GPS抗干扰天线的仿真与分析

论文摘要

自从1957年10月第一颗人造地球卫星发射成功后,航天技术在各个科学领域得到了极其广泛的应用,对政治、经济、军事乃至整个人类社会生活都产生了广泛而深远的影响。卫星导航定位系统成为了继蜂窝移动通信(GSM)、互联网之后的全球第三个IT经济新增长点。未来战争必将是高科技的“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。作为一种通用的导航定位系统,GPS具有许多其它导航设备无可比拟的优越性,比如全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点。但其自身的一些缺点也使GPS可能受到潜在的攻击。因此不仅要研究GPS的相关技术,而且要重点研究先进的GPS抗干扰设备,以适应现代化信息战的需要。为此本文对GPS的抗干扰问题展开了深入研究。本文研究内容着眼于增强GPS接收机天线部分的抗干扰能力。首先,本文分析了国内外研究机构在GPS抗干扰方面的研究现状,根据GPS系统的组成和GPS信号的结构特征,分析了目前存在的GPS干扰形式,结合干扰对接收机的作用方式及效果,确定了前置滤波和自适应天线阵列相结合的抗干扰方案。其次,经过比较功率倒置算法(PowerInversion,简称PI)和多重信号分类(Mutiple Signal Classification,MUSIC)算法的性能,选择了功率倒置算法做为GPS抗干扰天线阵列的核心算法,分析了功率倒置算法的模型,利用MATLAB工具仿真了功率倒置算法在多种情况下的不同性能。提出了将MUSIC算法和功率倒置算法相结合的方法,加宽了功率倒置阵的零陷;同时将特征空间的思想运用到功率倒置算法中来,改进后的算法不仅对强干扰能够产生很深的零陷,而且也能对弱干扰起到较好的抑制效果。通过仿真,验证了两种改进思想的可行性。最后,提出了GPS抗干扰天线具体系统方案,对天线阵列单元、波束形成单元、自适应算法控制单元的关键技术做了深入研究,并给出了各部分的测试结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 GPS抗干扰研究现状
• 1.2.1 美国的研究现状
• 1.2.2 俄罗斯的研究成果
• 1.2.3 国内现状及成果
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 论文的组织结构
• 2. GPS系统概述
• 2.1 GPS系统构成
• 2.1.1 空间部分
• 2.1.2 地面监控系统
• 2.1.3 GPS用户接收机
• 2.2 GPS信号特性分析
• 2.2.1 直接序列扩频通信
• 2.2.2 GPS的伪随机码
• 2.2.3 GPS信号构成
• 2.2.4 GPS信号功率
• 2.3 GPS干扰形式
• 2.3.1 GPS的潜在干扰
• 2.3.2 GPS的人为干扰
• 2.4 GPS的抗干扰措施
• 2.5 本章小结
• 3 自适应天线及算法的研究
• 3.1 前言
• 3.2 自适应天线
• 3.3 自适应算法
• 3.3.1 最佳优化准则
• 3.3.2 功率倒置算法
• 3.3.3 MUSIC算法
• 3.4 两种算法的比较
• 3.5 不同条件下功率倒置算法的仿真
• 3.5.1 天线阵列结构的选择
• 3.5.2 不同阵元个数对方向图的影响
• 3.5.3 阵列半径 R对天线方向图的影响
• 3.5.4 不同干扰源个数比较
• 3.5.5 不同干扰噪声功率比下的仿真图
• 3.6 功率倒置算法的改进
• 3.6.1 零陷加宽算法
• 3.6.2 零陷加深算法
• 3.7 本章小结
• 4 GPS抗干扰天线系统分析
• 4.1 GPS天线阵列系统结构
• 4.2 GPS阵列天线
• 4.3 波束形成单元
• 4.3.1 带通滤波器
• 4.3.2 低噪声放大器
• 4.3.3 移相衰减网络
• 4.3.4 信号合成网络
• 4.4 微带线的使用
• 4.5 自适应控制单元关键技术
• 4.5.1 GPS射频前端分析
• 4.5.2 变频结构
• 4.5.3 各级下变频滤波器
• 4.5.4 AD量化精度分析
• 4.6 小结
• 5 实验测试分析
• 5.1 引言
• 5.2 GPS干扰源的产生
• 5.3 系统测试分析
• 5.3.1 输入端驻波比的测试
• 5.3.2 LNA的增益测试
• 5.3.3 信号合成网络相位测试
• 5.3.4 系统各部分的电平测试
• 5.3.5 GPS前端测试
• 5.4 小结
• 6 结论
• 6.1 GPS抗干扰天线系统的结果分析
• 6.2 GPS抗干扰天线系统的局限性
• 6.3 对GPS抗干扰技术的展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间发表论文