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导航接收机干扰抑制算法研究与性能仿真

金晓章  
【摘要】: 全球卫星定位系统,是20世纪70年代开始由美国国防部研制的新一代卫星导航定位系统,随着30多年来的应用与不断完善,目前该系统已经实现可以全天候的向全球范围内的用户提供高精度的导航、定位和授时等服务。正是由于GPS系统所具备的这些强大功能,使其得到越来越广泛的应用。尤其是高精度、高动态实时定位能力,使得在现代化信息战争中,能够有效利用卫星导航定位系统,并同时压制敌对方使用导航定位系统的一方在战场上占有绝对优势。 由于GPS系统本身的特点,接收信号来自上万公里的高空,加上导航卫星发射功率所受的限制,传输到达地面的卫星导航信号极其脆弱,这样微弱的信号在接收端很容易受到无意和恶意的干扰。在存在干扰的情况下,接收机捕获信号时间延长,甚至不能捕获信号。因此为了使接收机能够在恶劣的电磁干扰环境中可靠运行,在地面用户接收机前端,必须首先对接收信号进行抑制和减小干扰的操作,确保导航卫星通信在强干扰环境中能够正确可靠同步。本文的工作主要是研究基于阵列信号子空间投影以及STFT短时傅立叶时频变换两种不同的方法来抑制针对GPS卫星导航信号的大能量干扰。 基于子空间投影方法干扰抑制算法,在假设卫星导航信号、干扰信号、噪声是相互独立的基础上,对接收机前端阵列天线接收信号的协方差矩阵做特征值分解,得到干扰信号对应的子空间阵列,在通过干扰信号的子空间矩阵计算出干扰信号的正交补空间以后,再和输入信号阵列相乘作对消操作,在此基础上进一步对子空间投影后数据做近似最大信噪比加权,最后进行捕获操作。 基于STFT变换的干扰抑制算法,基于短时傅立叶变换对时变信号特征的时间频率分离特性提出了这种抑制GPS干扰的算法。仿真结果表明:在对信干比SJR=-50dB的窄带干扰信号以及信干比SJR=-40dB的线性调频干扰进行干扰抑制操作以后,能够成功捕获到卫星导航信号,同时,进一步可以得到输入信号载波多普勒频移的精确估计值。


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