无人机导航信号的增强及干扰抑制技术研究

无人机导航信号的增强及干扰抑制技术研究
发布时间：2021-01-14T02:21:45.620Z 来源：《现代电信科技》2020年第14期作者：董文涛
[导读] 无人机是由飞行控制系统、传感器系统以及动力系统三个部分组合而成，这其中传感器系统的主要是由惯性测量单元、定位系统等部分组成，而动力系统则有电机驱动器、电机和螺旋桨等部分组成。

（西安爱生技术集团公司陕西西安 710065）
摘要：无人机是由飞行控制系统、传感器系统以及动力系统三个部分组合而成，这其中传感器系统的主要是由惯性测量单元、定位系统等部分组成，而动力系统则有电机驱动器、电机和螺旋桨等部分组成。

通过不同的部分组合而成的无人机可以实现无人地面飞行操作，是一种新型的飞行技术，为我国的许多领域带来了便利。

这其中飞机的控制主要是为了稳定它的飞行姿态，以此来达到航道和速度的控制。

本文主要针对无人机导航信号的增强及干扰抑制技术进行了分析。

关键词：无人机；导航信号；干扰抑制技术
一、无人机的抑制干扰系统
1.1设计思路
无人机的抑制干扰系统是运用GPS当中的信号最为基础，并对其隐藏的，它对于一些干扰性的信号与真实的GPS信号十分的接近，但相比于其他的信号干扰，无人机的抑制干扰技术所耗的功率较低。

在无人机飞行的区域内GPS信号接收器进入了搜索状态以后，能有效抑制这些干扰的信号，但从定位系统的运行原理上来分析，在形成干扰抑制以后，无人机会给出一些虚假的信息，以此就能干扰目标并接收到地面的信号了。

1.2关键技术
（1）高精度观测量仿真，观测量的主要包括了伪距、伪距变化的规律以及伪距的功率等内容。

在实际运行的过程当中，无人机会受到很多的信息传输影响，就比如说电流方面的误差或者是潮汐现象等，但是在技术的支持下是可以将这些传输的不利信息给计算出来，然后再通过有效分析将其解决。

（2）信号发射时刻迭代。

因为卫星信号是通过空间站传输，然后地面装置接受再向无人机输送达成指令的，所以在接受信号的时候需要对仿真的卫星发送到信号进行检测，然后运算出发射器的信号最终确定自身真实卫星的位置人，然后地面控制器利用模型生成伪距，最后完成高级的伪距波动变化率。

但是导航系统很容易受到外界的干扰，所以在信号发射的过程当中经常出现其他频率的影响。

（3）防伪高阶变化率。

对于导航的信号有一个能够看得见的数值，一般统称为泰勒级数，所以目前运用一些仿真的服务器就能对这些数据进行计算，然后根据数据的大小可以将这些数值分为一到三个阶段，以此来计算出伪距。

（4）高动态多普勒频率仿真。

当仿真系统的状态呈现出加速的时候就需要按一定期限对这种速度频率的变化进行控制和检测。

这样会让多普勒的频率变得没有连续性，并且在控制的时候信号传输的间隔也会变大，如果速度越快这种存在的误差也会越来越大。

针对这一问题就可以用三阶直接将信号传输的合成器进行频率甄别。

最为常用的就是多普勒的信号计算法。

（5）高精度码相位延时控制。

在传统的伪距测量方法当中一般常用的就是DDS，但是计算机在数据的累计当中很容易产生抖动，这样就会让伪距的模拟无法达到最标准的数据。

所以，需要一些数字的延时过滤器辅助并进行伪距的模拟并在其中抽样再经过高标准的转换才能提高码数的精准度，但是这一系统的建设比较麻烦。

目前，我国最常采用的方法就是运用高倍率或者是提高数字的精准度来实现高精度码相位延时的控制，而对于数字延时的过滤器运行的原理则是在数字信号当中随机取样，然后就能得到速率。

但要想最简单话的进行这一任务，就要寻找一些结构比较简易的方法来实现。

二、抗干扰算法设计
2.1基于单源冗余信号的抗干扰
对于只使用单一GPS模块的GPS系统，见图1，可以从GPS信号分析机组件向外置分析机模块发送信号时，采用大于224kHz的有线信号，分4次发送相同数据，且每组数据后布置一位与门累加校验码，其抗干扰算法如图2。

需要对四组信号进行两两对比，只有数据一致才可以提交，该对比采用一一累加与门的方式进行比较，除非对方已经被丢弃为NULL 值。

最终未被丢弃的数据，才可以作为提交数据，否则会要求数据源重发。

因为GPS的理论传输速率仅为56kByteps，而该线路的理论速率为10MByteps，即便采用4组信号联合发送的方式，也可以有充足的信号冗余，可以最大限度实现数据的抗干扰设置。

这部分抗干扰算法运行在外置分析机上。

2.2基于多源冗余信号的抗干扰
如果采用2台以上的GPS模块，这一过程也可以得到进一步强化，即每个GPS的信号都可以选择运行在图2算法上进行抗干扰设置，但另外的备份GPS模块可以有效提升系统的抗干扰能力，提供足够的系统冗余。

但是，增加额外的备份GPS信号，可能会造成系统的重量或者体积增大，在无人机设计过程中带来较大的系统整合压力。

所以大部分无人机系统采用软硬件结合的信号抗干扰方案中，还是采用2.1中单源模式使用单一的GPS模块进行抗干扰算法部署。

优化GPS系统的外置分析机算法，可以有效减轻硬件压力，充分降低系统的质量，减少系统的体积。

三、无人机信号增强技术研究方向
目前对于无人机在飞行过程中信号强弱的问题一直是研究人员的重要科研对象，从遥控器的信号强度为研究出发点，如何提高遥控器的功率，从而实现远距离、高度的安全飞行，并传输高清的凸显目前为止有以下几个方向。

3.1遥控设备增程技术研究
需要将无人机自身所携带的信号接收天线和控制器之间的信号传输与接受通路加大，以实现无人机的信号抗干扰技术，目前常采用的技术是TDD或者是圆极化天线技术，这样在没有安全威胁的情况下就能将影像有效的传输。

3.2遥控器设计研究
在遥控器上设定增加信号强度的装置需要在原有的设置上进行改造，然后对整体调整，这样无人机的信号在增强了以后，信号传输的功率就会加大，这样也是对控制器的一种加强。

四、总结
综上所述，相关研究人员应当在不断的科研当中对无人机进行深入研究，并从防干扰与增强信号方面加强设计，从而促进我国的无人机领域发展。

参考文献：
[1]王伟，高铁柱，张明远，等.一种旋翼无人机发射灭火装置设计研发[J].林业机械与木工设备，2020，48（7）.
[2]赵猛，姚凯，杨国栋，等.基于三维激光雷达的无人机场景建模[J].现代电子技术，2020，43（14）.
[3]张冬晓，陈亚洲，程二威，等.适用于无人机数据链电磁干扰自适应的环境监测系统[J].高电压技术，2020，46（6）.。