应用于卫星导航终端的自适应抗干扰天线空时算法研究

摘要

随着无线通信技术的迅猛发展，人类生活的空间范围内充斥着各种电磁信号，这些故意或无意的电磁信号已经极大影响有用信号的正常接收。空时自适应抗干扰(STAP)技术通过分析信号特征，利用阵列空域调零和时域滤波技术在空时两个维度抑制干扰信号并保障有用信号接收。特别是在卫星导航接收中，STAP技术可以极大提升接收机在复杂电磁环境下正常工作的能力。本文以北斗导航接收系统为应用背景，研究分析STAP算法基本原理结合天线阵列数值仿真对空域调零和时域滤波技术展开研究。
　　基于空域自适应处理(SAP)理论建立了数学模型，分别推导了最大信干比准则、最小均方差准则、最大似然准则和最小方差准则条件下的最优权矢量表达式;分析了四种准则条件下天线阵列的空域响应特性。根据卫星导航信号特点，本文选择基于最小方差准则的功率倒置算法开展研究。
　　建立了基于Matlab的仿真模型，分析了阵列参数对阵列空域响应变化的影响;对比了四阵元方阵、Y阵空域响应特性，验证了在紧凑结构中参考阵元动态选取条件下方阵综合性能优于Y阵;分析了天线阵列通道不一致性和阵元互耦对空域响应特性的影响:1）阵元幅相误差在单干扰条件下会导致空域响应特性变差。2）阵元互耦误差会导致系统空域响应特性严重恶化，特别在大干信比条件下。针对阵元互耦误差问题提出了互耦矩阵补偿、降耦等方法改善系统性能。
　　建立了空时自适应(STAP)数学模型，推导了功率倒置算法下的最优权矢量表达式;仿真分析了高斯干扰条件下时域参数对空时响应特性的影响，为时域阶数和快拍数取值提供依据;仿真分析了周期脉冲干扰、调频干扰下时域参数变化规律。分析表明，不同干扰条件下时域参数的选取具有差异性。
　　采用电磁仿真软件建立了四元圆极化微带天线方阵，仿真优化了天线参数，完成了设计、加工和测试工作。无源天线阵列测试数据与仿真结果相近，满足使用要求。有源系统级抗干扰测试数据与仿真结果存在一定差距，主要由天线阵元互耦、数据精度、算法结构等因素导致。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 干扰信号类型分析

1．2．1 压制式干扰

1．2．2 欺骗式干扰

1．3 卫星导航抗干扰技术

1．3．1 滤波抗干扰技术

1．3．2 波束成形技术

1．3．3 军码直捕技术

1．3．4 组合导航技术

1．4 空时自适应抗干扰技术

1．5 本文主要研究内容

第二章 空域自适应调零技术分析

2．1 空域自适应波束成形准则

2．1．1 最大信干比准则

2．1．2 最小均方差准则

2．1．3 最大似然准则

2．1．4 最小方差准则

2．1．5 功率倒置算法

2．2 空域自适应抗干扰算法性能评估

2．2．1 干扰抑制零深

2．2．2 空域有效面积

2．3 本章小结

第三章 空域自适应抗干扰模型分析

3．1 天线阵列模型

3．1．1 阵元数目分析

3．1．2 阵元间距分析

3．1．3 阵列结构分析

3．2 阵列误差分析

3．2．1 阵元幅相误差分析

3．2．2 阵元互耦误差分析

3．2．3 阵列误差补偿分析

3．3 本章小结

第四章 空时自适应抗干扰模型分析

4．1 空时自适应抗干扰模型分析

4．1．1 空时自适应算法原理

4．1．2 空时自适应参数分析

4．2 多类型干扰信号数值仿真

4．2．1 矩形方波信号数值仿真

4．2．2 调频信号数值仿真

4．3 本章小结

第五章 空时自适应抗干扰阵列设计

5．1 空域自适应抗干扰阵列评估

5．2 空域自适应抗干扰天线设计

5．2．1 天线单元仿真设计

5．2．2 天线阵仿真设计

5．3 空时自适应抗干扰测试

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

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