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复杂环境下GNSS抗干扰策略研究

何江  
【摘要】:全球导航卫星系统以全球性、全天候和实时性地提供定位、导航和授时的特点,在各行各业被广泛应用。然而卫星接收信号十分脆弱,极易受到干扰影响,虽然已经提出了很多抗干扰手段,但是每一种措施都有各自的优缺点。为此,本文就复杂电磁环境下,重点关注于压制式干扰,首先对干扰进行检测,再提取特征参数,接着基于决策树进行分类识别,然后在接收机从系统自抗性、频域滤波和空域滤波三方面研究抗干扰措施,最后将两者整合形成有效的抗干扰策略。论文的主要研究内容归纳如下:1.分析了导航信号面临的复杂电磁环境,建模了典型的六种压制式干扰,讨论了干扰参数的配置;在分析现有抗干扰手段的基础上,研究了导航系统的自抗性,并设计了将干扰检测识别与抗干扰级联的复杂环境下抗干扰策略;给出了策略涉及的相关基本理论。2.研究了频域干扰检测算法,设计了门限循环更新检测算法,通过构建不同场景仿真验证分析了算法性能;通过对干扰信号特性的分析,提取了能量因子、频谱带宽、频谱峰度、频谱平坦度、时域峰平比和能量聚集度六个特征参数,并基于决策树理论设计了干扰分类识别策略。通过仿真验证分析了检测识别策略的性能。3.在频域,研究了各种窗函数的数学模型和加窗处理对信号频谱泄漏的补偿,提出了反加窗的处理方式来改进加窗重叠FFT滤波技术。在空域,研究了空域功率倒置算法的权值推导过程,并提出从相关矩阵的计算和权值变步长迭代对其进行优化,使相关矩阵的估计和天线形成的零陷更准确;针对高动态变化的情况,通过添加微分约束来改进功率倒置算法,使其方向图形成的零陷变宽,同时给出了详细的推导过程。4.整合了前文的干扰检测识别技术和干扰抑制技术,得出了完整的复杂环境下抗干扰策略,通过仿真验证了其性能,并与空时联合手段进行了对比。最后借助MATLAB GUI工具,开发了复杂环境下卫星导航抗干扰策略可视化仿真软件,为后续相关工作提供有力的支持。


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