GNSS接收机抗干扰技术研究

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随着近年来GNSS系统在军事和民用两大领域的广泛应用,GNSS用户接收机易受到电磁干扰的问题日益突出,特别是在军事领域对卫星导航系统的依赖,使得GNSS抗干扰技术成为一个热门的研究话题。空时联合抗干扰技术(STAP)比单纯的空域抗干扰技术、时域抗干扰技术、频域抗干扰技术有着巨大的优势,它能在不增加天线自由度的情况下,抑制多个干扰信号,同时抑制干扰能力相比其它三种方法有质的提高。这使得空时联合抗干扰技术成为GNSS抗干扰技术研究的重点。论文对空时联合抗干扰技术展开了深入研究,重点研究了多星约束条件下的空时联合抗干扰算法以及空时联合抗干扰算法对卫星导航信号的自相关和互相关特性的影响。本论文的主要工作和具体内容如下:1.研究空时联合抗干扰方法中的基本理论。从干扰信号的抑制程度以及卫星导航信号通过空时联合处理后的有用性两个方面对空时联合抗干扰抗干扰性能进行了分析。2.研究了多星约束条件下的空时联合抗干扰算法。利用Householder分解方法化简多星约束条件下的线性约束最小方差(LCMV)准则对应的GSC的前向分解过程。提出利用对角加载的Householder-多级维纳滤波(Householder-MWF)算法,该方法首先能够使得后向迭代计算过程可以和前向分解同时进行,使得算法的实时性得到很好大的提高。对角加载同时又使得迭代计算过程中的秩选更加稳健,消除估计过大带来的对空时联合抗干扰方法的干扰抑制效果的影响。仿真结果验证了所提出算法的抗干扰性能。3.分析了空时联合抗干扰算法对卫星导航信号的影响,经过理论推导和仿真,卫星导航信号经过空时联合抗干扰后,信号的自相关和互相关特性发生改变,具体表现在卫星导航信号的自相关函数的峰值出现偏移以及自相关峰展宽,这就会使得接收机的捕获和跟踪部分出现误差,最终会导致定位出现错误。提出利用接收机本地产生的参考信号对经过空时联合处理后的卫星信号进行校正,弥补因空时联合处理带来的损失。仿真结果验证了所提出算法的有效性。4.空时抗干扰算法抗干扰性能分析是以阵列通道特性完全一致为前提条件,但在实际应用中,一些因素影响到阵列通道特性,例如存在干扰信号的谐波成分、通道内和通道间的幅度和相位的不一致性等。这些因素的存在会影响到空时联合抗干扰的性能。分析了接收机通道幅度和相位不一致性产生的原因以及对抗干扰算法的影响,然后利用谐波抑制、阵列宽带和窄带校正技术对通道的幅度和相位的不一致性进行校正,使这些因素减少对空时联合抗干扰干扰抑制性能的影响。5.给出了导航接收机的总体方案以及抗干扰部分的硬件实现方案,重点分析了抗干扰部分关键模块的FPGA实现过程。在微波暗室测试环境下对导航接收机的关键指标进行测试,实际的测试结果表明导航接收机满足既定的指标要求。
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