基于空时处理的无人机协作导航抗干扰研究

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伴随着近些年卫星导航在各个产业的深入应用,以及无人机向多机协作系统发展的趋势,多无人机协作卫星导航已成为必然的发展轨迹。因此,无人机协作导航的相关抗干扰问题成为了亟待解决的课题之一。本文在原有卫星导航抗干扰技术的研究基础上,根据无人机协作系统应用环境的特性,提出了无人机系统多天线协作模型和CLMS算法的空时应用思路,并对算法的自适应步长作了改进。本文主要工作如下:1.论文基于无人机协作系统的灵活性和可控性,提出了单机单阵元的协作天线模型。在该假设下,多无人机协作系统可以通过对自身飞行阵型的调整,实现原先固定天线不具备的可调性。论文通过对线阵、面阵和Y型圆阵三种基本阵列天线结构,在不同干扰环境、不同阵元间距下产生的零陷效果进行仿真,总结了天线阵型和阵元间距对系统抗干扰效果的影响,并研究了协作天线引入的权值扰动影响。2.论文提出了将CLMS算法应用于空时处理模型中的抗干扰思路,并对算法收敛性涉及的步长问题进行了推导。这一思路继承了原算法计算量小的特点,适用于无人机低计算能力的背景,同时发挥了算法对卫星信号能够产生强约束的特性,仿真结果说明了其有效性。3.论文通过总结LMS算法的变步长改进方式,在原有空时CLMS算法的步长研究基础上,提出了一种对步长因子的改进方式。这一改进能让算法在收敛初期具备更好的收敛速度,仿真结果说明了其有效性。通过上述所作工作,论文得到的结论性成果为:协作天线的三种阵型中,Y型圆阵通常具备较好的干扰零陷,适用于一般的干扰环境,面阵更适合空域来波干扰集中的情况,线阵仅在干扰方向与自身“片”状零陷契合时有较好的效果;最优的天线间距通常并不在半波间距附近,多无人机协作天线可在半波间距基础上作小幅增减以获取最佳的天线接收间距;CLMS算法应用于空时模型时,能在60d B的四干扰传输情况下较为有效的抑制干扰,保证了卫星信号约束的同时具备了计算量小的特性,适合无人机应用背景;空时CLMS的步长改进算法,以稍差的稳态收敛效果换取了算法初始的更快收敛,对无人机卫星导航有较强的应用意义。
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