GNSS抗干扰阵列天线的设计与实现

论文摘要

近年来,卫星导航技术在军事、科研、农业等多个领域得到了广泛应用,卫星导航应用的重要性以及相关技术的发展也充分引起了各国政府的普遍关注,已有多个国家拥有或正在建设独立的全球卫星导航系统,包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟(EU)的Galileo、中国的北斗系统等。由于GPS在抗干扰上的暴露出来的脆弱性,如何提高北斗接收设备的抗干扰性能成为北斗终端设备设计时重点关注的内容。通过对比和分析多种抗干扰算法,基于空时自适应处理的抗干扰方法与单纯的时域、频域和空域抗干扰方法相比有着明显的优势,该处理可以抑制多种干扰,在不增加天线阵元的情况下,抗干扰处理的自由度大大增加,抗干扰能力有了本质的提高,非常适合应用于北斗抗干扰接收机。由于空时处理在提高抗干扰能力的同时计算量显著增加,在采用降维简化算法的基础上,本文提出使用级联式抗干扰算法的设计,第一级采用频域干扰抑制算法消除强窄带干扰信号;第二级采用空时联合处理算法消除不同空间角度的干扰信号。这样空时联合处理的维度和数据量都大大降低,非常有利于工程实现和推广。本文详细介绍了抗干扰阵列天线的工作原理、设备组成和硬件设计。最后,通过无线环境的试验验证了天线样机设计的正确性和抗干扰的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 全球卫星导航系统介绍
• 1.1.1 GPS 系统
• 1.1.2 GLONASS 系统
• 1.1.3 Galileo 系统
• 1.1.4 中国北斗系统
• 1.2 接收机的抗干扰需求
• 1.2.1 现役GPS 的脆弱性
• 1.2.2 不同领域的抗干扰需求及比较
• 1.3 抗干扰技术现状
• 1.4 本论文的主要工作及章节安排
• 第二章 GNSS 抗干扰技术研究
• 2.1 抗干扰技术
• 2.1.1 GPS 星上抗干扰技术
• 2.1.2 GPS 地面抗干扰技术
• 2.2 空时联合处理抗干扰技术原理
• 2.2.1 STAP 基本结构和原理
• 2.2.2 STAP 抗干扰及实现机理
• 2.2.3 STAP 自适应算法的实现
• 2.3 空时自适应处理的最优准则
• 2.3.1 最小均方误差（MMSE）准则
• 2.3.2 最大信干噪比（MSINR）准则
• 2.3.3 最大似然（ML）准则
• 2.3.4 线性约束最小方差（LCMV）准则
• 2.3.5 不同最优准则的关系
• 2.4 本章小结
• 第三章 级联式抗干扰算法设计与仿真
• 3.1 抗干扰算法设计
• 3.2 频域干扰抑制算法
• 3.3 频域干扰抑制算法性能仿真
• 3.4 空时联合处理的降维算法
• 3.4.1 主成分方法
• 3.4.2 互谱度方法
• 3.4.3 辅助向量滤波方法
• 3.4.4 多级维纳滤波方法
• 3.5 空时联合处理性能仿真
• 3.6 本章小结
• 第四章 抗干扰样机设计及实验
• 4.1 抗干扰接收机的框架设计
• 4.2 抗干扰天线设计
• 4.2.1 工作原理
• 4.2.2 天线设计
• 4.2.3 下变频模块
• 4.2.4 抗干扰处理模块
• 4.2.5 上变频模块
• 4.2.6 结构设计
• 4.3 GNSS 接收终端设计
• 4.4 抗干扰试验
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果