了提高系统的抗干扰能力，GNSS接收机通常配备八通道自适应调零天线。

2.2八通道抗干扰系统的应用

八通道GNSS抗干扰系统是中型察打一体无人机的标准配置，其高抗干扰能力能够满足中型无人机在复杂电磁环境下的导航需求。在集成八通道抗干扰系统时，需要注意以下几点：

（1）天线安装位置

天线应安装在无人机的顶部，避免被无人机的机身和其他设备遮挡，确保能够接收到尽可能多的卫星信号。

（2）电磁兼容设计

中型无人机上安装了大量的电子设备，如雷达、通信电台、光电吊舱等，这些设备会产生电磁干扰，影响导航系统的性能。因此，需要采取有效的电磁屏蔽和滤波措施，减少电磁干扰。

（3）系统校准

在安装完成后，需要对导航系统进行精确的校准，包括天线相位中心校准、惯性测量单元（IMU）校准、GNSS/INS组合导航系统校准等，确保系统的定位精度。

3.1大型无人平台的导航需求

大型无人侦察机和作战平台通常指起飞重量在5000kg以上的无人机，如全球鹰、无侦-7、攻击-11等。这些无人机具有飞行高度高、续航时间长、载荷能力强、作战半径大等优点，能够执行战略侦察、电子战、精确打击等重要任务。

大型无人平台的导航需求比中型无人机更高，主要包括：

高精度：定位精度要求在1米以内，满足精确打击和战略侦察的需求。

高可靠性：能够在最复杂的电子战环境下正常工作，确保平台的安全和任务的完成。

长续航：能够在没有GNSS信号的情况下，连续飞行数小时甚至数天。

抗欺骗：能够有效对抗各种类型的欺骗式干扰，避免被敌方误导。

3.2多系统冗余抗干扰方案

为了满足大型无人平台的导航需求，通常采用多系统冗余抗干扰方案，包括：

多频段、多系统GNSS接收机：同时接收北斗、GPS、GLONASS、伽利略等多个系统的多个频段信号，当某个系统或某个频段的信号被干扰时，能够自动切换到其他系统或频段。

高性能自适应调零天线：采用十二通道或十六通道自适应调零天线，能够同时抑制10个以上的干扰源，抗干扰能力比八通道系统有显著提升。

高精度惯性导航系统：采用光纤惯性导航系统或激光惯性导航系统，漂移率小于0.01度/小时，能够在没有GNSS信号的情况下，连续飞行数小时，保持较高的定位精度。

多源融合导航系统：将GNSS、INS、视觉导航、激光雷达导航、地形匹配导航、星光导航等多种导航技术融合起来，实现全源导航，确保在任何环境下都能提供可靠的导航信息。

4.1无人车的抗干扰挑战与解决方案

地面无人车在战场上面临着复杂的电磁环境和地形环境，其导航系统面临着以下挑战：

电磁干扰严重：地面战场的电磁环境非常复杂，存在着大量的电磁干扰源，如雷达、通信电台、电子战系统等。

卫星信号遮挡严重：在城市、森林、山区等地形环境下，卫星信号容易被建筑物、树木、山体遮挡，导致GNSS接收机失锁。

振动和冲击大：地面无人车在行驶过程中会产生强烈的振动和冲击，影响导航系统的性能。

针对这些挑战，地面无人车的导航系统通常采用以下解决方案：

高性能GNSS抗干扰系统：采用八通道或十二通道自适应调零天线，提高系统的抗干扰能力。

GNSS/INS融合导航：将GNSS与高精度惯性导航系统融合，在卫星信号被遮挡时，依靠INS继续提供导航信息。

视觉导航和激光雷达导航：利用摄像头和激光雷达感知周围环境，实现自主导航，提高系统在复杂地形环境下的导航能力。

地形匹配导航：通过预先存储的地形数据库，与实时测量的地形数据进行匹配，实现自主导航。

4.2无人船与无人潜航器的导航抗干扰

无人船和无人潜航器在海上执行任务时，其导航系统面临着以下挑战：

海上电磁环境复杂：海上存在着大量的船舶雷达、通信电台和电子战系统，电磁干扰严重。

卫星信号受海面反射影响：海面反射会产生多径效应，影响GNSS接收机的定位精度。

无人潜航器无法接收卫星信号：当无人潜航器潜入水下时，无法接收GNSS信号，只能依靠惯性导航系统和声学导航系统。

针对这些挑战，无人船和无人潜航器的导航系统通常采用以下解决方案：

GNSS抗干扰系统：无人船通常采用八通道自适应调零天线，提高系统的抗干扰能力和抗多径效应能力。

GNSS/INS融合导航：无人船采用GNSS与惯性导航系统融合，提高系统的导航精度和可靠性。

声学导航系统：无人潜航器采用声学导航系统，如长基线（LBL）、短基线（SBL）、超短基线（USBL）等，实现水下导航。

惯性导航系统：无人潜航器采用高精度光纤惯性导航系统或激光惯性导航系统，在没有外部辅助信息的情况下，能够连续航行数天，保持较高的定位精度。

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