李春曦（廣州市交通運輸職業(yè)學(xué)校，廣東廣州，510300）

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衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾技術(shù)探討

李春曦
（廣州市交通運輸職業(yè)學(xué)校，廣東廣州，510300）

為了能夠提高衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)在復(fù)雜工作環(huán)境的工作性能，接收到精準(zhǔn)信息，其抗干擾技術(shù)一直在改進(jìn)和研發(fā)中。本文介紹了衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的組成，分析了其接收碼特征；針對問題，研究了系統(tǒng)干擾抑制的本質(zhì)，提出了解重擴(kuò)抗干擾算法。希望本文可以為衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾技術(shù)帶來一些技術(shù)支持。

衛(wèi)星導(dǎo)航；接收機(jī)；解重擴(kuò)抗干擾算法

引言

伴隨科技、社會的發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域不斷創(chuàng)新，在我國已經(jīng)服務(wù)大眾，如汽車GPS、公共交通定位系統(tǒng)、停車系統(tǒng)等。但是衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的接收信息準(zhǔn)確度、清晰度及實時性等功能一直在追求卓越，研發(fā)全能性、全天候、連續(xù)性、實時性等功能強(qiáng)的抗干擾接收器很迫切。

衛(wèi)星導(dǎo)航功能中，衛(wèi)星裝備著導(dǎo)航接收器。由于工作環(huán)境日漸復(fù)雜，導(dǎo)致所用的衛(wèi)星導(dǎo)航接收器易受到有意或無意的干擾，使其在接收信號過程中，造成衛(wèi)星信號接收有延遲、定位精準(zhǔn)度有偏差、測速效率有延緩等，最終將造成導(dǎo)航數(shù)據(jù)偏差，甚至無法搜索到有用信號，完成接收、處理、計算等任務(wù)。因此，對于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)研究方面，持續(xù)研究著衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾技術(shù)，其中抗干擾算法是導(dǎo)航接收機(jī)工作的關(guān)鍵要素，本文在這方面提出了解重擴(kuò)抗干擾算法。

1　衛(wèi)星信號組成及其接收機(jī)原理

1.1 衛(wèi)星信號組成

衛(wèi)星事業(yè)的發(fā)展除了研制出基于功率倒置算法的抗干擾接收機(jī)外，基于數(shù)字多波束型，自適應(yīng)抗干擾接接收機(jī)仍未完善。國外公司依賴外部信息輔助，如利用慣導(dǎo)輔助進(jìn)行測向等，主要是利用數(shù)字多波束接收機(jī)的工作原理。由此得知，系統(tǒng)性研究、利用GPS信號特點的盲自適應(yīng)波束形成算法，將會成為未來GPS導(dǎo)航需要攻克的一大難題。

其中時域抗干擾算法基于實踐的基礎(chǔ)上，已經(jīng)在空域和時域最小功率算法的分析和實現(xiàn)上做了許多的工作。依靠衛(wèi)星星歷信息、慣導(dǎo)輔助等手段獲取衛(wèi)星信號來向的信息被稱之為空域自適應(yīng)波束形成算法，但是仍然處于探索階段。而基于對衛(wèi)星信號波達(dá)方向估計算法研究較少，對于盲自適應(yīng)算法的研究更為少見。

目前普遍使用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)大部分都是通過使用直接序列擴(kuò)頻的通信體制，對于擴(kuò)頻帶寬其本身具有抗窄帶的干擾能力。而GPS信號的擴(kuò)頻增益，便是這種抗干擾能力的主要取決方式，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)與碼相關(guān)產(chǎn)品相比，則是在其之后才出產(chǎn)的。在于衛(wèi)星接收機(jī)的距離限制方面，超過2萬多公里以外時，發(fā)射信號功率會受到較大的影響從而導(dǎo)致信號功率較小，信號通過地面來進(jìn)行傳播時，強(qiáng)度僅僅只有-160bBW，與接收機(jī)熱噪聲電平相比，要低20dB左右。所以會出現(xiàn)在復(fù)雜的電磁環(huán)境下，由于干擾造成接收機(jī)無法定位的問題。

1.2衛(wèi)星接收機(jī)原理及存在的問題

每一顆衛(wèi)星都有自己的C/A碼，基于C/A碼的獲取則是通過G1的直接輸出和G2延時輸出序列異或得到的，對于兩個抽頭來進(jìn)行異或獲得G2延時效果，得到的序列則是隨機(jī)序列，而相位發(fā)生了變化。對于C/A碼來講，不同的抽頭方式便會生成不同衛(wèi)星的［1］。

衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)能夠?qū)τ谒行l(wèi)星的C/A碼來進(jìn)行復(fù)現(xiàn)操作以及使得復(fù)現(xiàn)的C/A碼通過相位與接收的最大相同C/A連接和其它衛(wèi)星C/A碼所有的最小相關(guān)，C/A碼之間對任何延時時間都不相關(guān)，因此不相關(guān)是不可能的，而對于互相關(guān)電平來說，在于接收機(jī)誤捕獲方面是基于多普勒頻差以及C/A碼的互相關(guān)函數(shù)峰值電平最大相關(guān)方面所導(dǎo)致的，而C/A碼的互相觀函數(shù)峰值電平最大相關(guān)可以差到-24dB，在于多普勒頻率方面差1kHz，兩者差到-21dB。最小功率算法沒有波束指向的能力，僅僅只能用來達(dá)到抑制干擾的作用，SCORE算法處理方式則對于實際應(yīng)用來說僅僅只能作用于一個衛(wèi)星信號，對于上述兩點的優(yōu)點進(jìn)行吸收，數(shù)字多波束抗干擾接收機(jī)，既稱之為陳列天線，其可產(chǎn)生多個波束，每個波束相對應(yīng)一個衛(wèi)星，這樣接收機(jī)可以通過捕獲、跟蹤、最后進(jìn)行統(tǒng)一定位。

2　系統(tǒng)抑制干擾性質(zhì)解析

對于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而言，最常見的壓制干擾、欺騙式干擾和衛(wèi)星信號多徑干擾，而壓制干擾造成導(dǎo)航接收機(jī)失鎖導(dǎo)致導(dǎo)航接收機(jī)產(chǎn)生誤捕獲時，那便是欺騙式干擾造成的，會對于定位的精準(zhǔn)度造成偏差從而出現(xiàn)位置錯誤性展示以及衛(wèi)星多徑干擾致使導(dǎo)航接收機(jī)的精準(zhǔn)度構(gòu)成影響造成定位誤差［2］。自適應(yīng)天線陣技術(shù)的采用可以有效的來進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的促進(jìn)，最小功率算法、Capon波束形成算法、利用GPS信號特點的盲自適應(yīng)波束形成算法都屬于自適應(yīng)天線陣技術(shù)。但是當(dāng)壓制式干擾、欺騙式干擾以及衛(wèi)星信號多徑干擾同時存在時，可以嘗使用通用多類型干擾抑制算法來解決。

對于天線陳列增益處理供應(yīng)無法執(zhí)行造成最小功率法難以獲得載噪比C/N完全適用性，影響了定位精度。此外，衛(wèi)星信號在噪聲中淹沒，導(dǎo)致傳統(tǒng)的高分辨率DOA算法失效，載噪比提高，因而需要研究自適應(yīng)波束形成算法，采用盲自適應(yīng)波束形成技術(shù)，但是由于衛(wèi)星信號相對較弱，所以在研究盲自適應(yīng)波束形成算法時，我們要充分考慮一下衛(wèi)星的來進(jìn)行分析研究［3］。

在此C/A碼的周期重復(fù)特性來進(jìn)行設(shè)想實施，基于波束形成的盲自適應(yīng)抗干擾方案來根據(jù)該特性先估計陣列天線接收到的所有衛(wèi)星來向信息，增加衛(wèi)星信號的載噪比，對于干擾正交補(bǔ)空間投影矩陣抑制干擾而言通用多類干擾抑制算法以及新算法都需要采用，區(qū)別在于可利用衛(wèi)星信號總起重復(fù)性估計衛(wèi)星信號來向信息從而使陳列方向圖信號成為主瓣，在干擾方面形成零陷［4］。

由于單通道單延遲互相關(guān)處理的GPS抗干擾算法無法充分利用其它陣元，便構(gòu)成了其它陣元的單延遲數(shù)據(jù)無法進(jìn)行有效性操作，易造成因為陳列快拍數(shù)少，導(dǎo)致衛(wèi)星信號來向估計誤差系數(shù)提高構(gòu)成來向估計誤差行概率大大的提升，在于該方法的判定方面，若無法完全的使用參考陣元表明其失效性，所以判定方法失敗，因此Ui（t）（i=1…M）表示投影后數(shù)據(jù)表現(xiàn)展示出y（t）的第i個天線通道延遲C/A碼周期后信號，展現(xiàn)為：

對于新算法來講，主要是利用了C/A碼的周期重復(fù)性從而估算衛(wèi)星信號的波達(dá)方向，從而降低了波達(dá)過程中噪聲分布的影響，相比更為穩(wěn)健。其借用信號分離理論中CLEAN算法來估算衛(wèi)星信號波達(dá)方向，在于陣元數(shù)大于通過波達(dá)方向估算信號源個數(shù)同樣可以正常的操作運行。

3　解重擴(kuò)抗干擾算法分析

CDMA的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)則是GPS系統(tǒng)采用的組成，在于CDMA系統(tǒng)的盲自適應(yīng)干擾算法便是基于擴(kuò)頻信息最小二乘解目標(biāo)陳列來實現(xiàn)的并且通過此方法利用CDMA系統(tǒng)中多個用戶擴(kuò)頻碼信息來自適應(yīng)多目標(biāo)波束形成器加權(quán)矢量，對于解擴(kuò)重擴(kuò)多目標(biāo)陳列的優(yōu)點，在于衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾中操作也是比較適用的，其可以通過合適的初始加權(quán)向量來決定算法性能，在于解重擴(kuò)算法而言沒有考慮到多普勒頻率基礎(chǔ)上應(yīng)用對于解重擴(kuò)技術(shù)操作抗干擾時要遷就衛(wèi)星信號特殊性來變化以及改進(jìn)算法。

對于新解重擴(kuò)算法試驗則是基于衛(wèi)星信號遠(yuǎn)低于噪聲電平特點，像以上所述一樣，將陳列接收數(shù)據(jù)向干擾正交補(bǔ)空間投影來消除干擾信號，后而對投影后參考的天線輸出信號抓捕，最后便是根據(jù)跟蹤結(jié)果來重構(gòu)衛(wèi)星信號，通過此種方式把衛(wèi)星信號來更新加權(quán)矢量。

對于空域解重擴(kuò)算法相比來說，基本是相同的，對于重構(gòu)衛(wèi)星信號的使用以及投降后衛(wèi)星信號互相關(guān)矢量的陳列加權(quán)空時解算法利用子空間技術(shù)抑制干擾來進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取以及衛(wèi)星信號重構(gòu)的方式來實施處理的。下面我們來進(jìn)行一下假設(shè)：

假設(shè)經(jīng)投影后的第l個GPS衛(wèi)星空時數(shù)據(jù)加權(quán)矢量為：

Wl=［wt11…wtlkwt21…wt2k…wtm1…wtlv

則有wt=ryr

通過聯(lián)合子空間投影矩陣，可得知列陣總的加權(quán)矢量為：wtopt=R-1xxryr

則對第l個波束的輸出公式為：

從而應(yīng)用相對公式的帶入引算，以及假設(shè)性試驗，證實并說明了對于以前的解重擴(kuò)算法相比，新的解重算抗干擾算法對于擴(kuò)展空時域引起的衛(wèi)星信號失真處理則是利用同態(tài)濾波均衡算法以及推導(dǎo)波達(dá)方向信息的結(jié)合來執(zhí)行的。新解重擴(kuò)算法與解重擴(kuò)多目標(biāo)陣列對比在于初始加權(quán)矢量的繁瑣選擇有了良好的處理對于接收器的緊耦合方面有著更好的特性，便于工程的簡單便捷性操作實施，證實了基于新解重擴(kuò)算法運用的數(shù)字多波束衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾實時接收機(jī)測試更為完善。

4　衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾技術(shù)發(fā)展趨勢

為了干擾一直的研究工作而言多數(shù)團(tuán)隊自行研制了衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾軟件并且融合了信號仿真、抗干擾算法以及接收機(jī)，使用軟件對于衛(wèi)星信號干擾抑制、捕獲、定位算法的研究以及跟蹤工作進(jìn)行了融入，在于以上新算法公式引入得來，并且借助了軟件實現(xiàn)仿真驗證、通過不同類型干擾算法對接收機(jī)進(jìn)行測評，為衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾接收機(jī)設(shè)計方面、實現(xiàn)以及優(yōu)化公式算法鋪墊了穩(wěn)定的發(fā)展道路，下面簡單給大家介紹下衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾軟件組成部分。

一般情況下衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾軟件都是由高保真接收信號模塊、定位結(jié)果顯示模塊、抗干擾算法模塊、接收機(jī)模塊組成的。

該軟件可以根據(jù)用戶配置信息自動模擬可視化衛(wèi)星信號方面具有較為突出的特性，其可以基于需要提供相應(yīng)的空時聯(lián)合域信號和空域信號以及時域信號，并且通過域中衛(wèi)星和干擾以及噪聲信號隨意設(shè)定噪比和干噪比，對于信號中包含的中頻、采樣、量化比特和采樣時間引入電離層/對流層誤差是否具備等信息都可以通過設(shè)定來獲取［5］。

5　結(jié)束語

無論是GPS、GLONASS還是Galileo系統(tǒng)，由于環(huán)境的變化，容易受到干擾，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾算法和關(guān)鍵技術(shù)研究一直被關(guān)注。本文提出了衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的改良算法，希望對衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾技術(shù)做出貢獻(xiàn)，同相關(guān)技術(shù)工程人員共同深入研究。

［1］王純. 衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)自適應(yīng)抗干擾方法研究［D］.西安電子科技大學(xué)，2011.

［2］崔玥. 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)抗干擾技術(shù)研究［D］.天津大學(xué)，2012.

［3］盧丹. 穩(wěn)健的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)研究［D］.西安電子科技大學(xué)，2013.

［4］俞澤湉. 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空域抗干擾技術(shù)實現(xiàn)與實驗研究［D］.西安電子科技大學(xué)，2011.

［5］崔玥. 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)抗干擾技術(shù)研究［D］.天津大學(xué)，2012.

Jamming Technology of Satellite Navigation Receiver

Chunxi Li
（Guangzhou City Transportation Vocational School， Guangzhou， Guangdong， 510300， China）

In order to improve the performance of satellite navigation receivers in a complex work environment to receive accurate information to its anti-jamming technology have been conducting in-depth research. This article describes the composition of satellite navigation receiver， analyzes the received code feature for the problem， the system analyzes the interference suppression properties， anti-jamming algorithm proposed re-spread understanding. We are hoping to bring weak technical support for satellite navigation receiver anti-jamming technology.

Satellite Navigation； Receiver； Solutions of Heavy Anti-jamming Algorithm

TN927+.22

A

2095-8412 （2016） 03-427-04

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.03.026

李春曦（1977-），男，廣東廣州人，大學(xué)本科，教師，研究方向：電工電子與信息技術(shù)。