卫星导航系统多维域抗干扰技术研究

发布时间：2018-03-25 12:42

本文选题：卫星导航系统　切入点：抗干扰　出处：《北京理工大学》2016年博士论文

【摘要】：随着卫星导航应用电磁环境的日益复杂和干扰技术的不断发展,卫星导航系统的各类应用已经受到了严峻的挑战。卫星导航抗干扰技术已经成为卫星导航系统成功应用的基础之一,因其直接关系到战场“制导航权”的问题而受到各国的广泛关注和深入研究。多维域综合抗干扰技术根据干扰信号和期望信号在不同维度上如时间维度、频率维度、空间维度等表现出的不同特性,在各维度上针对干扰信号进行干扰抑制,可全面提升卫星导航系统的抗干扰能力。在此背景下,本文将针对多种干扰共存下的抗干扰需求和抗干扰算法的低复杂度需求展开多维域抗干扰算法在卫星导航系统中应用的研究,并对抗干扰算法对测距性能的影响进行分析。本文的主要工作和创新性成果如下:1.针对非相干压制干扰和多径干扰同时存在的情况,提出了一种基于双重重叠子阵的波束成形算法,可实现相关前、相关后波束成形器(PAPC-BF)与空间平滑算法的融合,解决非相关压制干扰和多径干扰同时存在时的干扰抑制问题。算法首先基于提出的双重重叠子阵结构利用相关前波束成形器进行非相关干扰的抑制;然后基于相关后波束成形器采用空间平滑的解相关算法实现对相关信号的信源个数和波达方向估计;最后基于对干扰、多径和期望信号的波达方向估计进行波束成形。通过计算机仿真与传统波束成形算法的性能进行比较,仿真结果表明,基于双重重叠子阵的自适应波束成形算法可以实现在低信噪比情况SNR≤-40dB时对期望导航信号、非相关压制干扰和多径干扰的波达方向估计并进行有效地波束成形,在高信噪比情况下比相关前波束成形器和相关后波束成形器都具有更加出色的干扰抑制性能。2.为解决传统时域自适应滤波算法应用到过采样卫星导航接收机中而面临的由于采样值相关性造成预测误差的问题,提出了间隔型时域自适应滤波窄带干扰抑制算法。该算法基于非连续间隔的滤波器结构设计,消除输入滤波器采样值之间的相关性,克服自适应滤波器在抑制窄带干扰时对导航信号产生恶化的问题。通过仿真与传统自适应滤波算法进行性能比较,内插型时域自适应滤波器不仅可以在干扰频率处形成零陷,而且在信号通带内的平坦度也远好于传统的自适应滤波器,在高、低信噪比情况下均可实现窄带干扰的有效抑制。3.针对抗干扰算法对卫星导航接收机测量零值的影响,从抗干扰算法对接收机载波相位测量零值和码相位测量零值两方面的影响展开讨论。首先给出干扰抑制下的接收机跟踪环路模型,结合干扰抑制模块的等效滤波模型进行理论分析,针对载波相位测量零值偏差和码相位测量零值偏差的数学表达进行理论推导,并分别对具有线性相位和非线性相位特性的等效滤波器对接收机测量零值的影响展开讨论,最后通过仿真验证本章所提出分析模型的正确性。仿真结果表明,等效滤波器是线性相位滤波器的干扰抑制算法不会造成载波相位和码相位测量零值的偏差;等效滤波器是非线性相位滤波器的干扰抑制算法对载波相位的影响可以根据式(5.27)进行补偿,对码相位测量零值的影响取决于滤波器与伪码自相关函数相关的结果。文章推导的简化分析模型与仿真结果吻合,验证了本章分析模型的有效性,可以用于指导导航测距接收机干扰抑制算法的设计,从而在干扰抑制的基础上保证导航测距的性能,为卫星导航接收机的干扰抑制算法设计提供理论支撑。4.针对XX-1星载测距接收机干扰检测与抑制和XX-2星间测距链路干扰检测与抑制项目的研制要求,不考虑阵列天线的信号处理方法,从抗干扰接收机的硬件设计、低复杂度干扰抑制算法的方案设计与FPGA实现以及可对抗多种干扰的综合抗干扰模块设计等方面给出抗干扰模块的具体实现方案和实现结果,为了全面验证综合抗干扰模块的性能,给出中频测试、射频有线测试、射频无线测试、高低温测试以及开关机测试的测试平台搭建方法和具体测试项目,最后给出在验证平台上的测试结果。测试结果表明,本文设计的抗干扰算法满足研制目标,可在低复杂度的约束下满足星载、星间测距的干扰抑制需求。所承担的项目已成功交付。
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【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN967.1

【参考文献】