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新概念认知卫星导航系统
发布日期:2019-07-28 03:06:58    来源:未知    作者:鲲腾防务    浏览量:21

目前,卫星导航系统在避免干扰上提出的主要技术手段,在空间段主要是点波束天线增强,在地面段包括天线增益调零,虽然在系统局部环节提高了适应性和鲁棒性,但这些技术不能根据复杂环境而变化,自适应提高抗干扰能力有待提高。

与此同时,从国际电报联盟(ITU)给出的频谱划分可见,当前的卫星导航频率空间已经非常拥挤,四大卫星导航系统除了GLONASS外,GPS,GALILEO和COMPASS系统的频段部分重叠或完全重叠,导致卫星导航频谱信号互干扰客观存在,不可避免。虽然新的导航信号设计体制提供了缓解卫星导航信号互干扰的方法,但从长远看不能从根本解决卫星导航信号兼容性问题。本文在分析现有卫星导航系统工作模式的基础上,针对系统频谱静态配置的局限性,提出认知卫星导航系统的基本概念、体系框架和工作过程。

认知卫星导航系统的核心是“全自适应的智能化认知处理”,这是整个系统构建的灵魂,其采用先进的信息体系直接提升了系统的整体性能,其以人脑的工作模式为基础,通过对电磁环境,尤其是对信道参数的自适应感知,掌握信道位置完好性、信道带宽可限性、信道干扰规律,通过建立复杂电磁环境下信道带宽的时变、空变数学模型,确定使用哪个频率节点进行导航,以保证卫星导航系统的正常运行,从根本上颠覆了现有卫星导航系统静态的频谱应用模式,也使系统具备了环境的感知能力。基于认知技术主动寻找空间中的空闲频谱,动态灵活配置频谱资源,通过天地一体整体协作的联动,实现系统对环境的自动适应调整,这种灵活的频谱管理模式满足不同卫星导航系统的业务和服务需求,为在有限的频谱资源下提高频谱利用率开辟了新的技术途径,从本质上解决卫星导航系统频谱兼容性,对在复杂电磁环境下提升卫星导航能力具有重要意义。

该文将认知技术(图1)与卫星导航系统交叉融合,产生的认知卫星导航系统属于新概念卫星导航系统。认知从本质上讲是与感情、动机、意志等心理活动相对应的理智思维过程,属于心理活动的一部分。将认知的概念演化到信息科学,认知是在信息处理基础上如何对周围环境做出反应的过程。基于认知技术的卫星导航系统利用干扰特性和电磁环境的先验知识,通过学习,不断地调整系统的工作参数和工作方式,使卫星导航系统始终处于最佳工作状态,实现系统和电磁环境的最佳匹配,提高卫星导航系统的工作效率。

图1 认知技术简化框图

认知卫星导航系统具备三个重要属性

(1)智能信息感知:它的主要任务是通过与导航卫星外部空间环境的不断交互,持续对电磁环境特性进行分析,并依据不同电磁环境特点选择合适的信号处理方式,获得导航卫星对整体运行环境的认知。

(2)频谱信息及其相关信息的学习、存储、记忆:通过不同电磁环境频谱信息学习,提高导航卫星频谱认知的精准程度,认知卫星导航系统的主要特征之一是采用动态知识库存储电磁环境信息并利用反馈信息进行认知学习,动态更新知识库。

(3)行为效果反馈:行为效果是根据频谱信息处理、智能推理信息做出决策,然后将其反馈给星务处理系统,使得导航卫星根据决策信息自适应调节频点。从空间信息技术趋势分析,发展基于认知技术的卫星导航系统,从智能感知环境,频谱信息学习、存储和记忆,频率自适应调整,以及实时效果评估,实现完整闭环认知能力,具有“行为效果反馈”功能,从而更为有效地执行其任务。

在基于认知技术的卫星导航系统信息感知、动态数据库、认知模型自适应频谱辨识、执行机构的系统架构中,存在着各种维度的信息关联,不同感知环境直接影响着内部信息关联的强弱程度,并具有循环认知特性,能够感知当前卫星导航状态获取所需信息,并进行智能决策、动态重构等实现对环境的动态自适应,其信息生命周期为“物理数据→单个参数信息→多维度参数信息→多模态融合信息→关联参数知识→参数耦合知识→动态配置→行为控制”,如图2所示,基于认知技术的卫星导航系统就是沿着有效的传递,以及充分的应用方向不断的流动及演进转化,形成循环往复闭环信息生命周期。

图2 基于认知技术的卫星导航系统信息闭环示意图

来源:中国科学技术科学

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