GPS接收机天线阵列抗干扰算法研究及其FPGA实现

论文摘要

GPS技术在导航、定位及精确打击等方面产生了重要影响,已经广泛地应用在各种武器平台上。但是,在干扰环境下也显现出许多问题。由于其到达地球表面的信号极其微弱（-160dBW）,在现在复杂的电磁环境中容易受到干扰,尤其是C/A码信号更易受到干扰,并且随着导航战的发展对GPS的抗干扰已成为争取导航资源的有效措施。因此,研究干扰环境下的GPS接收机设计具有重要意义。本文首先简要介绍了GPS信号的结构及构成,通过对GPS信号特征以及接收机抗干扰能力的分析,结合干扰对接收机的作用方式及效果,确定GPS最易受的干扰类型为阻塞式干扰,然后针对这种干扰类型提出了一种有效的抗干扰技术-----自适应调零天线技术。接下来,着重研究了GPS接收机在此抗干扰技术前提下的若干抗干扰方法,并对其进行了详细的分析和讨论。研究过程中,通过对最佳化准则和空域自适应滤波的理解,首先对不同天线阵列结构进行了性能仿真和比较分析,然后在对称圆形天线阵列的基础上对空域自适应算法进行了仿真分析,针对其自由度有限的问题接着对空时滤波方法做了详细讨论,在7元对称圆形阵列的基础上仿真说明了二者各自的优缺点。考虑到实际的干扰环境和本课题研究的初期阶段,因此选用了适合本课题干扰环境的空域滤波方法,并对其自适应算法进行了适当的改进,使得其抗干扰性能获得了一定程度的改善。最后,详细说明了该接收机抗干扰模块的FPGA实现原理。详细给出了顶层及各子模块的设计流程与RTL视图,实验结果验证了该算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 扩频通信技术介绍
• 1.2.1 基本原理
• 1.2.2 扩频通信的主要特点
• 1.2.3 直接序列扩频通信系统
• 1.3 问题的提出及意义
• 1.4 抗干扰技术研究现状
• 1.5 论文的研究内容及章节安排
• 第二章 GPS 卫星信号及接收机结构
• 2.1 GPS 的基本原理
• 2.2 GPS 卫星信号
• 2.2.1 信号的组成
• 2.2.2 C/A 码的产生
• 2.3 接收系统概述
• 2.3.1 GPS 接收机的系统功能
• 2.3.2 信号处理
• 2.4 本章小结
• 第三章 GPS 干扰和抗干扰技术
• 3.1 GPS 干扰技术
• 3.1.1 GPS 的主要干扰形式
• 3.1.2 干扰效果分析
• 3.2 GPS 抗干扰技术
• 3.3 本章小结
• 第四章 GPS 接收机干扰抑制方法研究
• 4.1 空域自适应滤波技术
• 4.1.1 原理
• 4.1.2 最佳化准则
• 4.2 自适应算法及天线阵选型
• 4.2.1 算法模型
• 4.2.2 天线阵选型
• 4.2.3 性能仿真分析
• 4.3 空时滤波方法
• 4.3.1 空时二维处理器的结构
• 4.3.2 空域和空时滤波性能比较
• 4.4 抗干扰算法确定及其优化
• 4.5 本章小结
• 第五章 抗干扰算法的FPGA 实现
• 5.1 引言
• 5.2 ALTERA STRATIXⅡ简介及器件选型
• 5.2.1 Altera Stratix II 芯片介绍
• 5.2.2 器件选型
• 5.3 抗干扰算法的实现
• 5.3.1 总体设计
• 5.3.2 数字下变频设计
• 5.3.3 权值生成模块设计
• 5.3.4 加权模块设计
• 5.4 算法有效性验证
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 全文总结及主要贡献
• 6.2 下一步工作建议及未来研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 硕士研究生期间的研究成果