袁超　康國(guó)華　夏青　鄭峰嬰　華冰

摘 要： 針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下GPS信號(hào)易受到敵方壓制式干擾而產(chǎn)生嚴(yán)重衰減，提出了一種相干積分、非相干積分和小波降噪相結(jié)合的組合算法。該算法先通過相干積分和非相干積分結(jié)合的方法提高整體信號(hào)強(qiáng)度，避免導(dǎo)航數(shù)據(jù)位可能發(fā)生跳變的特性，然后采用小波降噪技術(shù)，克服信號(hào)與噪聲的頻帶相互重疊時(shí)， 濾波效果變差的問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)弱信號(hào)的捕獲。仿真結(jié)果表明，采用20 ms的相干積分時(shí)間、5次非相干積分和小波降噪，可以接收比傳統(tǒng)方法低5 dB信噪比的微弱GPS信號(hào)。這種方法容易實(shí)現(xiàn)，預(yù)測(cè)可靠，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 壓制式干擾； 弱信號(hào)； 相干積分； 非相干積分； 小波去噪

中圖分類號(hào)： TN97?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）05?0008?04

0 引 言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)，電子戰(zhàn)已成為常態(tài)。電子信號(hào)的壓制、干擾和欺騙成為電子戰(zhàn)的基本手段，在這一嚴(yán)酷的電子環(huán)境下，GPS微弱信號(hào)的定位問題就顯得十分突出。通常這些信號(hào)會(huì)受到外界遮擋和干擾而產(chǎn)生嚴(yán)重衰減，信號(hào)功率比正常情況下的信號(hào)要低20 dB左右[1?2]。研究GPS微弱信號(hào)捕獲技術(shù)，對(duì)發(fā)展我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，適應(yīng)現(xiàn)代化信息戰(zhàn)的需要有著非常重要的借鑒意義。

本文以強(qiáng)干擾淹沒GPS信號(hào)的壓制式干擾為背景，以快速傅里葉變換為基礎(chǔ)，采用相干積分、非相干積分與小波降噪相結(jié)合的方法，提高GPS接收機(jī)對(duì)弱信號(hào)捕獲的靈敏度，以提高GPS接收機(jī)戰(zhàn)場(chǎng)適應(yīng)性。

1 GPS壓制式干擾

壓制式干擾使用噪聲或類似噪聲的干擾信號(hào)遮擋或淹沒有用信號(hào)，旨在使GPS接收機(jī)受到擾亂，不能有效檢測(cè)信號(hào)。為了使干擾有效，干擾機(jī)產(chǎn)生的干擾信號(hào)J必須具有遮擋有用信號(hào)S的（功率）強(qiáng)度（即干信比必須足夠高），使GPS接收機(jī)的信噪比大大降低，難以檢測(cè)出有用信號(hào)。

壓制式干擾按照干擾信號(hào)中心頻率[fj、]干擾帶寬[ΔFj，]相對(duì)于被干擾電子設(shè)備的中心頻率[fs、]帶寬[ΔFs]的關(guān)系可以分為3種，見表1。

2 壓制式干擾對(duì)微弱信號(hào)捕獲的影響

對(duì)于微弱信號(hào)的捕獲，輸入信號(hào)的信噪比是首先需要考慮的因素。本文中所涉及的特殊環(huán)境下的微弱信號(hào)由于受到壓制式干擾的影響，信號(hào)功率往往比正常功率低20 dB左右，因此必須提高信噪比，使信號(hào)功率在大于噪聲功率的情況下獲得良好的檢測(cè)概率和虛警概率。

由圖6，圖7可以看出，即使當(dāng)信號(hào)信噪比低至-24 dB時(shí)，通過新算法依舊可以捕獲到有用信號(hào)，并在一定程度上消除了噪聲信號(hào)，提高了微弱信號(hào)捕獲的靈敏度。

5 結(jié) 論

本文針對(duì)微弱信號(hào)情況下，無法通過無限增長(zhǎng)相干積分時(shí)間來捕獲有用GPS信號(hào)的問題，提出了采用相干積分、非相干積分和小波去噪相結(jié)合的新捕獲算法。相比傳統(tǒng)捕獲算法，該算法克服了導(dǎo)航電文可能發(fā)生比特翻轉(zhuǎn)的特性，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)更低信噪比下的GPS信號(hào)捕獲。仿真實(shí)驗(yàn)表明該方法能有效提高了捕獲的靈敏度，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] BICKERSTAFF J， FRAYLING R， HADDRELL T. Capture analysis and mitigation of multipath in a high sensitivity GPS receiver [C]// Proceedings of ION GNSS 2006. Fort Worth， TX： GNSS， 2006： 1696?1705.

[2] ZHANG Jing， MAO Xu?chu. The algorithm for GPS weak signal tracking using unscented Kalman filter [J]. Journal of Shanghai Jiaotong University， 2007， 41（11）： 1834?1838.

[3] 謝鋼.GPS原理與接收機(jī)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4] KAPLAN E D. Understanding GPS principle and applications [M]. 2nd ed. Boston： Artech House， 2006.

[5] WU Ling?juan， LU Wei?jun. YU Dun?shan. Research of weak signal acquisition algorithms for high sensitivity GPS [C]// Proceeding of 2009 Asia Pacific Conference on Postgraduate Research in Microelectronics and Electronics. Shanghai， China： PrimeAsia， 2009： 173?176.

[6] ZIEDAN N I. GNSS Receiver for weak signal [M]. Boston： Artech House， 2006.

[7] 鄭奎.微弱GPS信號(hào)的跟蹤方法研究[D].北京：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心，2012.

[8] 雷娜娜.微弱GPS信號(hào)捕獲算法的研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2012.

[9] 胡叢瑋，李曉玲，安雷.一種改進(jìn)的GPS微弱信號(hào)捕獲方法[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，33（8）：821?823.

[10] 倪林.小波變換與圖像處理[M].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2010.

[11] 孫延奎.小波變換與圖像、圖形處理技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[12] 梁前浩.GPS中頻信號(hào)仿真與微弱信號(hào)捕獲、跟蹤方法研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2008.

[13] 劉楊，金天.小波降噪在微弱GPS信號(hào)捕獲中的應(yīng)用[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2011（4）：842?846.

[14] 魏聯(lián)兵，樓立志.小波去噪的GPS算法在減少多路徑效應(yīng)方面的應(yīng)用研究[J].地礦測(cè)繪，2009（4）：15?17.

[15] 姜冰心，張中兆，孟維曉.弱信號(hào)下軟件GPS接收機(jī)全比特捕獲算法[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2008（9）：99?102.

[16] 蔡鐵，朱杰.小波閾值降噪算法中最優(yōu)分解層數(shù)的自適應(yīng)選擇[J].控制與決策，2006（2）：217?220.

摘 要： 針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下GPS信號(hào)易受到敵方壓制式干擾而產(chǎn)生嚴(yán)重衰減，提出了一種相干積分、非相干積分和小波降噪相結(jié)合的組合算法。該算法先通過相干積分和非相干積分結(jié)合的方法提高整體信號(hào)強(qiáng)度，避免導(dǎo)航數(shù)據(jù)位可能發(fā)生跳變的特性，然后采用小波降噪技術(shù)，克服信號(hào)與噪聲的頻帶相互重疊時(shí)， 濾波效果變差的問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)弱信號(hào)的捕獲。仿真結(jié)果表明，采用20 ms的相干積分時(shí)間、5次非相干積分和小波降噪，可以接收比傳統(tǒng)方法低5 dB信噪比的微弱GPS信號(hào)。這種方法容易實(shí)現(xiàn)，預(yù)測(cè)可靠，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 壓制式干擾； 弱信號(hào)； 相干積分； 非相干積分； 小波去噪

中圖分類號(hào)： TN97?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）05?0008?04

0 引 言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)，電子戰(zhàn)已成為常態(tài)。電子信號(hào)的壓制、干擾和欺騙成為電子戰(zhàn)的基本手段，在這一嚴(yán)酷的電子環(huán)境下，GPS微弱信號(hào)的定位問題就顯得十分突出。通常這些信號(hào)會(huì)受到外界遮擋和干擾而產(chǎn)生嚴(yán)重衰減，信號(hào)功率比正常情況下的信號(hào)要低20 dB左右[1?2]。研究GPS微弱信號(hào)捕獲技術(shù)，對(duì)發(fā)展我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，適應(yīng)現(xiàn)代化信息戰(zhàn)的需要有著非常重要的借鑒意義。

本文以強(qiáng)干擾淹沒GPS信號(hào)的壓制式干擾為背景，以快速傅里葉變換為基礎(chǔ)，采用相干積分、非相干積分與小波降噪相結(jié)合的方法，提高GPS接收機(jī)對(duì)弱信號(hào)捕獲的靈敏度，以提高GPS接收機(jī)戰(zhàn)場(chǎng)適應(yīng)性。

1 GPS壓制式干擾

壓制式干擾使用噪聲或類似噪聲的干擾信號(hào)遮擋或淹沒有用信號(hào)，旨在使GPS接收機(jī)受到擾亂，不能有效檢測(cè)信號(hào)。為了使干擾有效，干擾機(jī)產(chǎn)生的干擾信號(hào)J必須具有遮擋有用信號(hào)S的（功率）強(qiáng)度（即干信比必須足夠高），使GPS接收機(jī)的信噪比大大降低，難以檢測(cè)出有用信號(hào)。

壓制式干擾按照干擾信號(hào)中心頻率[fj、]干擾帶寬[ΔFj，]相對(duì)于被干擾電子設(shè)備的中心頻率[fs、]帶寬[ΔFs]的關(guān)系可以分為3種，見表1。

2 壓制式干擾對(duì)微弱信號(hào)捕獲的影響

對(duì)于微弱信號(hào)的捕獲，輸入信號(hào)的信噪比是首先需要考慮的因素。本文中所涉及的特殊環(huán)境下的微弱信號(hào)由于受到壓制式干擾的影響，信號(hào)功率往往比正常功率低20 dB左右，因此必須提高信噪比，使信號(hào)功率在大于噪聲功率的情況下獲得良好的檢測(cè)概率和虛警概率。

由圖6，圖7可以看出，即使當(dāng)信號(hào)信噪比低至-24 dB時(shí)，通過新算法依舊可以捕獲到有用信號(hào)，并在一定程度上消除了噪聲信號(hào)，提高了微弱信號(hào)捕獲的靈敏度。

5 結(jié) 論

本文針對(duì)微弱信號(hào)情況下，無法通過無限增長(zhǎng)相干積分時(shí)間來捕獲有用GPS信號(hào)的問題，提出了采用相干積分、非相干積分和小波去噪相結(jié)合的新捕獲算法。相比傳統(tǒng)捕獲算法，該算法克服了導(dǎo)航電文可能發(fā)生比特翻轉(zhuǎn)的特性，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)更低信噪比下的GPS信號(hào)捕獲。仿真實(shí)驗(yàn)表明該方法能有效提高了捕獲的靈敏度，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] BICKERSTAFF J， FRAYLING R， HADDRELL T. Capture analysis and mitigation of multipath in a high sensitivity GPS receiver [C]// Proceedings of ION GNSS 2006. Fort Worth， TX： GNSS， 2006： 1696?1705.

[2] ZHANG Jing， MAO Xu?chu. The algorithm for GPS weak signal tracking using unscented Kalman filter [J]. Journal of Shanghai Jiaotong University， 2007， 41（11）： 1834?1838.

[3] 謝鋼.GPS原理與接收機(jī)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4] KAPLAN E D. Understanding GPS principle and applications [M]. 2nd ed. Boston： Artech House， 2006.

[5] WU Ling?juan， LU Wei?jun. YU Dun?shan. Research of weak signal acquisition algorithms for high sensitivity GPS [C]// Proceeding of 2009 Asia Pacific Conference on Postgraduate Research in Microelectronics and Electronics. Shanghai， China： PrimeAsia， 2009： 173?176.

[6] ZIEDAN N I. GNSS Receiver for weak signal [M]. Boston： Artech House， 2006.

[7] 鄭奎.微弱GPS信號(hào)的跟蹤方法研究[D].北京：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心，2012.

[8] 雷娜娜.微弱GPS信號(hào)捕獲算法的研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2012.

[9] 胡叢瑋，李曉玲，安雷.一種改進(jìn)的GPS微弱信號(hào)捕獲方法[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，33（8）：821?823.

[10] 倪林.小波變換與圖像處理[M].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2010.

[11] 孫延奎.小波變換與圖像、圖形處理技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[12] 梁前浩.GPS中頻信號(hào)仿真與微弱信號(hào)捕獲、跟蹤方法研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2008.

[13] 劉楊，金天.小波降噪在微弱GPS信號(hào)捕獲中的應(yīng)用[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2011（4）：842?846.

[14] 魏聯(lián)兵，樓立志.小波去噪的GPS算法在減少多路徑效應(yīng)方面的應(yīng)用研究[J].地礦測(cè)繪，2009（4）：15?17.

[15] 姜冰心，張中兆，孟維曉.弱信號(hào)下軟件GPS接收機(jī)全比特捕獲算法[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2008（9）：99?102.

[16] 蔡鐵，朱杰.小波閾值降噪算法中最優(yōu)分解層數(shù)的自適應(yīng)選擇[J].控制與決策，2006（2）：217?220.

摘 要： 針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下GPS信號(hào)易受到敵方壓制式干擾而產(chǎn)生嚴(yán)重衰減，提出了一種相干積分、非相干積分和小波降噪相結(jié)合的組合算法。該算法先通過相干積分和非相干積分結(jié)合的方法提高整體信號(hào)強(qiáng)度，避免導(dǎo)航數(shù)據(jù)位可能發(fā)生跳變的特性，然后采用小波降噪技術(shù)，克服信號(hào)與噪聲的頻帶相互重疊時(shí)， 濾波效果變差的問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)弱信號(hào)的捕獲。仿真結(jié)果表明，采用20 ms的相干積分時(shí)間、5次非相干積分和小波降噪，可以接收比傳統(tǒng)方法低5 dB信噪比的微弱GPS信號(hào)。這種方法容易實(shí)現(xiàn)，預(yù)測(cè)可靠，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 壓制式干擾； 弱信號(hào)； 相干積分； 非相干積分； 小波去噪

中圖分類號(hào)： TN97?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）05?0008?04

0 引 言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)，電子戰(zhàn)已成為常態(tài)。電子信號(hào)的壓制、干擾和欺騙成為電子戰(zhàn)的基本手段，在這一嚴(yán)酷的電子環(huán)境下，GPS微弱信號(hào)的定位問題就顯得十分突出。通常這些信號(hào)會(huì)受到外界遮擋和干擾而產(chǎn)生嚴(yán)重衰減，信號(hào)功率比正常情況下的信號(hào)要低20 dB左右[1?2]。研究GPS微弱信號(hào)捕獲技術(shù)，對(duì)發(fā)展我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，適應(yīng)現(xiàn)代化信息戰(zhàn)的需要有著非常重要的借鑒意義。

本文以強(qiáng)干擾淹沒GPS信號(hào)的壓制式干擾為背景，以快速傅里葉變換為基礎(chǔ)，采用相干積分、非相干積分與小波降噪相結(jié)合的方法，提高GPS接收機(jī)對(duì)弱信號(hào)捕獲的靈敏度，以提高GPS接收機(jī)戰(zhàn)場(chǎng)適應(yīng)性。

1 GPS壓制式干擾

壓制式干擾使用噪聲或類似噪聲的干擾信號(hào)遮擋或淹沒有用信號(hào)，旨在使GPS接收機(jī)受到擾亂，不能有效檢測(cè)信號(hào)。為了使干擾有效，干擾機(jī)產(chǎn)生的干擾信號(hào)J必須具有遮擋有用信號(hào)S的（功率）強(qiáng)度（即干信比必須足夠高），使GPS接收機(jī)的信噪比大大降低，難以檢測(cè)出有用信號(hào)。

壓制式干擾按照干擾信號(hào)中心頻率[fj、]干擾帶寬[ΔFj，]相對(duì)于被干擾電子設(shè)備的中心頻率[fs、]帶寬[ΔFs]的關(guān)系可以分為3種，見表1。

2 壓制式干擾對(duì)微弱信號(hào)捕獲的影響

對(duì)于微弱信號(hào)的捕獲，輸入信號(hào)的信噪比是首先需要考慮的因素。本文中所涉及的特殊環(huán)境下的微弱信號(hào)由于受到壓制式干擾的影響，信號(hào)功率往往比正常功率低20 dB左右，因此必須提高信噪比，使信號(hào)功率在大于噪聲功率的情況下獲得良好的檢測(cè)概率和虛警概率。

由圖6，圖7可以看出，即使當(dāng)信號(hào)信噪比低至-24 dB時(shí)，通過新算法依舊可以捕獲到有用信號(hào)，并在一定程度上消除了噪聲信號(hào)，提高了微弱信號(hào)捕獲的靈敏度。

5 結(jié) 論

本文針對(duì)微弱信號(hào)情況下，無法通過無限增長(zhǎng)相干積分時(shí)間來捕獲有用GPS信號(hào)的問題，提出了采用相干積分、非相干積分和小波去噪相結(jié)合的新捕獲算法。相比傳統(tǒng)捕獲算法，該算法克服了導(dǎo)航電文可能發(fā)生比特翻轉(zhuǎn)的特性，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)更低信噪比下的GPS信號(hào)捕獲。仿真實(shí)驗(yàn)表明該方法能有效提高了捕獲的靈敏度，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] BICKERSTAFF J， FRAYLING R， HADDRELL T. Capture analysis and mitigation of multipath in a high sensitivity GPS receiver [C]// Proceedings of ION GNSS 2006. Fort Worth， TX： GNSS， 2006： 1696?1705.

[2] ZHANG Jing， MAO Xu?chu. The algorithm for GPS weak signal tracking using unscented Kalman filter [J]. Journal of Shanghai Jiaotong University， 2007， 41（11）： 1834?1838.

[3] 謝鋼.GPS原理與接收機(jī)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4] KAPLAN E D. Understanding GPS principle and applications [M]. 2nd ed. Boston： Artech House， 2006.

[5] WU Ling?juan， LU Wei?jun. YU Dun?shan. Research of weak signal acquisition algorithms for high sensitivity GPS [C]// Proceeding of 2009 Asia Pacific Conference on Postgraduate Research in Microelectronics and Electronics. Shanghai， China： PrimeAsia， 2009： 173?176.

[6] ZIEDAN N I. GNSS Receiver for weak signal [M]. Boston： Artech House， 2006.

[7] 鄭奎.微弱GPS信號(hào)的跟蹤方法研究[D].北京：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心，2012.

[8] 雷娜娜.微弱GPS信號(hào)捕獲算法的研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2012.

[9] 胡叢瑋，李曉玲，安雷.一種改進(jìn)的GPS微弱信號(hào)捕獲方法[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，33（8）：821?823.

[10] 倪林.小波變換與圖像處理[M].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2010.

[11] 孫延奎.小波變換與圖像、圖形處理技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[12] 梁前浩.GPS中頻信號(hào)仿真與微弱信號(hào)捕獲、跟蹤方法研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2008.

[13] 劉楊，金天.小波降噪在微弱GPS信號(hào)捕獲中的應(yīng)用[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2011（4）：842?846.

[14] 魏聯(lián)兵，樓立志.小波去噪的GPS算法在減少多路徑效應(yīng)方面的應(yīng)用研究[J].地礦測(cè)繪，2009（4）：15?17.

[15] 姜冰心，張中兆，孟維曉.弱信號(hào)下軟件GPS接收機(jī)全比特捕獲算法[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2008（9）：99?102.

[16] 蔡鐵，朱杰.小波閾值降噪算法中最優(yōu)分解層數(shù)的自適應(yīng)選擇[J].控制與決策，2006（2）：217?220.