基于自适应滤波的北斗导航抗干扰技术研究

摘要

卫星导航在生产和生活中不可或缺，然而随着电磁环境日益复杂，导航信号的脆弱性使其在通信中极易受到干扰而产生错误定位甚至失去导航定位功能，所以导航抗干扰技术显得尤为重要。
　　本文基于自适应滤波技术对北斗导航系统的抗干扰算法进行了研究，主要工作包括:
　　1、采用带中心单元的7元圆环阵做接收阵列，研究了基于LCMV准则的空域滤波算法，结合功率倒置算法和最小方差无失真响应算法，分析了空域滤波的抗干扰性能。
　　2、对空时自适应抗干扰(STAP)算法进行了建模仿真，分析了干扰个数和延时单元个数对算法性能的影响，并与空域算法进行了性能对比，由于具有更多的抗干扰自由度，空时算法滤波性能更优，但伴随计算量大的问题。
　　3、研究了空频自适应(SFAP)滤波算法，作为空时改进的频域实现结构，分析了干扰环境和频域子带个数对抗干扰性能的影响，验证了空频算法具有更小的计算量、更好的带内一致性，推导出空时与空频算法基于LCMV阵列的等价条件。
　　4、研究了空时频三维联合抗干扰算法，进一步提升了自适应权值自由度，提升了抗干扰裕度，仿真结果表明该算法在多宽带环境下具有优越性能。
　　5、最后在FPGA上对空频算法进行实现，结合MATLAB仿真结果完成硬件调试，并给出了实测结果和性能分析。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 导航抗干扰技术的研究背景及意义

1．1．1 卫星导航技术的发展现状

1．1．2 卫星导航系统抗干扰研究的意义

1．2 导航抗干扰技术的研究动态

1．3 论文的主要研究内容和章节安排

2 自适应滤波的基础理论

2．1 自适应滤波的阵列模型

2．1．1 均匀直线阵

2．1．2 普通平面阵

2．1．3 实验用阵

2．2 自适应滤波的基本原理

2．2．1 自适应滤波的处理流程

2．2．2 自适应滤波的结构

2．3 自适应滤波的寻优准则

2．3．1 最小均方误差准则

2．3．2 最大信干噪比准则

2．3．3 最大似然准财

2．3．4 线性约束最小方差准则

2．3．5 各准则之间的比较

2．4 本章小结

3 空域自适应滤波算法

3．1 功率倒置算法

3．1．1 PI算法原理

3．1．2 空域功率倒置算法性能

3．2 MVDR算法

3．2．1 MVDR算法原理

3．2．2 空域MVDR算法性能分析

3．3 MVDR算法与PI算法的性能对比

3．4 本章小结

4 多维域联合抗干扰算法

4．1 空域-时域联合抗千扰

4．1．1 STAP算法原理

4．1．2 STAP算法性能分析

4．1．3 干扰个数和延时单元对性能的影响

4．2 空域-频域联合抗干扰

4．2．1 SFAP算法原理

4．2．2 SFAP算法性能分析

4．2．3 干扰个数和子带个数对算法性能的影响

4．2．4 SFAP与STAP算法的性能比较

4．3 空时频三维联合抗干扰

4．3．1 三维联合抗干扰原理

4．3．2 三维联合抗干扰算法性能

4．4 本章小结

5 空域-频域联合抗干扰算法的FPGA实现

5．1 实现平台和工具

5．1．1 硬件平台

5．1．2 芯片及其开发环境

5．1．3 数字板

5．2 硬件方案

5．2．1 系统方案

5．2．2 预处理部分

5．2．3 权值求解部分

5．3 硬件实现与仿真

5．3．1 下交频的实现

5．3．2 校准值计算的控制流

5．3．3 权值求解

5．3．4 硬件资源占用

5．4 实测结果

5．4．1 测试环境

5．4．2 实测性能

5．5 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录