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数字多波束GNSS抗干扰处理机实现

段亚锋  
【摘要】: 全球卫星导航系统(GNSS)不仅能为海洋救援、大地测绘、灾情勘测、人员及车辆导航定位等民用领域提供重要服务,更能为等武器平台、部队乃至单兵提供高精度的时间信息和导航定位信息,已经成为现代战争所必要的技术手段,贯穿于导航战的始终。由于GNSS到达地球表面的卫星信号十分微弱,在复杂电磁环境中容易受到干扰,战时若没有专用的抗干扰设备,则会完全丢失制导航权。因此,GNSS抗干扰机的研究和设计意义重大。 本文首先对GNSS基本概念做了简单的介绍,对GNSS的干扰方式和抗干扰手段进行了概述。其次是分析了基于阵列抗干扰的主要技术手段和常用算法。最后,通过对自适应阵列抗干扰方法的分析和研究,文章介绍了数字多波束GNSS抗干扰机的主要硬件实现方式和软件实现方法,并给出了系统的软硬件测试结果。测试结果表明,系统的设计可行,能够满足设计要求,实现抗干扰的目标。 自适应阵列抗干扰的基本方式通常有自适应调零和自适应波束形成两种。两者的区别主要是后者在形成零陷的同时能够确保在卫星信号方向上的增益为常数。多波束抗干扰正是基于这一思想,既保证能够较好的抑制干扰,又保证在卫星方向上形成高增益,确保GNSS接收机在有干扰和没有干扰的情况下都能够正常接收到有用信号。此设备采用数字化处理,软件实现方法主要分为两个步骤,首先是通过波束形成算法在导航卫星方向上对卫星信号进行增强即形成指向导航卫星的波束,其次是对波束形成后的信号进行维纳滤波,进一步对消干扰,提高输出信干噪比。 数字多波束GNSS抗干扰处理机的系统设计主要采用基于背板的模块化设计理念以及软件无线电的设计思想,通过FPGA设计来实现主要功能。系统采用高性能的FPGA芯片,取代传统的DSP实现方式,各芯片之间采用LVDS传输方式,数据吞吐率和系统的处理速度能够得到了很大的提高。为了实现对多个GNSS卫星信号的正常接收,系统采用多片FPGA来确保多个抗干扰过程的并行运行,每个FPGA芯片单独完成对某个方向上GNSS卫星信号的抗干扰运算,最终确保至少能够实现对4个导航卫星信号的实时跟踪,确保实施正确的导航定位。


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