卫星导航接收机时频联合干扰抑制算法研究

论文摘要

未来战争的形态将是高科技的“数字化战争”,而先进的导航定位技术是“数字化战争”的重要保证。GPS作为一种通用的定位系统,具有全能性、全球性、全天候等许多其它导航设备无可比拟的特性,人们对其重视程度也日益提高。因此,不仅要研究GPS干扰技术,使对方的先进设备不能发挥作用,也要重点研究先进的抗干扰技术,以适应现代化信息战的需要,这对现代化武器性能的提高、乃至整体战斗力的增强都将有非常重要的意义。本文即是研究在GPS接收机中干扰抑制的问题。GPS采用扩频系统,在扩频通信系统中,干扰容限是一个很重要的问题,影响着整个系统的性能,因此在GPS接收机中采用的干扰抑制技术是有必要的。近年来,扩频通信系统的抗干扰性始终是该领域的研究热点,尤其对窄带干扰的抗干扰技术已日趋成熟,经典滤波方法大都限于在频域或时域加窗,然后进行遮隔处理。但对于宽带干扰信号而言,其与伪码和噪声之间存在较强的时频耦合,这使得经典滤波方法难以实现有用信号和干扰的有效分离。本文主要研究GPS接收机的基于时频联合的干扰抑制技术。文中首先分析了以单音连续波(CW)干扰信号、多音连续波干扰信号和线性调频(LFM)宽带干扰信号对C/A码的相关输出所产生的影响,并借助Monte Carlo模型分析了干扰信号类型及信干比(SJR)对GPS接收机误码率的影响程度;然后对时频理论和时频变换进行了简单的描述,并重点介绍了短时傅立叶变换(STFT)和分数阶傅立叶变换(FRFT)。提出了基于STFT的时频域干扰抑制方案、基于FRFT的频域干扰抑制方案和基于FRFT的时域LFM干扰抑制方案,并以此建立算法实现对GPS信号的干扰抑制。最后借助Matlab仿真软件对本文提出的几种算法进行了仿真,验证其可行性和有效性,仿真结果证明了本文提出的算法能够实现对GPS信号的干扰抑制。通过对仿真结果的分析,表明基于STFT的时频域干扰抑制算法由于其STFT存在时宽和频宽的矛盾,经过干扰抑制后信号有较大的失真;基于FRFT的时域LFM干扰抑制算法只适用于单个LFM干扰存在情况;基于FRFT的频域干扰抑制算法虽然较前两种算法复杂,但其干扰抑制效果最好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景及国内外情况
• 1.2 接收机抗干扰技术
• 1.3 主要研究内容及结构安排
• 第二章 GPS 系统概述
• 2.1 GPS 系统的原理及组成
• 2.2 GPS 接收机结构
• 2.3 GPS 卫星信号
• 2.3.1 GPS 卫星信号组成
• 2.3.2 C/A 码的产生及其相关特性
• 2.4 本章小结
• 第三章 GPS 接收机抗干扰性能分析
• 3.1 GPS 干扰
• 3.2 C/A 码抗干扰性能分析
• 3.2.1 单音连续波（CW）干扰
• 3.2.2 多音连续波干扰
• 3.2.3 线性调频（LFM）干扰
• 3.3 本章小结
• 第四章 时频分析及基于STFT 的干扰抑制
• 4.1 时频分析简介
• 4.2 时频变换
• 4.2.1 线性时频变换
• 4.2.2 双线性时频变换
• 4.3 基于STFT 的时频域干扰抑制算法
• 4.3.1 STFT 的定义
• 4.3.2 基于STFT 的时频域干扰抑制原理
• 4.4 本章小节
• 第五章 基于FRFT 的干扰抑制
• 5.1 FRFT 的定义
• 5.2 基于FRFT 的频域干扰抑制算法
• 5.2.1 基于FRFT 的信号分析
• 5.2.2 基于FRFT 的频域干扰抑制算法原理
• 5.3 基于FRFT 的时域LFM 干扰对消算法
• 5.3.1 基于FRFT 的时域LFM 干扰对消算法原理
• 5.3.2 噪声对干扰重构的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 基于时频联合的干扰抑制算法仿真及性能分析
• 6.1 仿真模型及参数
• 6.2 基于STFT 的时频域干扰抑制算法仿真
• 6.2.1 算法仿真结果
• 6.2.2 仿真结果分析
• 6.3 基于FRFT 的频域干扰抑制算法仿真
• 6.3.1 算法仿真结果
• 6.3.2 仿真结果分析
• 6.4 基于FRFT 的时域LFM 干扰对消算法仿真
• 6.5 算法性能分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的成果