張 浩,靳一恒,呂婷婷

(中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266100)

0 引 言

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有全球全天候覆蓋、實時性處理以及高精度測算的特點,能夠?qū)崟r地對運動載體的位置、速度進(jìn)行測定和精確授時,在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。目前世界上現(xiàn)有及在建的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有美國的全球定位系統(tǒng)(GPS),俄羅斯的“格洛納斯”系統(tǒng)(GLONASS),歐共體正在建造的“伽利略”系統(tǒng)(GALILEO)以及我國建立的北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)(COMPASS)。

隨著無線電技術(shù)的發(fā)展,自由空間中存在著密集的電磁波,衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所處的工作環(huán)境日益復(fù)雜和多變,要想保證系統(tǒng)的正常工作,衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)必須具有足夠的抗干擾能力。雖然各個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)存在系統(tǒng)配置、定位機理、工作頻段、信號和星歷數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面的差異,但一些主流的抗干擾技術(shù)在各個系統(tǒng)中普遍適用。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)發(fā)展至今,針對系統(tǒng)各個組成模塊和不同干擾類型已經(jīng)有了豐富的研究成果,但還存在一些技術(shù)和問題需要完善和解決。本文對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)常用抗干擾技術(shù)的原理、研究現(xiàn)狀、難點問題和發(fā)展趨勢進(jìn)行介紹,研究結(jié)果可為發(fā)展我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供參考。

1 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的脆弱性與干擾類型

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)一個很大的弱點在于它的脆弱性。衛(wèi)星信號到達(dá)地面時的衰減嚴(yán)重,低功率的電磁信號也能對其造成干擾;信號抗干擾裕度不大,碼元、載波在信干比較低時很容易丟失;導(dǎo)航信號頻率、調(diào)制特性公開,數(shù)據(jù)傳輸格式固定,容易實現(xiàn)針對接收機的欺騙式干擾或特定頻率的信號壓制,以上這些弱點都會使接收機在干擾環(huán)境下無法正常工作甚至完全失去定位功能。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)受到的干擾主要有射頻干擾和環(huán)境干擾兩大類。

射頻干擾是指衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工作環(huán)境中由電磁波造成的干擾,可以分為無意干擾與人為干擾。無意干擾是指系統(tǒng)受到的非針對性的干擾,主要包括同一導(dǎo)航系統(tǒng)中來自不同衛(wèi)星信號的相互干擾、不同系統(tǒng)之間的相互干擾、其他發(fā)射系統(tǒng)的頻率諧波或者非線性引起的互調(diào)產(chǎn)物落在接收機帶內(nèi)造成的干擾、強發(fā)射機產(chǎn)生的高功率信號及其諧波導(dǎo)致的衛(wèi)星信號堵塞[1]。人為干擾是指干擾方采用技術(shù)手段,針對特定區(qū)域、設(shè)備或通信頻段進(jìn)行的干擾,其目的是使接收方無法使用或錯誤地使用導(dǎo)航系統(tǒng)所提供的信息,包括壓制式干擾和欺騙式干擾。另外,射頻干擾也可以根據(jù)干擾信號的頻譜特性分為窄帶干擾和寬帶干擾。表1示出了常見的射頻干擾類型和典型的干擾源[2]。

表1 射頻干擾類型和典型的干擾源

環(huán)境干擾包括多徑效應(yīng)、遮蔽、地形遮攔和其他由自然環(huán)境造成的干擾。其中,抗多徑干擾是信號接收需要重點考慮的部分。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機接收到的不同衛(wèi)星的信號來自不同的多徑信道,在距離、時間和速度方面都會產(chǎn)生誤差,其影響表現(xiàn)在信號上為多徑信號相對于直達(dá)衛(wèi)星信號的延遲以及多徑信號的功率和相對載波的相位,在接收機性能上表現(xiàn)為對碼信號和載波跟蹤精度的影響。

2 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)

2.1 抗干擾技術(shù)介紹

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)主要分為三類:星上抗干擾、接收機抗干擾、輔助抗干擾。

星上抗干擾是通過對衛(wèi)星的優(yōu)化實現(xiàn)的,主要方法有提高信號發(fā)射功率、改善碼結(jié)構(gòu)以及在衛(wèi)星上使用新的抗干擾技術(shù)。美國為提高GPS的抗干擾能力,計劃在2015年發(fā)射第三代GPS衛(wèi)星,GPSⅢ比現(xiàn)有GPS星座的發(fā)射功率提高500倍,且新增了比Y碼具有更強抗干擾能力的軍用M碼。雖然改進(jìn)衛(wèi)星星座或信號結(jié)構(gòu)的方法可以改善源頭上的問題,但是這種方法開支巨大,方案的實施也需要很長的時間。

輔助抗干擾針對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)存在的不足,利用其他導(dǎo)航設(shè)備輔助,有效提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度和抗干擾能力,主要方法有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組合技術(shù)以及偽衛(wèi)星輔助技術(shù)。組合導(dǎo)航技術(shù)可以有效解決短時間的衛(wèi)星信號故障和干擾,對寬帶噪聲干擾、掃頻干擾、音頻干擾、脈沖干擾等都具有很好的抑制作用,為高動態(tài)接收技術(shù)提供了較理想的解決方案。偽衛(wèi)星技術(shù)通過在接收機可視范圍內(nèi)增加可利用的星座數(shù)量提高系統(tǒng)的抗干擾能力,但目前還有許多關(guān)鍵問題需要解決,例如如何降低多徑效應(yīng)的影響、如何設(shè)計偽衛(wèi)星的位置及數(shù)量以獲得最佳的幾何分布、在系統(tǒng)軟件方面需要應(yīng)用新的大氣修正模型等。

以上兩類抗干擾技術(shù)成本高、實現(xiàn)復(fù)雜,目前研究和應(yīng)用最廣泛的是針對衛(wèi)星導(dǎo)航接收機的抗干擾技術(shù)。如圖1所示,接收機結(jié)構(gòu)可以劃分為天線、射頻前端、基帶處理、定位導(dǎo)航運算四個模塊,根據(jù)干擾信號的類型及干擾原理,可以從接收機結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn),提出相應(yīng)的抗干擾措施。在接收機四個結(jié)構(gòu)模塊中,抗干擾技術(shù)主要在天線、射頻前端、基帶處理模塊實現(xiàn),其中采用數(shù)字信號處理器(DSP)實現(xiàn)的自適應(yīng)濾波技術(shù)是目前研究的一個熱點。

圖1 一種典型的接收機結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 接收機抗干擾技術(shù)

2.2.1 各結(jié)構(gòu)模塊抗干擾技術(shù)

1)天線

接收機天線的作用是將衛(wèi)星信號這種極微弱的電磁波轉(zhuǎn)化為電流,以進(jìn)行后續(xù)的信號處理,對天線的主要要求有:無死角地接收來自各個方向的衛(wèi)星信號,針對多徑效應(yīng)有防護(hù)和屏蔽措施,天線相位中心保持高度穩(wěn)定、并與其幾何中心盡量一致。天線類型主要有單極或偶極天線、四線螺旋形天線、微波傳輸帶天線、錐形天線,目前四線螺旋形天線和微帶天線應(yīng)用較為廣泛。

就目前來說,接收機天線多采用天線陣的形式。天線陣列加以特殊類型天線的使用,在抑制寬帶干擾、多徑干擾方面具有很好的效果。扼流圈天線、極化(矢量)天線技術(shù)可以有效消除多徑信號。文獻(xiàn)[3]研究了簡化分布式矢量天線技術(shù),利用多徑干擾隨反射角度的不同具有不同的極化狀態(tài)的特點,在極化域上實現(xiàn)了多徑干擾的識別。

2)射頻前端

射頻前端是接收機工作的基礎(chǔ),包括從天線到基帶處理間的所有部件,其主要功能是將射頻信號變換為中頻數(shù)字信號,以適合信號處理器的工作范圍。在這個過程中射頻前端應(yīng)具有盡可能抑制其他干擾的能力,同時提高接收信號電平至信號處理器可工作的水平,并能提供一定的信號變化動態(tài)范圍。

① 前端濾波技術(shù)

前端濾波技術(shù)的應(yīng)用包括在天線與前置放大器之間放置具有抑制帶外大功率的帶阻抑制特性和低插入損耗的前置濾波器,以及在每個本地振蕩器混頻級前后的逐級濾波。逐級濾波使接近末級中頻的下變頻過程綜合出較窄的濾波器帶寬,不僅能提高接收機的抗帶外射頻干擾性能,還能降低中頻A/D變換過程的奈奎斯特采樣限制。前端濾波技術(shù)可以有效抵制外界強功率的干擾。

② 射頻干擾檢測技術(shù)

射頻干擾檢測技術(shù)可檢測射頻干擾是否存在并同時測量出干擾強度,能有效檢測連續(xù)波干擾、寬帶脈沖干擾、高斯白噪聲干擾、信號阻塞和多徑干擾。射頻干擾檢測是通過干擾/噪聲功率比(J/N)計量表測量經(jīng)過接收機天線和射頻前端的綜合信號電平實現(xiàn)的,J/N計量表位于自動增益控制(AGC)區(qū)。因為衛(wèi)星信號大大低于熱噪聲電平,所以只要測得AGC控制電平提供的J/N值,就能判斷是否有較強的射頻干擾正在控制AGC。

③ 自動增益控制技術(shù)

自動增益控制技術(shù)主要用于接收機的中頻級和射頻級,是一種使放大電路的增益自動地隨信號強度而調(diào)整的自動控制方法,能使幅度變化大的接收信號放大為包絡(luò)相對恒定的信號,具有壓縮動態(tài)范圍、抑制脈沖干擾和抗快衰落等作用。

根據(jù)對輸入信號幅度變化的響應(yīng)速度,AGC可分為快速(小時間常數(shù))自動增益控制系統(tǒng)(FAGC)和慢速(大時間常數(shù))自動增益控制系統(tǒng)(SAGC)。還有學(xué)者提出DτAGC,這種AGC在脈沖干擾存在與不存在時分別呈現(xiàn)FAGC和SAGC的特性,抑制干擾的性能更加優(yōu)化。除此之外還有一種干擾反饋AGC(IFAGC),IFAGC不存在干擾濾波后的吉布斯效應(yīng)對信號造成的附加損失,比DτAGC的干擾抑制性能更好,對信號的損失更小[4]。

3)基帶處理

基帶處理模塊的作用包括搜索、捕獲并跟蹤衛(wèi)星信號,對電文數(shù)據(jù)解擴、解調(diào),以及偽距、載波相位、多普勒頻移的測量?；鶐幚硇阅艿膬?yōu)劣直接關(guān)系到接收機定位精度、靈敏度指標(biāo)。在此模塊中,碼環(huán)/載波環(huán)跟蹤技術(shù)的改進(jìn)和相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用是提高接收機抗干擾性能主要手段。碼環(huán)/載波環(huán)跟蹤技術(shù)通過改進(jìn)接收機的載噪比門限,或者采用自適應(yīng)跟蹤環(huán)路實現(xiàn)環(huán)路帶寬的自動調(diào)節(jié),來提高接收機的抗干擾性能和動態(tài)跟蹤能力,該技術(shù)對增強接收機抗寬帶性能具有好的效果,而且對多徑干擾的抑制具有輔助作用。

針對多徑效應(yīng),一種最基本的抑制技術(shù)為窄距相關(guān)器,雖然相關(guān)器間距的縮短減小了碼相位的測量誤差,但同時造成了碼環(huán)動態(tài)性能的降低,而且窄相關(guān)器僅對減小碼環(huán)測量誤差有效,無助于載波環(huán)的多徑抑制性能。有學(xué)者提出一種多徑信號的極大似然估計方法以減小碼相位和載波相位誤差,被稱為多路徑估計延時鎖定環(huán)(MEDLL)[5],該方法能有效地減小碼相位和載波相位測量值的多徑誤差,消除窄相關(guān)接收機中90%的多徑效應(yīng)。

2.2.2 自適應(yīng)濾波技術(shù)

除以上抗干擾技術(shù)外,實現(xiàn)接收機抗干擾最有效、最根本的技術(shù)是濾波技術(shù)。濾波技術(shù)主要借助數(shù)字信號處理器進(jìn)行自適應(yīng)濾波處理,可在前端處理部分以及基帶跟蹤環(huán)路前進(jìn)行,自適應(yīng)濾波處理可在時域、頻域、空域以及各聯(lián)合域?qū)崿F(xiàn),可抑制窄帶干擾、寬帶干擾和多徑干擾。

1)時域濾波技術(shù)

時域濾波技術(shù)可以用于消除多個窄帶噪聲干擾和連續(xù)波干擾,另外還能用于多徑干擾和回波消除問題,但對寬帶干擾作用不大。時域濾波在時域內(nèi)利用信號特征濾除干擾,借助DSP提供可編程濾波器和相關(guān)器,可以配置于接收機前端處理部分,或作為一個單一的部分置于接收機之前。

時域濾波技術(shù)效果最明顯的是對窄帶干擾的抑制,典型應(yīng)用為自適應(yīng)時域預(yù)測技術(shù)。在時域預(yù)測技術(shù)計算過程中,可以采取線性濾波器或非線性濾波器來預(yù)測窄帶干擾信號,按照實際條件選擇某種最優(yōu)準(zhǔn)則(LMS準(zhǔn)則、MMSE準(zhǔn)則、RLS準(zhǔn)則、LS準(zhǔn)則)來追蹤干擾。常用的線性濾波器有FIR濾波器、IIR濾波器和插值濾波器,常用的非線性模型是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和多項式濾波器。從工程實現(xiàn)角度看,對窄帶干擾濾波的效果最好的預(yù)測濾波器是非線性的[6]。

2)頻域濾波技術(shù)

頻域濾波適用于窄帶干擾、連續(xù)波干擾及較強的帶外干擾,但對寬帶噪音干擾及多個掃頻瞄準(zhǔn)式噪聲干擾無效。頻域濾波首先通過快速傅里葉變換將接收信號由時域變換為頻域,通過陷波位置的調(diào)整將干擾對應(yīng)的頻譜置零或衰減,處理后的頻域分量再反變換到時域完成干擾的濾除。頻域濾波可以在接收機的射頻或中頻進(jìn)行,或者附加在用戶的接收機和天線之間。由于變換處理的復(fù)雜性,頻域濾波會增加衛(wèi)星信號的獲取和處理時間延遲,而且存在頻譜泄露的問題。

3)時頻域濾波技術(shù)

時頻濾波技術(shù)主要應(yīng)用于抑制窄帶干擾或某些類型的寬帶干擾(AM-FM、LFM、脈沖干擾信號),特別適用于抑制各種時變非平穩(wěn)干擾。時頻濾波通過選擇合適的時頻分析工具,使有用信號與干擾信號在變換處理后具有能區(qū)分開來的特性,然后根據(jù)兩者特性的不同來進(jìn)行干擾的濾除。

比較典型的時頻分析工具有短時傅立葉變換(STFT)、濾波器組、小波變換和子空間投影技術(shù)。針對脈沖型的時變干擾,局部離散余弦變換(LDCT)是一種具有良好效果的時頻分析方法[7]。另外,時頻域濾波技術(shù)還可以與數(shù)據(jù)恢復(fù)算法結(jié)合起來,針對濾波后具有缺口的數(shù)據(jù),采用恢復(fù)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù),得到接近于未受干擾的原始衛(wèi)星信號的恢復(fù)數(shù)據(jù)[8]。

4)空域濾波技術(shù)

空域濾波技術(shù)是通過自適應(yīng)天線陣來實現(xiàn)信號處理,其輸入?yún)⒘砍盘柕臅r頻內(nèi)容外,還涉及距離、方位角、仰角、極化形式等,該技術(shù)對窄帶干擾、寬帶干擾以及多徑干擾均有抑制作用。空域濾波相對于時域和頻域抗干擾的優(yōu)勢在于,實現(xiàn)途徑是抑制干擾方向的接收,與干擾信號樣式不相關(guān),因此可以實現(xiàn)寬帶干擾以及多徑干擾的抑制。

自適應(yīng)空域濾波干擾抑制技術(shù)可以分為兩類:自適應(yīng)零陷形成和自適應(yīng)波束形成。零陷方法根據(jù)某種最優(yōu)準(zhǔn)則自適應(yīng)調(diào)整各陣元的權(quán)值,在干擾來向上形成零陷以抑制干擾,這種方法不需要信號的先驗信息,可以實現(xiàn)盲抑制,但對期望信號無增強作用。波束形成方法在已知干擾方向形成零陷的同時,還能在期望信號來向形成主瓣以增強期望信號,但需要在濾波前結(jié)合波達(dá)方向估計(DOA)算法對期望信號的來向進(jìn)行估計?？沼驗V波技術(shù)常用的最優(yōu)化準(zhǔn)則有MSNR準(zhǔn)則、MMSE準(zhǔn)則、LCMV準(zhǔn)則,常用的自適應(yīng)算法有LMS、RLS、ML、QRD-SMI以及MUSIC算法。在選擇自適應(yīng)算法時,要對算法的復(fù)雜度、收斂速度、權(quán)值更新速度、權(quán)值收斂后的穩(wěn)態(tài)誤差等進(jìn)行綜合考慮。

5)空時聯(lián)合自適應(yīng)抗干擾技術(shù)

由于空域濾波技術(shù)存在自由度的限制,空時聯(lián)合自適應(yīng)處理技術(shù)被提出并發(fā)展起來,空時聯(lián)合抗干擾同時利用天線陣和延遲抽頭獲取空時樣本,在不增加天線陣元的情況下,通過時間抽頭來增加陣列的自由度與可抑制干擾的數(shù)目?？諘r自適應(yīng)技術(shù)對抑制窄帶干擾、寬帶干擾、多徑干擾、相關(guān)干擾都具有好的效果,是當(dāng)前接收機抗干擾技術(shù)的一個研究熱點。

空時聯(lián)合自適應(yīng)抗干擾技術(shù)涉及的問題和主要研究點:

① 運算量與降維處理:空時聯(lián)合在計算量上的增加是很大的,以降低計算量為目的的降維處理是目前空時算法研究的重點之一。在降維處理的研究中,學(xué)者們提出了二維Capon法、局域聯(lián)合處理法、廣義相鄰多波束法、多級維納濾波法等方法[9],此外,子空間投影技術(shù)能避免大運算量的協(xié)方差矩陣估計及其求逆運算,在保持抗干擾性能的不變的情況下可以大幅度降低運算復(fù)雜度。

② 誤差問題:由于加工裝配精度的限制,實際的天線陣列總存在著一定誤差,主要包括陣元位置誤差、陣元間的互耦以及通道的不一致性。對陣列誤差的校正主要有有源校正和自校正兩種,現(xiàn)有的校正算法往往只考慮了僅一種陣列誤差存在的情況,而且沒有考慮多徑信號的存在。

③ 干擾與衛(wèi)星信號來向相同時的干擾抑制:在空時濾波過程中,若衛(wèi)星導(dǎo)航信號與干擾信號來向相同或夾角很小,天線增益在干擾來向上實現(xiàn)陷零的同時,也會對衛(wèi)星信號造成極大衰減。在這種情況下,改進(jìn)空時算法只能有限地縮小可抑制干擾與期望信號的夾角范圍,若要抑制與衛(wèi)星信號來向相同的干擾,還需要輔助其他手段,或再利用其他域(如極化域)的信息。

2.3 接收機抗干擾技術(shù)小結(jié)

在進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航接收機抗干擾設(shè)計時,主要考慮的干擾類型有三大類:窄帶干擾、寬帶干擾和多徑干擾。如表2所示,針對每種干擾類型有不同的抗干擾技術(shù),一種抗干擾技術(shù)也不能同時抑制所有干擾類型,一個高性能的導(dǎo)航系統(tǒng)會同時采用多種抗干擾技術(shù)以實現(xiàn)對各個類型干擾的抑制。

表2 典型的干擾類型與抗干擾技術(shù)

3 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 抗干擾技術(shù)發(fā)展近況及存在的問題

衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾技術(shù)發(fā)展至今,窄帶干擾的抗干擾技術(shù)研究已經(jīng)較為成熟,尤其是自適應(yīng)濾波的準(zhǔn)則、算法很多,算法的改進(jìn)也較為完善,可以實現(xiàn)多個窄帶干擾的同時抑制,而且有好的抗干擾效果。寬帶干擾和多徑干擾的抗干擾技術(shù)的研究是目前學(xué)者們研究比較集中的領(lǐng)域,但依舊存在一些問題沒有解決。

1)對于寬帶干擾,最主要的抑制手段是采用天線陣加以自適應(yīng)濾波技術(shù),其他技術(shù)作為輔助手段。目前的研究熱點集中在空時自適應(yīng)處理算法的優(yōu)化、穩(wěn)健的自適應(yīng)算法、多干擾類型抑制以及盲自適應(yīng)抗干擾,子空間投影技術(shù)由于其較低的計算復(fù)雜度和好的干擾抑制效果被結(jié)合各域濾波技術(shù)廣泛研究和應(yīng)用,另外,一些新的聯(lián)合域或結(jié)合其他技術(shù)的天線陣形式也被提出,進(jìn)一步改善接收機的抗干擾性能。文獻(xiàn)[11]采用極化陣列,提出了極化域與空域聯(lián)合的抗干擾方法(JPSA),此方法的一大亮點是能成功抑制與期望信號來向相同的干擾。文獻(xiàn)[12]提出了以壓縮感知天線陣為基礎(chǔ)的陣列處理方案,該方案能降低陣列系統(tǒng)的計算量和功耗,提升接收機的整體抗干擾性能。

寬帶干擾抑制技術(shù)還存在需要繼續(xù)研究的問題和難點在于衛(wèi)星信號與干擾信號方向相同時的干擾抑制、高動態(tài)環(huán)境下的穩(wěn)健抗干擾算法、多個類型寬帶干擾的同時抑制等。這些問題雖然也有學(xué)者進(jìn)行研究并提出了一些措施和算法,但新穎、有效的方法不多,而且這些方法往往都是針對一個難點進(jìn)行,而不能兼顧其他的問題,方法的有效性和實用性都需要完善。另外,并不是所有寬帶干擾類型的抗干擾方法都有較為深入的研究,目前針對脈沖干擾抗干擾技術(shù)的研究還很少,尤其是長時間、超寬帶、均勻頻譜的干擾,還沒有非常有效的解決方案。

2)對于多徑干擾,接收機主要在三個階段進(jìn)行消除,前端處理、內(nèi)部信號處理、對定位結(jié)果進(jìn)行事后處理,目前應(yīng)用較廣的技術(shù)為特殊類型天線以及多個天線的空間多樣性技術(shù)和MEDLL技術(shù)。除此之外,有學(xué)者提出利用接收機的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)估計并結(jié)合自適應(yīng)濾波消除多徑的方法,也被利用到一些接收機的生產(chǎn)中。另外,文獻(xiàn)[13]提出了一種新穎的LTE信號輔助的導(dǎo)航信號多徑消除算法,該方法利用LTE信道估計的結(jié)果輔助導(dǎo)航信號的信道估計,在高分辨率信道特征支撐下有效分離多徑并提高處理能力,此方法為多徑信號的抑制提供了一種新的思路。

目前多徑干擾抗干擾方法的研究難點在于來自天線上方多徑信號的抑制、快速變換環(huán)境下的多徑抑制以及短延時多徑的抑制。目前有學(xué)者通過改進(jìn)天線陣的自適應(yīng)算法增大可抑制干擾的俯仰角范圍,但還沒有克服天線上方多徑信號難以抑制的問題。雖然目前分析多徑信號對接收機影響的文獻(xiàn)很多,但關(guān)于短延時多徑信號的研究卻較少,采用窄相關(guān)器以及MEDLL技術(shù)改進(jìn)的接收機主要針對長延時多徑信號,對短延時信號抑制效果不佳。文獻(xiàn)[14]推導(dǎo)了短延時多徑信號環(huán)境下各天線間偽距差值、載波相位差值及信噪比比值的表達(dá)式,提出了基于擴展卡爾曼濾波技術(shù)的多徑抑制技術(shù),另外文獻(xiàn)[13]提出的LTE信號輔助的方法也對于研究短延時多徑信號的抑制方法具有一定意義。

3.2 抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)經(jīng)過多年的研究取得了不斷進(jìn)步,使得抗干擾的能力大為提升。結(jié)合當(dāng)前電子信息領(lǐng)域的軟硬件發(fā)展,總體來說,衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)會有下面兩個發(fā)展趨勢:

1)數(shù)字化與硬件算法的發(fā)展。隨著超高速AD轉(zhuǎn)換器件的發(fā)展和FPGA、DSP硬件水平的不斷提高,將會使得抗干擾導(dǎo)航接收機在性能上大幅度提升,在未來可有望實現(xiàn)GPS接收機的完全數(shù)字化?？删幊踢壿嬈骷氖褂脼樵O(shè)計提供了很大的靈活性,同時使得產(chǎn)品的維護(hù)和升級更加容易。另外,自適應(yīng)算法在硬件中實現(xiàn)時有難易上的不同,實時的大量的數(shù)據(jù)吞吐對硬件仍是挑戰(zhàn),因此抗干擾算法的研究也在向適用于高速、并行、實時處理的方向發(fā)展。

2)多功能智能型抗干擾接收機。現(xiàn)有抗干擾技術(shù)都只是對其中某類干擾有較好的表現(xiàn),而衛(wèi)星導(dǎo)航接收機面臨的干擾是多種多樣的,干擾監(jiān)測技術(shù)高性能、小型化的發(fā)展使得智能型抗干擾接收機的實現(xiàn)有了技術(shù)保證[15],另外,認(rèn)知無線電、人工智能及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多項技術(shù)都可以融合到接收機中,使接收機能夠智能地調(diào)整抗干擾算法。如文獻(xiàn)[16]設(shè)計了一種集信息庫、信號檢測、邏輯判決和抗干擾模塊于一體的接收機,該設(shè)計能檢測出不同類型的干擾并決策出不同的抗干擾方法。

4 結(jié)束語

本文分析了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的脆弱性以及干擾來源,從接收機結(jié)構(gòu)出發(fā)分析了天線、射頻前端、基帶處理三大模塊的抗干擾技術(shù),并對目前廣泛應(yīng)用的自適應(yīng)濾波技術(shù)進(jìn)行了研究?？偨Y(jié)了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)各類抗干擾技術(shù)、針對不同干擾類型的抗干擾方法、幾種熱點技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和研究難點以及衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢。本文所闡述的提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾性能的抗干擾技術(shù)均可應(yīng)用到我國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中,為發(fā)展我國北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供相關(guān)參考。

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