基于阵列空时处理的导航接收机抗干扰技术研究

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随着我国北斗卫星导航系统的全面建成和迅猛发展,人们对于导航与位置服务的精度及可靠性提出了更高的要求。由于空间电磁环境日益复杂,各种类型的干扰广泛存在,干扰问题日益突显,严重限制了卫星导航系统的应用领域及应用范围,如何在干扰环境中维持系统的可靠运行,实现高精度的定位导航,成为当前卫星导航领域研究的热点问题。本文围绕典型场景下的窄带与宽带干扰抑制问题,重点研究基于阵列空时处理的导航接收机抗干扰技术。针对现有阵列滤波算法在干扰抑制能力和对定位精度的影响方面存在的问题,提出相应改进算法,提升了接收机的抗干扰性能以及在特殊场景下的位置服务能力。论文创新点及主要工作如下:1.研究了盲自适应零陷处理对卫星信号相位及时延稳定性的影响。针对阵列处理过程中信号先验参数未知的情况,以功率倒置算法为例,对典型盲自适应处理的抗干扰性能及相位延时精度展开分析探究。利用与实际信号具有相似特征的模拟数据进行仿真,相关结果表明,盲自适应算法可以自适应地识别干扰来向,并在干扰的来向及其频带上生成较深的零陷,但是,零陷的产生也影响了导航信号的相位稳定,导致其载波相位观测精度大幅下降,延时变化值达0.54。2.提出了基于空时指向约束的自适应功率倒置改进算法。针对典型盲自适应处理造成的卫星信号失真和载波相位测量精度下降等问题,改进算法利用EKF滤波器的矢量跟踪输出结果,建立卫星与载体参考系的相对位置关系,引入了导航信号的来向约束条件,以减弱盲自适应处理对定位结果产生的不利影响。通过仿真,验证了该算法在实现导航信号稳固接收与保证相位稳定方面的有效性。相较典型的盲自适应功率倒置算法,改进后的空时算法将波束赋形后的相位延迟降低至9.86×10-5,实现了相位观测精度更优的空时自适应处理。3.提出了一种基于最优主副瓣约束及干扰加噪声协方差矩阵重构的改进型空时算法。在可见卫星数量较少且干扰与期望信号来向靠近的特殊场景下,提出利用Capon算法代替自适应功率倒置算法,将波束对准期望信号进行接收。对此场景下的Capon算法滤波性能进行分析,指出了典型空时算法存在的缺陷。在原有模型的基础上通过优化完善,提出了基于最优主瓣及协方差重构的改进算法,消除了凸起的多余副瓣,同时减小了主瓣宽度,使波束具有了更好的指向性。仿真结果表明,算法改进能够使增益衰减量降低40%,且将干扰与有用信号之间的增益差值由3.748d B提高到12.989d B,极大增强了特殊场景下的信号区分度,证实了改进算法有着更优的主瓣增益效果及相位时延特性。
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