一种GPS抗干扰天线技术

摘要

本发明提出了一种GPS抗干扰天线，包括：天线阵列、射频前端模块、模数转换模块、自适应处理模块和波束成型网络；其中，天线阵列，包含N个天线阵元，4≦N≦16，相邻阵元间距取接收信号中心频率波长的1/2，天线阵列内置功率倒置算法；射频前端模块，包含N个射频前端，射频前端包括第一带通滤波器、放大器、混频器、RF本振发生器、第二带通滤波器和中频放大器，其中，第一带通滤波器、放大器、混频器、第二带通滤波器和中频放大器依次连接，RF本振发生器连接混频器输入本振信号。本发明提出的一种GPS抗干扰天线，可有效消除强干扰信号，接收有用信号，解决了恶劣电磁环境的信号接收问题。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航定位技术领域，尤其涉及一种GPS抗干扰天线技术。

背景技术

卫星导航定位技术无论在军事、还是商业应用中都具有巨大的价值。导航定 位卫星系统发送的高精度、全天时、全天候的导航、定位和授时信息，是一种 可供使用海、陆、空的军民用户共享的信息资源，谁拥有这种技术和能力，就 在军事、外交和经济上占有主动。因此，各国对任何获得更准确的卫星导航信 息以及阻止他方获得卫星导航信息进行了广泛的研究，随之而诞生的卫星导航 系统干扰技术与抗干扰技术成为研究的热点。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种GPS抗干扰天线，可有 效消除强干扰信号，接收有用信号，解决了恶劣电磁环境的信号接收问题。

本发明提出的一种GPS抗干扰天线，包括：天线阵列、射频前端模块、模 数转换模块、自适应处理模块和波束成型网络；其中，

天线阵列，包含N个天线阵元，4≦N≦16，相邻阵元间距取接收信号中心 频率波长的1/2，天线阵列内置功率倒置算法；

射频前端模块，包含N个射频前端，射频前端包括第一带通滤波器、放大 器、混频器、RF本振发生器、第二带通滤波器和中频放大器，其中，第一带通 滤波器、放大器、混频器、第二带通滤波器和中频放大器依次连接，RF本振发 生器连接混频器输入本振信号；

模数转换器，包括N个模数转换器，模数转换器的下行将模拟信号转换成 数字信号，上行将数字信号转换成模拟信号；

自适应处理模块，包括N个自适应处理器，自适应处理器内置自适应算法， 根据自适应空间滤波器或波束成型算法以及估计的来波方向产生权值；

波束成型网络，进行动态自适应加权处理以产生期望的自适应波束；

N个天线阵元、N个射频前端、N个模数转换器、N个自适应处理器一一对 应，射频前端中第一带通滤波器的输入端连接对应的天线阵元接收信号，中频 放大器的输出端连接对应的模数转换器输出信号，模数转换器连接对应的自适 应处理器，每一个自适应处理器均连接至波束成型网络；

在工作状态下，天线利用自适应波束成形技术在干扰信号到达方向形成天 线辐射方向图零陷，在干扰波方向形成零点，屏蔽干扰信号。

优选地，天线阵列为四元圆形天线阵。

本发明采用自适应智能天线技术，便于实现，抗干扰效果好，只需增加几 个GPS(Global Positioning System，全球定位系统)接收天线和一块自适应 天线调零数字信号处理板，在机械结构和电器连接上做个较小改动，就可以有 效抑制无意或敌方有意的电子干扰，保障民用GPS接收机导航数据的正常解算， 提高GPS民用接收机适应现代战争恶劣电磁环境的作战能力，可支持跨海作战， 对重点、局部区域的作战具有十分重大的军事意义。同时，该系统也可以适用 于各种存在干扰的民用场合，具有重要的社会和经济意义。本发明中设计有射 频前端，对天线信号进行滤波和放大，为后续处理提供方便。

附图说明

图1为四元圆形天线阵原理图；

图2为射频前端结构图。

具体实施方式

参照图1、图2，本实施方式提出的一种GPS抗干扰天线，包括：天线阵列、 射频前端模块、模数转换模块、自适应处理模块和波束成型网络。

天线阵列，为基于功率倒置算法的四元圆形天线阵，包括有四个天线阵元， 且四个天线阵元的信号接收覆盖区域为圆形，利用最少的天线阵元实现360度 全方位的信号接收，设计合理，消耗少，信号接收完全且重复少。天线阵列中 相邻阵元间距取接收信号中心频率波长的1/2，避免信号接收的遗漏。

功率倒置算法对接收到的有用信号和干扰信号，均加以抑制，其波束图在 各个有用信号和干扰信号方向产生零陷，且信号越强，对应的零陷越深，对强 干扰信号的消除非常理想，因而这种阵列对微弱信号的接收非常有效。

射频前端模块，包含四个射频前端。射频前端包括第一带通滤波器、放大 器、混频器、RF本振发生器、第二带通滤波器和中频放大器，其中，第一带通 滤波器、放大器、混频器、第二带通滤波器和中频放大器依次连接，RF本振发 生器连接混频器输入本振信号。

模数转换器，包括四个模数转换器(Analog/Digital，A/D)，模数转换器 的下行将模拟信号转换成数字信号方便进行信号处理，上行将数字信号转换成 模拟信号方便进行信号传输。

自适应处理模块，包括四个自适应处理器W1、W2、W3和W4。自适应处理器 内置自适应算法，根据自适应空间滤波器或波束成型算法以及估计的来波方向 产生权值。

波束成型网络，进行动态自适应加权处理以产生期望的自适应波束。

本实施方式中的天线结构简单，易于实现，其中，四个天线阵元、四个射 频前端、四个模数转换器、四个自适应处理器一一对应，射频前端中第一带通 滤波器的输入端连接对应的天线阵元接收信号，中频放大器的输出端连接对应 的模数转换器输出信号，模数转换器连接对应的自适应处理器，每一个自适应 处理器均连接至波束成型网络。

天线阵元接收信号，射频前端对接收到的信号进行滤波和放大，为后续处 理奠定基础，模数转换器将接收到的模拟信号转换为数字信号便于处理，自适 应处理器分别针对接收到的信号进行加权，波束成型网络对加权信号进行综合 处理以产生期望的自适应波束，从而消除干扰信号，接收有用信号。

本实施方式中，天线利用自适应波束形成技术在干扰信号到达方向形成天 线辐射方向图零陷，在干扰波方向形成零点，以此对干扰信号起到屏蔽作用。 该天线的优点在于能够完全独立工作，不需其它外界设备的支持，也不需对接 收机内的软件进行任何修改。

具体实施时，天线阵列可包含N个天线阵元，4≦N≦16，相邻阵元间距取 接收信号中心频率波长的1/2，射频前端模块包含N个射频前端，模数转换器包 括N个模数转换器，自适应处理模块包括N个自适应处理器，N个天线阵元、N 个射频前端、N个模数转换器、N个自适应处理器一一对应，射频前端中第一带 通滤波器的输入端连接对应的天线阵元，中频放大器的输出端连接对应的模数 转换器，模数转换器连接对应的自适应处理器，每一个自适应处理器均连接至 波束成型网络。

由于GPS卫星信号到达地面用户接收机时相当微弱(大约-160dBW)，比接 收机的热噪声还要低约30dB，微弱的干扰就可能导致GPS接收机不能稳定，特 别是人为的恶性干扰，导致系统精度降低甚至无法正常工作、失去导航能力， GPS抗干扰技术已经成为卫星导航接收机急需解决的关键问题。GPS接收机的干 扰主要体现为频率干扰和功率干扰，因此，提高GPS接收机的抗干扰性能的设 计方法就是从提高信号接收功率和滤波技术。

以上实施方式中提出的GPS抗干扰天线技术，采用自适应智能天线技术， 便于实现，抗干扰效果好，而且只需增加几个GPS接收天线和一块自适应天线 调零数字信号处理板，在机械结构和电器连接上做个较小改动，就可以有效抑 制无意或敌方有意的电子干扰，保障民用GPS接收机导航数据的正常解算，提 高GPS民用接收机适应现代战争恶劣电磁环境的作战能力，可支持跨海作战， 对重点、局部区域的作战具有十分重大的军事意义。同时，该系统也可以适用 于各种存在干扰的民用场合，具有重要的社会和经济意义。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本 发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护 范围之内。