卫星导航系统中高性能干扰抑制新方法研究及实现

摘要

全球卫星导航系统在民用领域的普及程度越来越高,在军事领域的重要性更是日益凸显,但同时由自身脆弱性所导致的极易受到人为干扰破坏的问题也很严重。改善卫星性能和排布方式虽然是最有效的抗干扰手段,但成本过高而且耗时很长,因此利用软件无线电技术在接收终端进行干扰抑制是目前的主流方向。本文在这样的背景下对基于阵列信号处理的接收终端抗干扰技术及其硬件实现进行了研究和分析。
　　功率倒置是基于阵列的导航抗干扰中最常用的方法之一,基于功率倒置的权值更新算法较多,其中 LMS(最小均方误差)算法因其在实现时运算量较小而成为工程首选,但是LMS也存在着自身无法回避的缺陷。本文在此基础上详细介绍了另外一种计算权值的方法即 SMI(采样矩阵求逆)算法,最后通过仿真将它与LMS算法在纯空域和空时结构下的性能进行了对比。仿真结果说明,LMS算法的收敛性能对自相关矩阵特征值的分布十分敏感,而SMI算法则可以有效地克服这个问题;SMI的空时结构能够在一定程度上改善卫星信号和干扰信号来向靠近时的信号损失问题。
　　在算法分析的基础上,本文基于一个集成Stratix II系列FPGA芯片的导航接收机前端首先介绍了AD变换以后的数字域处理流程,然后给出了纯空域SMI算法的 FPGA实现方案,并利用实测数据进行了设计中各模块功能的仿真验证。最后进行外场实验,通过信号源远场发射干扰信号,有规律地改变干扰发射类型和发射功率,通过采集片上实时数据进行频谱分析的方法验证空域SMI算法的干扰抑制性能。
　　在空域算法实现的基础上,本文通过接收机内嵌的型号为OMAP_L138的DSP芯片制定了空时二维SMI算法的FPGA和DSP联合实现方案,并着重介绍了该方案中FPGA定点运算部分各模块的实现流程,通过实测数据进行了ModelSim仿真验证。最后采取与空域相同的外场实验手段,通过采集实时数据进行空时二维SMI算法的干扰抑制性能的分析,并与纯空域进行了对比。

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第一章 绪论

1.1卫星导航系统发展概况

1.2 导航抗干扰技术的研究意义及背景

1.3 导航抗干扰技术的发展方向

1.4 本文的内容与结构安排

第二章 导航系统干扰抑制基本理论

2.1 常用导航抗干扰技术

2.2 基于阵列的导航抗干扰常用准则

2.3 本章小结

第三章 基于功率倒置的导航抗干扰算法研究

3.1 功率倒置算法

3.2 基于功率倒置的LMS算法和SMI算法

3.3 基于功率倒置的空时二维滤波结构

3.4 算法仿真分析

3.5 本章小结

第四章 基于FPGA的空域SMI算法的实现

4.1 实现方案设计

4.2 各模块的FPGA实现

4.3 空域SMI算法实现的片上调试

4.4 本章小结

第五章 基于SMI算法的空时二维结构的FPGA模块设计

5.1 空时二维SMI算法的实现方案设计

5.2 各模块的FPGA实现

5.3 空时SMI算法实现的片上调试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果