GPS抗干扰天线的仿真与分析

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(简称PI)和多重信号分类(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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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