卫星导航抗干扰终端测量偏差影响分析及其抑制技术研究

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抗干扰和高精度是保证GNSS全球卫星导航系统定位稳定性和准确性的两个重要保障,是高性能卫星导航接收机的两个重要指标,如何同时满足这两个指标是目前接收机设计的热点和难点。现有的抗干扰终端多采用天线阵抗干扰的模式,而天线阵中抗干扰算法的应用会给接收机测量值带来偏差,使得接收机高精度定位性能严重恶化。因此研究抗干扰天线阵抗干扰终端对导航接收机测量值的影响及其抑制技术,具有重要的理论意义和工程应用价值。论文针对抗干扰终端抗干扰天线阵的抗干扰信号处理对导航测量值的影响以及抑制技术进行了系统的研究,本文的主要工作和创新成果总结如下:1.传统的抗干扰终端会给其接收到的导航测量值带来了偏差,这种现象给抗干扰终端实现高精度定位带来阻碍。本文建立起抗干扰终端测量偏差与精密单点定位的误差传递模型,并且通过抗干扰终端在无干扰环境、单个宽带干扰环境、单个扫频干扰环境以及三宽带干扰环境下的实测实验与普通全向天线在无干扰环境下的对比实验分析,发现抗干扰终端抗干扰天线阵给精密单点定位带来定位误差可以达到3.8米,在三干扰环境下甚至会使得定位结果无法收敛,严重降低了抗干扰终端高精度定位的定位性能,因此,抑制抗干扰终端引入的测量偏差十分重要。2.建立在理想信道条件下,抗干扰终端测量误差的分析模型。为了分析抗干扰算法所引入的测量偏差,基于相关函数以及信道响应的基本理论建立起抗干扰终端测量偏差的分析模型,模型为具体分析信号来向、干扰参数对测量偏差的影响提供了理论支撑。结合理论和仿真具体分析了信号来波方向、干扰来向、干扰功率、干扰类型对测量偏差的影响。在特定场景下,信号来向对码相位偏差的影响大概在1m左右,对载波相位偏差的影响大概在160度左右。干扰来向对码相位偏差的影响最大可以到9米,对载波相位偏差的影响最大可以到200度。干扰功率对码相位偏差的影响不明显,对载波相位偏差的影响最大为10度左右。干扰类型对码相位偏差的影响不明显,但对载波相位偏差的影响最大可到10度左右。3.为了解决抗干扰终端抗干扰处理引入测量偏差的抑制问题,本文提供了一种设计无偏差抗干扰算法的新思路,并具体提出了一种基于特殊对称阵型的无偏差抗干扰算法。这种算法不仅能够在不需要知道任何先验信息的条件下进行抗干扰处理,保持传统PI算法的干扰抑制性能,在继承PI抗干扰算法的优越性的同时,能够有效的抑制传统PI算法引入的测量偏差,通过仿真分析可得本文所提出得算法可以基本实现码相位、载波相位无偏差,码相位偏差在0.01m,载波相位偏差在0.2度以内,很大程度上抑制了码相位偏差和载波相位偏差。且阵列非严格对称条件和权值非严格共轭条件对本文所提出的算法的测量偏差抑制性能无明显影响。本文所提出的算法虽然在测量偏差抑制方面有很好的表现,但其会损失四分之三的自由度。然而,相较于其它“两步”滤波结构的无偏差算法,本文提出的算法能够只需要一组权值就可以同时对所有卫星信号进行并行处理,减少系统的复杂性,很大程度上提高了信号处理的速率。
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