李圣軍

摘要：復(fù)雜電磁環(huán)境會對衛(wèi)星導(dǎo)航接收機定位性能造成嚴(yán)重影響，尤其在干擾情況下，將導(dǎo)致衛(wèi)星導(dǎo)航接收機無法正常工作。當(dāng)前，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機干擾檢測技術(shù)主要集中在時頻聯(lián)合域分析（Joint Time-Frequency Analysis， JTFA）方面，如，短時傅里葉變換（Short-Time Fourier Transform ，ST FT）和Wigner-Ville分布（Wigner–Ville Distribution，WVD），本文聚焦將STFT和WVD，分析其對掃頻干擾的影響。

關(guān)鍵詞：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng);干擾檢測;STFT;WVD

中圖分類號： TP3? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）16-0250-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在全世界廣泛的應(yīng)用，如美國的GPS[1]、歐盟的伽利略系統(tǒng)[2]、中國的北斗[3]，高性能的GNSS接收機都致力于增加其完整性、可用性、準(zhǔn)確性、和服務(wù)的完整性。特別是在生命安全（Safety Of Life，SOL）應(yīng)用中（例如，在飛機著陸期間需要的準(zhǔn)確性）。高精度定位和可靠的SOL服務(wù)代表了即將推出的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的主要挑戰(zhàn)。但是由于無線電密切的使用到時頻譜資源的使用相當(dāng)?shù)娘柡?，?dǎo)致GNSS信號容易受到干擾的影響而無法正常[4]，所以干擾檢測和緩解已成為制約GNSS發(fā)展的一個重要問題，本文從信號處理在時頻域角度來分析[5]，傳統(tǒng)的短時傅里葉變換和譜圖分析[6]存在時頻分辨率權(quán)衡的問題，而時頻分辨率較好的Winger-Ville分布，表現(xiàn)出良好的時頻聚集特性，但是存在交叉干擾項問題。因此本文提出采用分?jǐn)?shù)階時頻分析能夠更好用于衛(wèi)星導(dǎo)航干擾檢測并抑制噪聲影響。

1 系統(tǒng)模型

系統(tǒng)中需要處理的信號是來自接收機射頻前端下變頻A/D轉(zhuǎn)換后的中頻數(shù)字信號。接收機前端通過天線接收到GPS信號后，首先經(jīng)過前置濾波器和放大器處理后，再與本地振蕩器產(chǎn)生的正弦本振信號進行混頻而下變頻成模擬中頻信號，然后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換形成數(shù)字信號中頻信號。再疊加上干擾信號后，形成帶噪信號進入干擾檢測模塊后，最后再被軟件接收機接收。

1.1 GNSS信號模型

在有電磁干擾的環(huán)境下GNSS接收機接收到的信號，可以寫為：

其中[rit]表示在視線范圍內(nèi)接收到來自第[i]個衛(wèi)星的信號，[Ns]表示衛(wèi)星的個數(shù)，[jt]表示干擾信號，在接收到的信號中由于干擾信號類型不同，[jt]表示也不同。[ηt]表示均值為0的加性高斯白噪聲（AWGN）。不同的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，接受到的[rit]也不同，以本文中討論的GPS L1 信號為例，可以寫成：

其中：

1.2 chirp信號模型

2 時頻變換

時頻分析即時頻聯(lián)合域分析是現(xiàn)代信號處理的一個熱點，處理非平穩(wěn)隨機信號非常有效，其基本思想是通過設(shè)計時間和頻率的聯(lián)合函數(shù)，來同時描述信號在不同時間和頻率的能量密度或強度。而聯(lián)合函數(shù)被稱為時頻分布，通過時頻分布可以分析信號在各個時刻的幅值和瞬時頻率。

2.1 短時傅里葉變換

時頻分析中最基礎(chǔ)的方法是短時傅里葉變換，其基本思想是“時域局部化”，原理在于對待分析的信號加窗，得到較小的時間間隔，再對每個小間隔進行傅里葉變換，但是窗函數(shù)的選擇也面臨問題，時間間隔的大小難以選擇，太大會導(dǎo)致效果不理想，太小會導(dǎo)致加窗后的頻譜與原始信號頻譜不相符，面對這些問題，需要更多的時頻分析方法。短時傅里葉變換是在傅里葉變換的基礎(chǔ)上加窗，假設(shè)[wt]為窗函數(shù)，[ω=2πf]為角頻率的情況下，[st]的短時傅里葉變換可為

3 實驗結(jié)果

在本節(jié)，將主要分析新提出的時頻分析檢測方法的性能。在實驗中，采集到的GNSS信號參數(shù)如表1所示，表示由恒定的線性調(diào)頻干擾破壞的零均值高斯噪聲中的真實GPS L1信號，通常為GNSS接收機干擾檢測的測試平臺。

4 結(jié)論

本文提出一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航的分?jǐn)?shù)階時頻分析干擾檢測方法，在干擾場景下對GPS L1信號進行實驗，與WVD、PWVD和譜圖法進行綜合性的性能對比。驗證了WVD具有良好的時頻分辨特性且明顯優(yōu)于譜圖，但是其自身存在交叉干擾項難以抑制的問題 ，使其難以應(yīng)用于時頻域的干擾檢測。而譜圖法不存在交叉干擾項問題 ，但是時頻分辨性太差也難用于干擾檢測。為了保持良好的時頻特性且不帶來交叉干擾項問題。

參考文獻：

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[4] 李豹，許江寧，朱銀兵，曹可勁，胡彥逢，李松林.衛(wèi)星導(dǎo)航欺騙干擾技術(shù)研究進展[J].海洋測繪，2018，38（3）：69-72.

[5] 戴志春，劉文祥，封欣，孫廣富.衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲的一種高效相關(guān)算法[J].全球定位系統(tǒng)，2018，43（6）：33-36.

[6] 吳為，賴生建，鄧建華，白志剛，陶煒，吳凌華.一種小型化北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)收發(fā)模塊的研制[J].中國測試，2016，42（2）：71-74.

【通聯(lián)編輯：張薇】