GPS阵列天线抗干扰技术研究及硬件平台实现

摘要

全球卫星导航系统凭借其高精度、全天候以及全球覆盖的优势，无论是在民用领域，还是在军事领域，都处于举足轻重的地位，但同时，由于卫星导航信号传播到接收机设备的距离非常远，而且卫星导航信号本身功率又比较低的原因，使得接收机容易受到以最常见的压制式干扰信号为代表的各种干扰信号的干扰，从而无法实现正确的导航定位功能，因此，为了使接收机能够在干扰下仍然正常工作，出现了许多的抗干扰技术。
　　本文首先对GPS信号的结构和干扰信号的特点进行了简单的分析，得出压制式干扰信号是对接收机设备造成干扰的主要类型，接着对几种常见的阵列天线接收到的信号进行了数学建模，介绍了几种等价的自适应滤波最优准则，说明了天线阵列方向图的形成原理，然后给出了两种经典的自适应滤波算法。综合接收机设备的实际工作环境情况的考虑，通过对多种自适应抗干扰算法的使用前提条件进行对比分析，提出在无需知道期望信号的来向和干扰信号等信息的条件下，就能够针对大功率干扰信号进行抑制的功率倒置自适应抗干扰算法，在对该算法研究的过程中，通过结合最小均方误差算法，减小了算法计算量，并通过Matlab仿真研究了该算法的各个方面性能，分析了影响该算法性能的几个因素，验证了功率倒置自适应抗干扰算法在不知道期望信号方向的前提下，就对压制式干扰信号进行了有效的抑制。
　　最后，基于FPGA对阵列天线自适应抗干扰模块进行了研究，分析并确定了功率倒置自适应抗干扰算法在该模块的总体设计方案和工作流程，使用verilog HDL语言，完成了自适应抗干扰部分的整体模块及其各个子模块的设计，并实现了每个模块的RTL电路图，包括混频器，数控振荡器，FIR低通滤波器，抗干扰算法模块以及数字上变频等部分的工作，利用Modelsim对设计进行了仿真研究，当功率倒置自适应抗干扰算法的权值达到收敛时，读取各个阵元的权值，并将该结果与在Matlab仿真所得到的权值进行了对比，验证了FPGA中各个收敛权值数据的正确性，然后分别将这两组权值利用Matlab形成天线阵列方向图，进行直观的对比，实验对比结果验证了所设计的模块的有效性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作与内容安排

第2章 GPS系统及接收机基本原理

2.1 GPS系统工作的原理

2.2 GPS卫星信号

2.3 GPS接收机原理

2.4 本章小结

第3章 自适应抗干扰信号处理的理论研究

3.1 阵列天线抗干扰系统的工作原理

3.2 阵列信号的数学建模

3.3 自适应滤波最优准则的分析

3.4 阵列天线方向图的分析

3.5 自适应滤波算法

3.6 本章小结

第4章 自适应抗干扰算法设计与仿真

4.1 自适应阵列抗干扰算法分析

4.2 空域自适应抗干扰算法的研究

4.3 功率倒置自适应算法的仿真

4.4 本章小结

第5章 阵列天线抗干扰模块的FPGA实现

5.1 抗干扰模块设计的开发平台

5.2 抗干扰模块的总体设计方案

5.3 抗干扰算法在FPGA中的实现

5.4 结果及分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录