卫星导航系统中窄带干扰抑制技术研究与实现

摘要

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)通过全天候、不间断地播发导航信号，可实现对目标的实时定位、导航和监督管理。GNSS已深入应用于生产生活等多个领域。但在复杂的无线环境中，经过长距离地传输，卫星导航信号到达地面时已经很微弱。同时，导航信号还受到多种有意和无意的干扰，严重时使得接收机无法正常工作。窄带干扰就是一种常见的干扰。因此，需在接收机中加入窄带干扰抑制模块，以保证接收机的正常工作。在单天线接收导航信号的前提下，本文主要对时域和频域的窄带干扰抑制技术进行了深入研究，并在此基础上对时域LMS滤波器和频域的50％重叠加窗法&频谱滤波器进行了实现。
　　根据导航信号和窄带干扰在时域和频域中的不同特性，本文主要做了以下工作：
　　(1)通过对接收机面临干扰种类的分析，对接收的导航信号和窄带干扰进行了建模，并根据模型对窄带干扰对接收机的影响进行了详细分析。
　　(2)基于预测估计思想，在时域研究了导航信号的窄带干扰抑制技术。详细介绍了LMS(Least Mean Square)及其改进的变步长滤波器和LS(Least Squares)、LSL(Least Squares lattice)滤波器的基本原理，对各个滤波器的窄带干扰抑制性能进行了仿真对比。
　　(3)介绍了频域窄带干扰抑制的基本原理，并对其中涉及模块的相关算法进行了深入研究。详细介绍了导致“频谱泄露”现象的原因，并阐述了改善频谱泄露和信号失真的方法-50%重叠加窗法、反加窗法。频域的干扰抑制模块可分为干扰检测和干扰消除两部分。因此，本文同时详细介绍了用于自适应计算干扰门限的N-Sigma算法，研究了用于限幅的条件中值滤波器并对其进行了改进。最后对相关算法组成的频域窄带干扰抑制方案进行了仿真比较。
　　(4)根据仿真结果，用Verilog从时域和频域上实现了窄带干扰抑制模块。验证模块功能后，将模块加入导航信号的接收系统。然后对加入窄带干扰模块前后的系统进行测试，给出了测试结果。

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缩略词表

第一章 绪 论

1.1课题背景及意义

1.2研究现状

1.3本文的主要内容及结构

第二章 卫星导航定位及窄带干扰抑制相关知识

2.1卫星导航系统定位原理

2.2干扰分类

2.3窄带干扰抑制模块的位置

2.4自适应滤波器

2.5频域窄带干扰抑制

2.6本章小结

第三章 时域窄带干扰抑制技术

3.1接收信号建模

3.2时域窄带干扰抑制技术

3.3本章小结

第四章 频域窄带干扰抑制技术

4.1频域抑制窄带干扰的原理

4.2加窗与频谱泄露

4.3加窗对信号和噪声的影响

4.4减少信号失真的方法

4.5抑制门限的设置

4.6限幅算法

4.7仿真结果及分析

4.8本章小结

第五章 窄带干扰抑制的FPGA实现

5.1开发环境

5.2窄带干扰抑制模块的实现

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文的总结

6.2后续工作的展望

致谢

参考文献

个人简历、攻读硕士学位期间取得的成果