全球导航卫星系统抗欺骗式干扰技术研究

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全球导航卫星系统能够为各类军民用户提供全天候、高精度的授时定位服务,因此被广泛应用于军事和民用领域。然而,由于卫星信号极易受到各种干扰的影响,使得全球导航卫星系统极其脆弱。其中,转发式欺骗式干扰的信号结构与卫星信号相同且功率高于真实卫星信号,可以使卫星导航接收机在毫无意识的情况下提供看似可靠的导航定位信息,严重威胁导航卫星系统的安全应用。本文对基于天线阵列的欺骗干扰抑制技术进行了深入地研究,取得的成果如下:(1)研究了抑制欺骗干扰的同时自动对真实信号产生增益的方法。现有的欺骗干扰抑制方法为了实现对真实卫星信号形成波束增益,需要对真实卫星信号的波达方向进行估计或者借助接收机提供的有关真实卫星信号的辅助信息。针对上述问题,提出了一种基于C/A码周期重复特性的欺骗干扰抑制方法,该方法利用C/A码的周期重复和相关特性,最大化参考信号和阵列输出信号的互相关系数,最终实现抑制欺骗干扰的同时自动地对真实卫星信号的来波方向形成增益。(2)研究了阵列流形未知时压制式干扰和欺骗式干扰的联合干扰抑制方法,提出了一种基于负对角加载的盲自适应联合干扰抑制方法,通过引入负对角加载技术来提高欺骗干扰与噪声的功率比值,使欺骗干扰的弱干扰问题转化为强干扰抑制问题,而压制式干扰抑制本就属于强干扰抑制,然后利用最小功率算法就可以抑制两种干扰。此方法可以盲自适应地将两种干扰联合抑制掉,对阵列误差不敏感,但是需要选择合适的对角加载量。(3)研究了阵列流形已知时压制式干扰和欺骗式干扰的联合干扰抑制方法,充分利用阵列流形先验信息,提出了两种基于波达方向估计的联合干扰抑制方法。两种方法的本质均是构造压制式干扰和欺骗式干扰的子空间,然后将阵列接收的信号分别向两种干扰的正交补空间投影达到抑制干扰的目的。第一种方法实现起来较为简单,能够在天线阵列包含阵元数目较少时,达到抑制混合干扰的效果。第二种方法可以有效抑制两种干扰,并且得到更高的输出信噪比。(4)研究了适用于高动态环境下的欺骗干扰抑制方法,针对现有的利用协方差矩阵的抗欺骗干扰方法不能解决高动态环境下欺骗干扰抑制问题,提出一种新的欺骗干扰抑制方法。此方法利用欺骗干扰的空间稀疏特性,通过估计欺骗干扰的稀疏表示(相当于导向矢量),从观测向量中减去欺骗干扰来实现干扰抑制。该方法只需要少数数据快拍就可以实现干扰抑制。
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