七通道北斗自适应抗干扰算法与FPGA实现研究

发布时间：2017-06-25 13:05

  本文关键词：七通道北斗自适应抗干扰算法与FPGA实现研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着北斗导航系统的迅速发展,以北斗系统为核心的北斗产业也正在蓬勃发展之中,基础产品、北斗终端、运维等产业体系已经逐步形成。卫星信号属于弱信号,其到达地面的信号强度约-130dBm,且没有附加的防护措施,极易受到外界各种形式的干扰而导致导航定位功能失效。干扰的形式、距离、方位和功率等信息的不确定导致对卫星信号的防护极为困难。因此抗干扰水平日益成为衡量导航系统优劣的重要指标。针对北斗导航系统容易受到干扰而导致无法正常工作的弱点,我国在北斗抗干扰领域投入了大量人力物力,致力于抗干扰研究。本项目探讨了一种基于北斗导航系统的七通道干扰抑制算法,并在FPGA上验证该算法。首先,本文对典型自适应干扰抑制算法进行简略介绍。给出干扰抑制方法的基本分类,有空域滤波、时域滤波及空时结合抗干扰滤波等。随后讲述了自适应波束形成方法,该算法能够在抑制干扰的同时增强有用信号。最后,详细描述了几种自适应滤波算法,如递归最小二乘算法和最小均方误差算法等。其次,在基本自适应抗干扰算法的基础上,讨论了基于功率倒置算法的七阵元空时抗干扰的迭代实现,主要采用LMS算法或RLS算法来完成迭代过程。为了使抗干扰算法能够在硬件平台上高速实时地进行抗干扰处理,利用DLMS算法来实现空时抗干扰。本文讨论了DLMS算法的改进,即利用重定时技术对空时功率倒置结构的DLMS算法进行改进,得到三种改进结构,即TF-RDLMS、DF-RDLMS和TDF-RDLMS。本文利用MTLAB工具仿真了上述研究算法,分析了各个算法的性能及硬件实现的可行性。然后,本文在FPGA硬件平台上对七通道北斗抗干扰算法进行了实现,介绍了基于FPGA的硬件系统硬件平台设计,包括ADC、FPGA、DAC等。随后描述了七阵元自适应抗干扰算法的FPGA实现,包括数据的采集同步、对采样数据的滤波及希尔伯特变换处理、TF-RDLMS算法实现和数据内插处理。在FPGA上实现了干扰的抑制。最后,对七通道自适应抗干扰系统进行了实验测试,对测试系统进行了搭建,确定了测试方法和测试标准。测试中使用的干扰信号的形式为宽带干扰。在此基础上,测试系统抑制单个、三个和六个宽带干扰信号的能力,经测试,本系统满足了项目的指标要求。
【关键词】：北斗导航 抗干扰 功率倒置 TF_RDLMS FPGA
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN967.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 北斗导航系统简介9-10
• 1.3 多通道抗干扰技术研究现状10-12
• 1.4 本文的主要内容及安排12-13
• 第二章 北斗导航自适应抗干扰算法13-24
• 2.1 抗干扰技术分类13-18
• 2.1.1 空域抗干扰13-16
• 2.1.2 频域抗干扰16-17
• 2.1.3 空时结合抗干扰17-18
• 2.2 波束形成18-20
• 2.2.1 传统波束形成方法18-19
• 2.2.2 自适应波束形成器19-20
• 2.3 自适应滤波算法20-23
• 2.3.1 自适应滤波算法原理20-21
• 2.3.2 递归最小二乘滤波算法21
• 2.3.3 最小均方误差滤波算法21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 七通道自适应抗干扰算法研究24-45
• 3.1 基于功率倒置的空时抗干扰的迭代实现24-26
• 3.1.1 功率倒置的LMS实现原理24-25
• 3.1.2 功率倒置的RLS实现原理25-26
• 3.2 DLMS算法26-36
• 3.2.1 DLMS基本原理26-29
• 3.2.2 重定时技术29-30
• 3.2.3 TF-RDLMS30-33
• 3.2.4 DF-RDLMS33-34
• 3.2.5 TDF-RDLMS34-36
• 3.2.6 RDLMS结构性能对比36
• 3.3 抗干扰算法性能仿真实验36-44
• 3.3.1 LMS算法与RLS算法对比37-39
• 3.3.2 DLMS与LMS算法对比39-41
• 3.3.3 DLMS算法参数仿真41-44
• 3.4 结论44-45
• 第四章 七通道自适应抗干扰FPGA实现45-68
• 4.1 系统总体设计45-46
• 4.2 系统硬件平台设计46-50
• 4.2.1 抗干扰硬件系统的ADC采样电路设计46-48
• 4.2.2 抗干扰硬件系统的FPGA电路设计48-49
• 4.2.3 抗干扰硬件系统的DA数模转换电路设计49-50
• 4.3 七阵元自适应LMS抗干扰算法的FPGA实现50-67
• 4.3.1 AD数据同步设计51-53
• 4.3.2 带通滤波器设计53-57
• 4.3.3 Hilbert滤波器设计57-60
• 4.3.4 TF-RDLMS算法的FPGA实现60-65
• 4.3.5 数据内插实现65-67
• 4.4 设计总结67-68
• 第五章 七通道自适应抗干扰系统的实验测试68-75
• 5.1 系统测试平台搭建68-70
• 5.2 测试方法及测量标准70-71
• 5.3 系统测试结果71-74
• 5.3.1 单宽带干扰测试71-73
• 5.3.2 三宽带干扰测试73
• 5.3.3 六宽带干扰测试73-74
• 5.4 测试总结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 工作总结75-76
• 6.2 未来展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81
• 攻硕期间取得的研究成果81-82

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