北斗卫星导航系统干扰识别与测向技术的研究与实现

发布时间：2020-05-29 06:39

【摘要】：北斗卫星导航系统(BDS:BeiDou Navigation Satellite System)是我国自主研制与建设的全球性有源卫星定位与通信系统(GNSS:Global Navigation Satellite System),已经广泛应用于国防和经济建设等领域。地面段北斗导航接收信号受到人为干扰信号的挑战,干扰识别与测向技术能够获得人为干扰信号的类型、空间分布以及干扰源方位等信息,是提升卫星导航系统可用性的关键技术之一。因此,北斗卫星导航系统干扰识别与测向技术研究与实现具有重要的意义。本文在综述国内外干扰识别与测向技术研究现状的基础上,根据压制式干扰的特点,设计并实现了压制式干扰识别算法,研究了非相干干扰的测向技术,主要工作如下:1.给出了压制式干扰的工作原理,对常见的压制式干扰进行了建模,并分析了压制式干扰的时频特征;2.提出了一种北斗卫星导航系统压制式干扰识别算法,该算法基于决策树理论,综合了能量因子、干扰3dB带宽、频谱峰度系数、时域峰度系数、归一化频谱冲击部分标准差、分数阶傅里叶变换能量聚集度等特征参数,可准确地识别北斗卫星导航系统压制式干扰,对该算法进行了 MATLAB仿真分析,仿真结果表明:即使在低干噪比情况下,该算法依然保持了较高的识别准确率;3.基于FPGA硬件平台和Verilog-HDL硬件描述语言,完成了北斗卫星导航系统压制式干扰识别算法的电路设计与开发,并利用Chipscope在线逻辑分析仪,对压制式干扰识别算法的性能进行了测试,测试结果表明:在低干噪比情况下,该算法对线性扫频干扰识别率可达80%以上,对其他压制式干扰识别率可达90%以上;4.提出了一种北斗卫星导航系统干扰测向算法,基于B3半波长四阵元矩形阵列天线,利用最小方差无畸变响应波束形成器和多信号分类算法,对北斗卫星导航系统干扰进行测向,并进行了 MATLAB仿真验证,仿真结果表明:在理想条件下,测向误差的方位角小于2°,测向误差的俯仰角小于1°;在非理想条件下,阵列天线的增益和相位误差会影响测向精度。
【图文】：

北斗,导航卫星,地面控制,系统空间

２．１北斗卫星导航系统逡逑北斗系统由三部分构成，即空间星座部分、地面控制系统和用户接收设备，，逡逑北斗系统组成如图２－１所示。逡逑空间星座部分逡逑？（＾）逦０逡逑／？］＼逡逑逦邋逦１邋逦逡逑监控站邋丨■丨丨丨主控站邋｜逦接收机逡逑逦邋逦Ｉ逦逦逡逑Ｉ逡逑地面控制系统逦Ｉ逦用户设备部分逡逑Ｉ逡逑图２－１北斗系统组成逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－１邋ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ邋ｏｆ邋ＢＤＳ逡逑首先，北斗系统空间段的导航卫星持续地向地面播发信号；然后，地面控制逡逑系统在接收到卫星播发的信号后，计算出卫星的运行轨道，并将运行轨道信息反逡逑送给卫星，卫星在收到运行轨道信息后，将其写入导航电文再播发给地面段用户；逡逑最后，用户接收设备在捕获并跟踪到可见卫星的信号后，从接收信号中提取导航逡逑电文，根据导航电文与信号延时等信息解算出接收机自身所处的空间位置。逡逑由于北斗系统的导航卫星均处于万米以上的高空，卫星信号经过长距离的传逡逑播到达地面时，功率己经十分微弱，北斗系统导航接收机收到的信号平均功率仅逡逑为－１３０必ｗ。因此

频谱,连续波干扰,频谱

式中：巧为干扰功率；力为干扰频率；％为服从［０，２0上的均匀分布干扰初始相逡逑位。逡逑连续波干扰的频谱如图２－２所示。逡逑连续波干扰频谱逡逑－７０邋逦？逦；邋５逦，逦，逦；￣￣．逦？逦逡逑－８０邋－逦ｊ逦｜逦－逡逑－９０邋－逦卿逡逑ｉ＇ｚ逡逑ｉ＇１３0－邋Ｉ＇邋Ｉ十＂丨丨丨－逡逑－１４。Ｉ逦ｌ｜邋｜逦ｊ邋｜＞逦ｌ逦ｋ逡逑－１５０邋’逦！逦ｊ逦）逦ｊ逦－逡逑－１６０邋－逦Ｉ邋Ｉ逦－逡逑－ｔ？０邋逦逦逦＊逦Ｊ逦Ｊ逦＊逦ｊ逦逡逑０逦１０逦２０逦３０逦４０逦５０逦６０逦７０逡逑ｆ／ＭＨｚ逡逑图２－２连续波干扰的频谱逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ邋Ｗａｖｅ邋Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ逡逑连续波干扰的频谱存目标卫星信号频点上呈现单一的大幅度冲激峰，频谱的逡逑其余部分为环境噪声。逡逑２．３．２宽带梳状谱干扰逡逑宽带梳状谱干扰（Ｃｏｍｂ－Ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，邋ＣＳＩ）是一种非平稳干扰，在频域逡逑表现为多组大功率的单峰。这种干扰产生于频率扫描速度过快的阻拦式干扰机或逡逑者叠加在一起的多个不同频点的连续波，它的作用范围是中心频点位于频谱梳齿逡逑上的卫星信号。这种干扰只需调整梳齿大致对准目标信号频点即可，实现简单且逡逑效果良好，己经广泛应用于卫星导航系统的干扰。梳状谱干扰可以用一组正弦波逡逑信号等效替代
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN967.1

【参考文献】