北斗导航接收机抗干扰相消技术的研究

发布时间：2017-07-25 20:07

  本文关键词：北斗导航接收机抗干扰相消技术的研究

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【摘要】：随着全球卫星导航系统的不断发展,卫星导航以其高精度、全天候、实时性以及覆盖范围广等特性逐渐深入到军事建设和日常生活的各个领域。北斗卫星导航定位系统是由我国自主研发的全球卫星导航系统,时刻面临着各种干扰的威胁,为了保证其在各领域中所发挥作用不受到影响,提高其抗干扰性能势在必行。本文以北斗双频抗干扰天线项目作为研究背景,在北斗双频抗干扰天线的整体研制中,着重对北斗RNSS-B1和北斗RDSS-S双频点的抗干扰处理能力进行研究,先对抗干扰算法进行理论分析,再将算法应用到天线样机进行实验,采取理论与实践相结合的方式,完成抗干扰天线的研制。首先分析研究了北斗卫星导航信号常受到的干扰类型和常用的抗干扰技术,在此基础上对阵列信号处理理论进行了研究,并且对不同阵元阵型的数学模型进行推导。其次依据阵列信号处理理论,对纯空域自适应滤波技术的结构原理进行阐述,并对滤波中权值系数的最优化准则和权值的自适应迭代算法进行了研究。再将纯空域模型扩展到空域-时域二维联合滤波模型,在此模型上以基于线性约束最小方差准则的功率倒置算法作为核心进行仿真分析。然后依据算法编写Verilog HDL代码在FPGA上实现,并利用Signal Tap II采集数据进行分析。在实现过程中,对协方差矩阵的截位处理通过计算协方差矩阵对角线上元素的最大值的最高位,作为截位起始位,最大程度保留矩阵有效位数。最后,将算法在实际的实验环境中进行验证,通过分析天线搜星、定位的能力,验证算法的抗干扰性能。通过Matlab仿真以及实际实验结果可以得出,基于功率倒置阵列的空-时二维滤波算法能够使北斗双频抗干扰天线在多个干扰的环境下起到良好的抗干扰效果。
【关键词】：北斗导航 抗干扰技术 空时联合滤波 FPGA实现
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN967.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 选题的背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状以及发展趋势14-18
• 1.2.1 国内外导航系统的研究现状14-16
• 1.2.2 卫星导航系统干扰技术的研究与发展16-17
• 1.2.3 卫星导航系统抗干扰技术的研究与发展17-18
• 1.3 章节安排18-21
• 第2章 北斗导航信号概述及其抗干扰技术21-29
• 2.1 北斗导航信号22-24
• 2.1.1 北斗B1频点信号结构22
• 2.1.2 北斗B1频点信号的相关特性22-23
• 2.1.3 北斗B1频点测距码23-24
• 2.1.4 导航电文24
• 2.2 常见抗干扰方法24-26
• 2.2.1 时域滤波技术24-25
• 2.2.2 空域滤波技术25-26
• 2.2.3 空域-时域联合滤波技术26
• 2.3 不同抗干扰滤波技术的性能26-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第3章 北斗导航系统空域-时域联合抗干扰算法原理29-63
• 3.1 阵列自适应信号处理理论29-34
• 3.1.1 阵列模型分析30-33
• 3.1.2 阵列设计33-34
• 3.2 空域自适应滤波34-36
• 3.3 最优化准则36-41
• 3.3.1 最小均方误差准则（MMSE）36-38
• 3.3.2 最大信干比准则（MaxSIR）38
• 3.3.3 最小二乘准则（LS）38-40
• 3.3.4 线性约束最小方差准则（LCMV）40-41
• 3.4 自适应滤波算法41-51
• 3.4.1 最陡下降算法（SDM）42-43
• 3.4.2 最小均方（LMS）算法43-45
• 3.4.3 比较SDM和LMS算法的性能45-48
• 3.4.4 基于功率倒置的自适应算法48-51
• 3.5 空时二维联合抗干扰处理模型51-53
• 3.6 空时二维联合抗干扰算法的仿真分析53-62
• 3.6.1 纯时域的滤波仿真53-55
• 3.6.2 纯空域和空时域性能仿真对比55-57
• 3.6.3 空时滤波不同阵元数和不同时间抽头数仿真对比57-60
• 3.6.4 干扰来波方向的仿真分析60-61
• 3.6.5 抗干扰自由度的分析61-62
• 3.7 本章小结62-63
• 第4章 算法的FPGA实现63-83
• 4.1 总体框图设计63-66
• 4.1.1 抗干扰天线实验平台64-65
• 4.1.2 抗干扰处理的模块框图65-66
• 4.2 FPGA中PLL的实现66-68
• 4.2.1 PLL的IP核设计66-68
• 4.2.2 PLL的仿真分析68
• 4.3 四路通道AD采样68-70
• 4.4 数字下变频70-76
• 4.4.1 FPGA中NCO的实现70-73
• 4.4.2 FPGA中混频器的配置73
• 4.4.3 FPGA中低通滤波器的配置73-76
• 4.5 权值的迭代模块76-79
• 4.5.1 协方差矩阵的计算76-77
• 4.5.2 权值迭代77-79
• 4.6 实验结果79-81
• 4.7 本章小结81-83
• 第5章 总结与展望83-85
• 参考文献85-89
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文89-91
• 致谢91

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