卫星导航接收机中窄带干扰抑制技术的研究与实现

摘要

全球卫星导航系统能够提供精确定位、测速和授时等服务，具有实时、连续和全天候等特点，不仅广泛应用于铁路、公路、航运和通信等公共服务行业，而且应用于航空航天、巡航导弹、单兵装备和水面作战舰艇等军事领域，它是一个国家经济安全和的国防安全重要保证。由于导航卫星信号的调制频率和调制特性都是公开的，而且导航卫星信号的功率到达地球表面最弱时只有-160dBw，非常容易受到各种各样的信号干扰，例如来自人为的压制式干扰，还有来自环境中各种潜在的电磁信号的干扰等。在今天信息化时代的背景下，电子对抗已经成为战争的重要部分，能否在高复杂的电磁环境中提供有效的导航，成为一场战争胜负的关键。因此，研究卫星导航接收机中干扰信号的抑制技术具有重要的意义。
　　论文首先综述了国内外时域窄带干扰抑制技术和变换域窄带干扰抑制技术的发展状况，分析和对比了GPS、GLONASS、GALILEO和BeiDou等全球主要的卫星导航系统，给出了潜在干扰和人为干扰等常见的干扰信号类型;然后，在分析卫星导航接收机基本组成原理的基础上，对GPS信号和C/A码的生成过程进行了详细描述，给出了利用到达时间测距和利用伪随机噪声码定位的卫星导航接收机原理;根据卫星导航接收机窄带干扰抑制的原理，分析了窗函数的应用，推导出了加窗造成的信号信噪比损耗表达式;其次，基于窗函数选择的原理，给出了反加窗和重叠组合算法，提出了使用重叠选择和反加窗算法相组合的窄带干扰抑制方法，并阐述了基于固定门限值和自适应门限值的窄带干扰抑制门限选择的方法，研究了硬件实现中信号截位的误差和改善信号截位误差的Dither方法;最后，利用VHDL语言实现了FPGA硬件环境下的窄带干扰抑制功能，阐述了开发工具、VHDL硬件描述语言和Xilinx FPGA处理器件等实现窄带干扰抑制功能的软硬件开发环境，给出了窄带干扰抑制模块的实现流程，详细地分析了FFT与IFFT计算模块、加窗与反加窗模块、ROM存储器模块和重叠选择模块的实现方法和设计流程，描述了自动增益控制模块的功能、实体结构和实现流程等，利用Modlesim和ChipScope测试平台，对不同条件下窄带干扰抑制模块进行了性能和功能测试，并基于信号截位原理，对信号截位进行了测试。

目录

声明

致谢

摘要

1．引言

1．1．概述

1．2．国内外窄带干扰抑制技术的发展状况

1．2．1．时域窄带干扰抑制技术

1．2．2．变换域窄带干扰抑制技术

1．3．论文的选题意义和主要工作

1．3．1．论文的选题意义

1．3．2．论文的主要工作

2．卫星导航系统和常见干扰信号类型

2．1．概述

2．2．卫星导航系统

2．2．1．几种主要卫星导航系统

2．2．2．各卫星导航系统的比较

2．3．常见的干扰信号类型

2．3．1．潜在干扰

2．3．2．人为干扰

3．卫星导航接收机原理

3．1．概述

3．2．GPS信号

3．2．1．GPS信号的生成

3．2．2．C／A码的生成

3．3．卫星导航接收机的基本原理

3．3．1．利用信号到达时间测距

3．3．2．利用伪随机噪声码定位

4．窄带干扰抑制的设计

4．1．概述

4．2．窄带干扰抑制技术原理

4．3．窗函数的应用

4．3．1．加窗造成的信号损耗

4．3．2．窗函数的选择

4．3．3．反加窗和重叠选择的组合方法

4．4．干扰抑制门限的选择

4．4．1．固定门限值选择

4．4．2．自适应门限值选择

4．5．硬件实现中的信号截位分析

4．5．1．截位误差分析

4．5．2．改善截位误差Dither方法

5．窄带干扰抑制的实现

5．1．概述

5．2．开发环境

5．2．1．开发工具

5．2．2．VHDL硬件描述语言

5．2．3．Xilinx FPGA处理器件

5．3．窄带干扰抑制模块

5．3．1．窄带干扰抑制实现流程

5．3．2．FFT与IFFT计算模块

5．3．3．加窗与反加窗模块

5．3．4．ROM存储器模块

5．3．5．重叠选择模块

5．4．自动增益控制模块

5．4．1．功能描述

5．4．2．实体结构

5．4．3．实现流程

6．窄带干扰抑制的测试

6．1．概述

6．2．测试环境

6．2．1．测试工具

6．2．2．测试环境搭建

6．3．窄带干扰抑制模块测试

6．3．1．不同干信比和窗函数的测试

6．3．2．1MHz窄带干扰的测试

6．4．信号截位测试

6．4．1．测试内容

6．4．2．测试结果

7．结论

参考文献

作者简历

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