[發明專利]一種適用于集群目標間的射頻自主相對姿態測量系統

有效

• 申請號: 201410602701.2
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN104407326A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 張鳳;楊昕欣;曹建文;李喆;王新忠;費智婷;王華;姚國偉;夏耘;王倩;鄧志均;岑小鋒
• 申請（專利權）人: 中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G01S5/14
• 分類號: G01S5/14
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

技術領域

本發明涉及一種無線電導航定位裝置，特別是一種適用于集群目標間的射頻自主相對姿態測量系統，適用于集群目標間的自主相對姿態測量，屬于導航定位領域。

背景技術

隨著測量技術的不斷發展，對多個目標之間的相對姿態測量技術的研究成為一個重要方向，其應用領域包括星間相對狀態測量、航天器交匯對接及航天器間相對姿態測量等。

射頻自主相對姿態測量裝置，由多個發射天線、接收天線、射頻發射機、射頻接收機以及基帶處理模塊組成。射頻自主相對姿態測量裝置用于集群目標間自主相對姿態測量時，需要每個成員安裝一套自主相對姿態測量裝置，每個成員上的裝置由其多個發射機經過發射天線向其他成員發射測距信號，每個成員的裝置同時利用其接收天線和射頻接收機收集其它成員發來的測距信號，并送給基帶處理模塊進行測距信號的處理。測距信號由固定偽隨機碼序列調制在射頻載波上而形成，裝置接收到測距信號后可以測量得到偽碼序列的相位和載波信號的相位，為了實現高精度的測距必須使用載波信號相位作為測距信息來源，由于每個發射天線使用唯一的固定偽隨機碼序列，接收天線可以用固定偽隨機碼序列來識別來自不同發射天線的測距信號。每個成員上的裝置利用其接收到的測距信號，可以解算得到其各個接收天線與其它成員各個發射天線之間的距離，利用這些距離信息，可以根據空間交會法原理，確定各收發天線之間的相對位置，利用收發天線的相對位置結合方向余弦公式可以推算出各個成員之間的相對姿態。

目前，射頻自主相對姿態測量裝置的天線部分常采用一個發射天線和一個接收天線、一個發射天線和兩個接收天線、三個獨立工作的收發共用天線、一個收發共用天線和兩個接收天線等幾種方式，這些裝置可以實現兩個目標之間的相對距離或相對位置的測量，這些裝置中有一部分無法測量相對姿態，其它部分需要多個成員同時相互測量并綜合多個成員的測量數據后才能得到相對姿態信息，這些設備都無法實現兩個目標之間直接的相對姿態測量。另外，目前的射頻自主相對姿態測量裝置都采用時分的工作方式，即每個時隙只有一個成員的測量裝置發射信號而其它成員只能接收信號，這樣要經過多個時隙才能完成一個測量周期，集群中的成員數量越多則測量周期越長，這將影響測量的實時性，或者為了保證實時性又不得不限制集群中的成員數量。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種適用于集群目標間射頻自主相對姿態測量的無需借助集群內其他成員即可實現一對成員之間獨立的直接相對姿態測量系統。

本發明的技術解決方案是：一種適用于集群目標間的射頻自主相對姿態測量系統，包括兩套結構相同的相對姿態測量裝置，分別記為主成員裝置和從成員裝置，主成員裝置和從成員裝置分別接收和發送測距信號完成相對姿態測量：

主成員裝置包括：主發射天線T1、主發射天線T2、主接收天線R1、主接收天線R2、主接收天線R3、主射頻發射通道TC1、主射頻發射通道TC2、主射頻接收通道RC1、主射頻接收通道RC2、主射頻接收通道RC3、主雙模式輔助射頻通道AC1、主雙模式輔助射頻通道AC2、主輔助射頻接收通道AC3和主基帶處理模塊，其中：

主基帶處理模塊，包括主數字信號處理器單元、主現場可編程門陣列單元、主DA轉換器單元、主AD轉換器單元；

主數字信號處理器單元，獲取上歷元從成員裝置兩個從發射天線分別到主成員裝置三個主接收天線的偽距，對偽距進行編碼形成發射數據，將發射數據送至主現場可編程門陣列單元；接收主現場可編程門陣列單元發送的解調信號，進行編譯得到上歷元主成員裝置中兩個主發射天線分別到從成員裝置中的三個從接收天線的偽距，然后獲取本歷元從成員裝置中的兩個從發射天線分別到主成員裝置中的三個主接收天線的偽距，最后利用空間交會原理計算得到主成員裝置的整周模糊度、相對位置和姿態角；

主現場可編程門陣列單元，接收主數字信號處理器單元發送的發射數據并進行擴頻，得到擴頻信號并進行調制得到調制信號，然后將調制信號濾波得到數字中頻信號并送至主DA轉換器單元；接收主AD轉換器單元發送的數字中頻信號并進行解調，得到解調信號后送至主數字信號處理器單元；

主DA轉換器單元，接收主現場可編程門陣列單元發送的數字中頻信號，將數字中頻信號轉化為模擬中頻信號，并送至主射頻發射通道TC1、主射頻發射通道TC2、主雙模式輔助射頻通道AC1、主雙模式輔助射頻通道AC2；