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基于阵列天线的GNSS矢量接收机抗干扰算法研究

张瑞华  
【摘要】:卫星导航在民用、军用领域均有较广泛的应用,由于卫星距接收机的距离达2-3万多公里,并且卫星发射功率只有几十瓦,所以到达地面接收机时的信号非常微弱,以GPS系统L1频率信号为例,到达地面时的信号功率只有-160dBw,因此卫星导航接收机极易受到外界各类干扰的影响,其中压制式干扰和欺骗干扰是常见的有意干扰,研究有效的抗干扰技术是卫星导航成功应用的重要保障。矢量接收机作为近年来一种新型的卫星导航跟踪技术,其核心思想是将各个跟踪通道通过扩展卡尔曼滤波器结合在一起,提高了对真实卫星信号的可预见性,在信号中断的场景下具有稳定跟踪处理弱信号的能力,它与传统的标量接收机相比,具有一定的抗干扰优势,因此矢量接收机抗干扰技术被国内外广大学者关注和研究。但是当其长时间处于中断的环境时,传统的矢量跟踪环路将失效;此外,矢量跟踪环路也面临着被欺骗的风险。因此本文将阵列天线技术与矢量跟踪环路结合来进一步提高矢量跟踪环路的抗干扰性能,主要从以下几个方面对基于阵列天线的GNSS矢量接收机抗干扰算法进行了研究:第一,给出了矢量接收机的基本工作原理,并对传统的矢量跟踪环路面临的有意干扰进行分析和描述,为后续工作奠定基础;第二,功率倒置算法实现简单,因此在卫星导航系统中通常使用功率倒置法来抑制压制式干扰,然而在实际环境中干扰与真实卫星信号的来向不断变化,在真实卫星信号与干扰来向较近的情况下,利用功率倒置法抑制压制式干扰时会将真实卫星信号抑制掉,从而导致接收机失锁。为了提高矢量跟踪环路在这种复杂电磁环境下的抗压制式干扰性能,本文在现有的基于特征波束形成的矢量跟踪环路的基础上,将解重扩算法与矢量跟踪环路相结合提出一种基于解重扩算法的矢量跟踪技术。该方法需要较少的相关器且对阵列误差不敏感,在卫星信号来向与干扰来向未知的情况下既可以抑制压制式干扰又能对卫星信号提供增益,具有较好的稳健性;第三,生成式欺骗干扰可以将接收机逐步引导至错误的位置,这种恶意的隐蔽式干扰很难被接收机察觉。为了提高矢量跟踪环路的抗欺骗干扰性能,本文在压制式干扰处理方法的基础上将解重扩算法与矢量跟踪环路结合,提出了基于矢量跟踪环路的生成式欺骗干扰检测与抑制算法。所提欺骗干扰检测与抑制算法不需要估计欺骗干扰和真实卫星信号的来向,可以自适应地对生成式欺骗信号进行检测和抑制。


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