基于功率倒置算法的GPS抗干扰天线研究

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GPS接收机天线阵列抗干扰算法研究及其FPGA实现的开题报告

GPS接收机天线阵列抗干扰算法研究及其FPGA实现的开题报告

GPS接收机天线阵列抗干扰算法研究及其FPGA实现的开题报告尊敬的指导教师:我打算在我的研究方向中开展以下课题:“GPS接收机天线阵列抗干扰算法研究及其FPGA实现”。

1. 研究背景和意义:众所周知,GPS系统是一种广泛使用的卫星导航系统,用于在全球范围内确定位置和时间,以及提供关键的定位和时间服务。

然而,由于天线阵列接收机受到各种干扰源的影响,如电源噪声、天气等因素,高精度的定位会受到很大的干扰。

因此,对GPS接收机天线阵列的抗干扰算法进行研究是十分必要的。

2. 研究内容:本研究主要涉及以下内容:(1)针对单一站和多站天线阵列的GPS接收机的抗干扰算法实现和比较。

(2)研究经典的GPS抗干扰算法,如自适应滤波及其改进算法,并对比其性能和效果。

(3)基于FPGA实现抗干扰算法,提高算法处理速度和安全性,保证高精度定位。

(4)通过实验验证算法的有效性。

3. 研究方法:本研究将采用以下研究方法:(1)分析GPS接收机的原理和工作流程,掌握天线阵列抗干扰算法的基本概念。

(2)研究GPS接收机天线阵列的抗干扰算法,包括自适应滤波、最小二乘法等算法。

(3)使用Matlab/Simulink软件建立天线阵列接收机算法仿真模型,验证算法的有效性和鲁棒性。

(4)研究FPGA技术,并通过VHDL代码实现算法,提高算法处理速度和性能。

(5)开发基于FPGA的硬件平台,进行实验验证算法的有效性和可行性。

4. 研究进展和计划:目前,我已经阅读了关于GPS接收机天线阵列的相关文献,并对GPS接收机的工作原理及其天线阵列的抗干扰算法有了一定的了解。

接下来,我将开始根据上述研究方法进行具体的研究工作,包括进一步深入研究GPS接收机天线阵列的抗干扰算法、建立仿真模型、研究FPGA技术及硬件实现等方面。

预计在以下时间节点开展研究工作:(1)1-2月:研究GPS接收机天线阵列抗干扰算法的相关文献,了解其基本概念和方法。

(2)3-4月:使用Matlab/Simulink软件建立仿真模型,验证算法的有效性和鲁棒性。

北斗和GPS双模接收机干扰抑制算法的设计与实现

北斗和GPS双模接收机干扰抑制算法的设计与实现

北斗和GPS双模接收机干扰抑制算法的设计与实现张建立;杨祖芳;潘伟;郑建生【摘要】BeiDou and GPS receivers are susceptible to interference.In order to improve the performance of the receiver under strong jamming environment,the effects of different arrays and different algorithms on the anti-jamming performance of the receiver were studied.An anti-jamming platform for BeiDou and GPS dual-mode receiving system was designed and implemented on the basis of GPS anti-interference research.The experimental results show that by this system,the BeiDou and GPS dual-mode receivers can search up to 6 BeiDou navigation satellites and 5 GPS navigation satellites, and locate under the environment of -30 dBm strong interference.The system can also be extended to a variety of satellite navigation receivers anti-jamming platform.%目前北斗/GPS双模接收系统的抗干扰研究还比较少,主要是针对GPS的抗干扰研究.北斗和GPS接收机易被干扰,为了改善强干扰环境下接收机的性能,研究不同阵列、不同算法对接收机抗干扰性能的影响,在GPS的抗干扰研究的基础上设计并实现了一套北斗和GPS双模接收系统的抗干扰平台.实验结果表明,该系统能使北斗和GPS双模接收机在—30 dBm 强干扰的环境下搜到6颗北斗导航卫星和5颗GPS导航卫星,并正常定位,说明该系统能达到干扰抑制的目的.该系统也可推广至多种卫星导航接收机的抗干扰平台.【期刊名称】《中国空间科学技术》【年(卷),期】2017(037)001【总页数】7页(P117-123)【关键词】北斗;全球定位系统;干扰抑制;双模接收机;抗干扰平台【作者】张建立;杨祖芳;潘伟;郑建生【作者单位】武汉大学 GNSS中心,武汉 430079;武汉工商学院信息工程学院,武汉 430065;武汉大学 GNSS中心,武汉 430079;武汉大学 GNSS中心,武汉 430079;武汉大学电子信息学院,武汉 430072【正文语种】中文【中图分类】TN927.2近年来,随着导航技术在军事领域应用越来越多,电子对抗也被越来越多地出现在全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)中。

GPS中智能天线的设计与实现

GPS中智能天线的设计与实现
中 图分 类号 :N 2 . T 886
0 引

间定 向波 束 , 天线 阵列 方 向 图主瓣 对 准 用户 信 号 到 使 达 方 向 , 瓣或零 陷对 准干 扰信号 到达 方 向 , 而达 到 旁 从 充分 利用 移动用 户信 号并抵 消或最 大程 度地抑 制干扰
智能天 线就是 阵列天 线与先 进 的信号 处理技 术相 结合 , 将信 号处理从 时域 和频域 扩展 到空域 , 利用 接收 信 号的空 间信息 , 来完成 空域 滤波 和定位 , 从而形 成 同 时具 有空 时处 理 能力 的天线 。与传 统 的 F M 频 分 D A( 多址 )T MA( 分 多址 ) C MA( 分 多址 ) 式 相 、D 时 、D 码 方 比, 智能天 线 引入 了 S MA( 分 多 址 ) D 空 方式 。S M D A 突破 了传 统的三 维思 维方 式 , 第 四维 空 间上极 大地 在
态范 围太小 , 会造 成处 于 弱 势 的有 用 信 号基 本 被量 化
掉。在满足采样速率足够高 的情况下 , 应该选取采样
精度 至少为 1 i的 A 2b t /D转换 器 , 这样在 预先进行 增 益处理 的情 况下 , 能够保 证数据 的失 真尽可 能小 。
13 3 D P模块 的选择 . . S
信号的 目的。给定一组加权值 , 一定的入射信号强度 , 不 同入射 角度 的信号 , 由于在天线 间 的相位差 不 同 , 合
并 后 的输 出信 号强 度 也会 方向图主瓣对准有用信号 , 而把副瓣或零 陷
对 准干扰 。
提高了无线频谱资源的利用率 。智能天线具有 自适应 调整天线方向图、 跟踪期望信号、 消干扰信号、 抵 提高 信 干 比等很 多优 点 。智 能天线 技术 是信 号处理 中的一

针对GPS接收机自适应天线调零抗干扰的对抗方法研究

针对GPS接收机自适应天线调零抗干扰的对抗方法研究

针对GPS接收机自适应天线调零抗干扰的对抗方法研究毛虎;吴德伟;卢虎【摘要】自适应天线调零是GPS接收机最主要的抗干扰措施之一.为了迫使自适应调零“失效”,在分析GPS接收机采取功率倒置(power inverse,PI)算法进行自适应调零适用性的基础上,针对PI算法在实现时所需的先验信息相对较少、收敛速度相对较慢以及在低干噪比(jamming-to-noise ratio,JNR)下产生零陷角域相对较宽的特点,提出了强干扰“掩护”下的弱干扰进入、强干扰同步开关下的弱干扰间隙“填充”以及干扰俯仰方向逼近等对抗方法.通过仿真分析验证了对抗方法的可行性和有效性.【期刊名称】《弹箭与制导学报》【年(卷),期】2016(036)003【总页数】5页(P99-103)【关键词】自适应调零;PI算法;协同干扰;开关干扰;逼近干扰【作者】毛虎;吴德伟;卢虎【作者单位】空军工程大学信息与导航学院,西安710077;空军工程大学信息与导航学院,西安710077;空军工程大学信息与导航学院,西安710077【正文语种】中文【中图分类】TN967.1;TN972导航对抗对于能否夺取现代战争中的制信息权起着重要作用。

针对GPS下行链路易受干扰的弱点,美军作战武器上安装的GPS接收机普遍具有自适应天线调零抗干扰措施[1],提升GPS接收机自适应天线调零抗干扰的有效性成为研究热点[2-5],而针对其的对抗方法较少探讨。

文献[6]根据空域滤波理论上最多产生的零陷数为阵元数减1,简要的提及可采取空中布撒多干扰源的策略来对抗自适应天线调零,未能进一步研究具体实施过程,另外,对于空时联合滤波的自适应调零,仅仅利用干扰源数量优势会受到极大限制。

文献[7]提出在增加干扰源数量的同时,可进一步采用升空逼近的方法来对抗自适应天线调零,但未能进行定量的仿真验证。

文献[8]借鉴雷达对抗中的交叉眼干扰,利用不同空间位置的干扰源交替发射干扰信号来产生快变的非平稳环境,从而延缓自适应调零滤波器的收敛过程,但一方面交替发射的时机和频率难以协调控制,另一方面滤波器最终仍是会维持于收敛状态。

GPS接收机抗干扰自适应天线的设计

GPS接收机抗干扰自适应天线的设计
但是自适应算法的实现运算量很大, 对信号处理部分 硬件电路要求高, 且实时性难以保证。本文提出了一种数
字与模拟相结合实现功率倒置自适应处理的方法, 研制出 了实际的自适应天线系统并进行了测试, 最后给出了实验 的结果。
1 功率倒置阵
功率倒置 是指自适应阵将两个接收到的信号的功率
比倒置过来的能力。功率倒置阵与 H ow ells- Applebaum 阵
根据式( 6) ~ 式( 9) 可以得到环路增益 K 取不同值时, 阵列
输出 SI NR 与输入 INR 的关系曲线如图 2 所示。
图 2 输出 SINR 与输入 INR 的关系
由图 2 可以看出, 对于任意一个给定的 K 值, 随着输 入 INR 的增加, 输出 SINR 先出现了下降的趋势, 这是由于 此时干扰信号太小而不足以影响功率倒置阵的权值; 随着 干扰信号的继续增大, 功率倒置阵将开始调整权值抑制干 扰信号, 因为干扰信号被抑制, 所以输出 SINR 又开始上 升。这是功率倒置阵的特点, 也说明了功率倒置阵只对强 信号进行抑制, 而有利于弱信号的接收。
x i = d i + j i + ni, i = 1, 2
(4)
式中, di 为第 i 个单元输出的用信号分量, j i 为第 i 个单元
输出的干扰信号分量, ni 为第 i 个单元输出的噪声。式中
省略了时间变量 t。每个阵元上接收到 S i, 噪声功率为 2 。
第 31 卷 第 7 期 2009 年 7 月
文章编号: 1001-506X( 2009) 07- 1556- 04
系统工 程与电子 技术 Systems Engineer ing and Electr onics
Vol. 31 No. 7 Jul. 2009

基于北斗卫星导航系统的功率倒置算法仿真研究

基于北斗卫星导航系统的功率倒置算法仿真研究

1北斗卫星导航系统概述北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行,并与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统,其发展目标是对全球提供无源定位[1]。

北斗卫星导航系统的应用前景非常广阔,但与此同时,它的工作环境同样面临着严峻的挑战,卫星导航系统的信号非常微弱,其功率强度甚至远低于接收机内部噪声[2],微弱的干扰就可能使导航系统不能正常工作,尤其是有意或者无意的压制式干扰。

对北斗的干扰从频率角度可以分为带内干扰和带外干扰,带外干扰可以在射频和中频设置窄带滤波器进行滤除,而带内干扰可采用自适应阵列天线来解决。

北斗接收机收到的干扰数目、干扰方向及干扰类型无法预知,卫星信号的来向和数目也在实时变化,这种情况下采用功率倒置自适应算法抑制干扰显得简单有效[3]。

2功率倒置的原理功率倒置自适应算法是基于线性约束最小方差(LCMV)准则建立的[4],也就是将自适应阵列的输出功率最小作为最优化准则[5]。

功率倒置算法的示意如图1所示:图1功率倒置算法示意图在M 元功率倒置阵列中,阵列的输入向量为:x (n )=x 1(n ),x 2(n ),…,x M (n )[]T(1)其对应的权系数分别为:w =w 1,w 2,…,w M []T (2)一般有约束条件w Hs =1,其中s =1,0,…,0[]T,由此可得出w 1=1,这是要求第一支路的加权系数始终为1。

则阵列的输出功率:P out =E y (n )2{}=E wHx (n )w Hx (n )()H{}=E w HR xx w {}(3)上式中R xx =E x (n )x H(n ){}为输入矢量的自相关矩阵。

则功率倒置波束形成的准则如下:min wP (w )=min ww HR xx ww Hs =1{(4)构建拉格朗日函数:L (W )=w HR xx w +λw Ts -1()(5)令Δw L (w )=0,可得最佳的加权矢量和最小输出功率为:w opt =P o min R -1xx s HP o min =E y2{}min=s TR xx -1s H()-1{(6)功率倒置阵对输入端的信号,不管是有用信号还是干扰信号都尽可能地加以抑制,天线方向图将在各个有用信号和干扰信号的来向产生零陷,并且信号越强,其对应的零陷越深。

卫星导航抗干扰技术应用

卫星导航抗干扰技术应用

卫星导航抗干扰技术应用摘要:抗干扰技术一直是卫星导航领域的研究热点。

在众多的抗干扰方法中,采用基于空时联合处理的阵列天线抗干扰是目前最有效且应用最广的一种方法。

而对于阵列天线抗干扰,权值精度和权值更新速度是决定其抗干扰性能优劣的重要因素。

当采用相同的自适应算法时,权值精度越高,权值更新速度越快,则抗干扰处理的效果越好。

关键词:卫星导航;抗干扰技术随着现代科学技术的飞速发展,卫星导航系统已成为各国科学技术发展的重中之重。

它不仅与国家军事内容、互联网等技术密切相关,而且与我们的生活息息相关。

卫星导航距离我们数以万计公里,到达卫星接收机时信号非常微弱,这可能导致卫星导航因外界干扰而不稳定。

为了提高卫星导航信号的抗干扰能力,各国都在大力推动抗干扰技术的应用和发展。

1抗干扰技术分析抗干扰是指设备能够防止经过天线输入端,设备的外壳以及沿电源线作用于设备的电磁干扰。

雷达往往工作在复杂的电磁环境中,雷达抗干扰性能的优劣直接决定了整个雷达系统的性能。

然而,如何评价雷达抗干扰性能的优劣,至今还没有公认的标准。

1.1虚拟卫星法虚拟卫星法是在卫星导航抗干扰接收系统中广泛应用的一种方法,利用小型无人机或者地基发射装置播发模拟卫星信号,增强导航接收机的接收信号进而改善信噪比,从而实现抗干扰的目的。

1.2天线抗干扰法天线抗干扰法是卫星导航抗干扰系统中的关键技术,其应用具有多种优势,技术操作简单,成本相对较低。

天线抗干扰法可以通过提升波速发生量的方式来完成天线阵元的加权工作,从而将外界干扰信号的强度控制在较小的范围,减小或避免对导航接收机的影响。

1.3扩展频谱抗干扰法这种方法可使导航接收机有效抑制干扰信号。

采用直接序列扩频,当接收机解扩之后将有用的信号变成了窄带信号,原来一些频带比较窄的干扰信号就会变成宽带信号,从而使得信号中的大部分能量都被窄带滤波器滤除掉,提高了信干比。

当前扩展频谱抗干扰法的应用十分广泛,尤其是在工业领域普及程度很高。

功率倒置算法在北斗抗干扰天线系统中的应用

功率倒置算法在北斗抗干扰天线系统中的应用
第2 0卷 第 4期
V0 .0 12 No4 .
电子 设计 工程
El cr n c De in En i e i g e to i sg gne rn
21 0 2年 2月
F b 2 1 e. 0 2
功率倒置算 法在北斗抗干扰天线 系统 中的应用
仉智权 ,朱 畅 ,冯 起 ,袁乃 昌
有 效抑 制 干扰 , 北斗 导航 接 收 机 提 供 最 高 5 B 的抗 干扰 能 力 。 为 0d 关 键 词 : 斗 导 航 接 收 机 ;功 率 倒 置 ;自适应 ; P A; 干扰 北 FG 抗 中 图分 类 号 : N 7 T 93 文献标识码 : A 文章 编 号 :1 7 — 2 6 2 1 ) 3 0 4 一 2 6 4 6 3 (0 2 0 _ o 2 O
北 斗 导 航 系 统 采 用 扩 频 方 式 通 信 。 号 到达 接 收 机 时 非 信 常 微 弱 , 功 率 甚 至 远 低 于 接 收 机 内 部 噪 声 , 远 低 于 干 扰 其 更 信 号 功 率[ “ 。北 斗 接 收 机 接 收 到 的 干 扰 数 目以及 干 扰 形 式 无
功 率 倒 置 算 法 的 原 理 结 构 如 图 l所 示 , 列 第 一 支 路 的 阵
权 值设 定 为 “ ” 其 它 固定 值 “ #O 。 1或 a ”
法 做 到 事 先 预 知 ,卫 星 信 号 的来 向 和 数 目也 不 可 能 预 知 , 这
种 情 况 下 适 合 采 用 功 率 倒 置 自适 应 算 法 抑 制 干 扰 。 文 中提 出一 种 基 于 F G 的 功 率 倒 置 自适 应 算 法 实 现 方 PA 案 , 试 表 明该 方 案 在 强 干扰 条 件 下 具 有较 好 的抗 干 扰 效果 。 测

基于功率倒置算法的GPS抗干扰实时系统实现

基于功率倒置算法的GPS抗干扰实时系统实现

基于功率倒置算法的GPS抗干扰实时系统实现
吴仁彪;孙擎宇;胡铁乔;卢丹;王磊
【期刊名称】《中国民航大学学报》
【年(卷),期】2010(028)003
【摘要】实现了基于功率倒置算法的GPS抗干扰实时系统,并且提出了一种低复杂度的实现算法.运用Xilinx公司的Virtex-4以及TI公司的TMS320C6416T硬件平台,采用双FPGA+单DSP结构来实现整个算法.实验结果表明,GPS信号经过实时抗干扰系统处理后,可以运用普通的接收机进行实时、精确的定位.该系统具有兼容性好、精度高等优点.
【总页数】4页(P45-48)
【作者】吴仁彪;孙擎宇;胡铁乔;卢丹;王磊
【作者单位】中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室,天津,300300;中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室,天津,300300;中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室,天津,300300;中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室,天津,300300;中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室,天津,300300
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.7
【相关文献】
1.基于子空间投影的功率倒置卫星导航抗干扰算法 [J], 赵飞;郎荣玲;李武涛
2.GPS抗干扰接收机自适应天线阵功率倒置算法研究 [J], 何永前;李建璜
3.功率倒置算法在GPS接收机天线抗干扰中的应用 [J], 赵晓东;马煦;瞿稳科
4.GPS抗干扰功率倒置阵算法仿真研究 [J], 冯起;袁乃昌
5.基于功率倒置算法的GPS抗干扰天线研究 [J], 柯熙政;卢瑜
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GPS抗干扰天线系统的设计与研究的开题报告

GPS抗干扰天线系统的设计与研究的开题报告

GPS抗干扰天线系统的设计与研究的开题报告一、研究背景全球定位系统(GPS)是一种广泛使用的导航和定位技术。

然而,GPS在高信噪比环境以外的环境下容易受到干扰和干扰,并可能导致定位错误。

因此,抵抗GPS干扰的技术变得越来越重要。

GPS抗干扰天线系统是一种有效的措施,已被广泛应用于军事、航空、航天、海上和民用等领域。

因此,在此背景下开展设计和研究GPS抗干扰天线系统有实用意义。

二、研究目的和方法本研究的主要目的是设计和研究GPS抗干扰天线系统,以提高GPS定位的可靠性和准确性。

研究方法包括文献综述、模拟分析和实验测试等。

针对文献综述,将收集并分析GPS抗干扰天线系统相关的国内外研究文章、技术报告和专利文献,掌握该领域的发展现状和前沿技术。

针对模拟分析,将使用电磁仿真软件对不同类型的抗干扰天线结构进行建模和分析,确定最佳的设计参数和结构。

针对实验测试,将建立针对不同激励信号和环境条件下的GPS抗干扰天线测试系统,进行实际工作场景下的测试,验证模拟结果和设计的使用效果。

三、研究内容和计划1. 对国内外GPS抗干扰天线系统相关的文献进行梳理和综述,了解发展现状和前沿技术,确定研究的方向和目标。

5月份完成。

2. 对GPS抗干扰天线的设计和模拟分析,建立适合的电磁仿真模型,并通过仿真计算确定最优设计参数和结构。

9月份完成。

3. 搭建GPS抗干扰天线测试系统,测试不同激励信号和环境条件下的GPS抗干扰天线的使用效果和可靠性。

12月份完成。

4. 基于以上研究内容,完成GPS抗干扰天线系统设计和研究的论文。

3月份完成。

四、预期成果和意义本研究的主要预期成果包括:1. GPS抗干扰天线系统的设计原理和技术指标。

2. 不同类型的GPS抗干扰天线结构设计和优化结果。

3. 针对实际工作场景下的GPS抗干扰天线测试系统和测试结果。

4. GPS抗干扰天线系统设计和研究的论文。

本研究的意义在于,通过设计和研究GPS抗干扰天线系统,提高GPS定位的可靠性和准确性,促进GPS技术的应用和发展,为军事、航空、航天、海上和民用等领域提供有力的支持和保障。

GPS抗干扰功率倒置阵算法仿真研究

GPS抗干扰功率倒置阵算法仿真研究

GPS抗干扰功率倒置阵算法仿真研究Ξ冯 起,袁乃昌(国防科学技术大学,湖南,长沙,410073)摘 要:首先介绍了GPS信号的特点和功率倒置阵的特点,说明在GPS抗干扰中功率倒置阵的实用性。

在此基础上采用LMS算法计算功率倒置阵的权值并画出最优加权下的阵的方向图,表明在存在干扰情况下,功率倒置阵能自动在干扰方向形成方向图零陷,从而达到抑制干扰的目的。

关键词:功率倒置阵;LMS算法;扩频通信1 GPS信号特点GPS卫星发射功率有限,由于距离远,信号到达地面时极其微弱。

GPS系统采用伪随机码扩频通信,其本身具有较高的灵敏度和较强的抗干扰能力。

根据Shannon信道容量公式:C=W log21+S N在高斯信道中当传输系统的信噪比S/N下降时,可用增加系统传输带宽W的办法来保持信道容量C不变。

对于任意给定的信噪比,可以用增大传输带宽来获得较低的信息差错率。

Shannon 又指出,在高斯噪声的干扰下,在限平均功率的信道上,实现有效和可靠通信的最佳信号是具有白噪声统计特性的信号。

这是因为高斯白噪声信号具有理想的自相关特性,其自相关函数具有δ(τ)函数的特点。

在GPS接收机中用和发射卫星同步的伪随机码与接收到的信号进行相关处理,由于窄带噪声和其它干扰信号与本地扩频信号不相关,故在相关处理中被削弱,而有用信号因相关运算得到最大的相关峰值,这样就改善了系统输出信噪比。

但扩频通信对于瞄准式窄带干扰和近端强干扰信号对抗性能变差。

应用自适应抑制干扰技术能够较好地改善其抗干扰性能。

扩频通信中自适应调零天线能较好地抑制瞄准式窄带干扰和多路干扰。

2 功率倒置阵原理自适应天线系统是由多元天线阵和信息处理器组成的系统。

天线工作时,信息处理器根据系统输入和输出自适应调整天线阵权值,自动修正和优化天线的方向图、频率响应和极化特性,抑制和消去干扰提高系统输出信噪比。

扩频通信中,信号电平非常低,地面处GPS信号功率约-160dBW,信号电平还在噪声以下,输入端信噪比约-21dB。

基于阵列天线处理的GPS信号抗干扰研究

基于阵列天线处理的GPS信号抗干扰研究

基于阵列天线处理的GPS信号抗干扰研究皮姣;刘立程;王峰;曹鼎;吕嘉卿【摘要】针对强干扰低信噪比条件下的全球定位系统( GPS)信号的接收抗干扰问题,提出了结合功率倒置算法和相位补偿的抗干扰方法.该方法通过利用功率倒置算法对GPS信号进行预处理,使其能正确解调,并进一步对GPS信号进行相位补偿处理,提高信噪比.仿真结果表明,该方法能有效抑制强干扰,增强信噪比,提高GPS接收机的抗干扰能力.%In order to solve the problem of anti-interference of global positioning system ( GPS) under the condition of low SNR and strong interference,this paper puts forward the combined power inversion algo-rithm and phase compensation of anti-interference.The method applies power inversion algorithm of the GPS signal pre-processing to accurately demodulate and further process the the phase compensation of GPS signals to improve the SNR.Simulation results show that the method can effectively restrain the in-terference,enhance SNR,and improve the anti-interference ability of the receiver.【期刊名称】《广东工业大学学报》【年(卷),期】2015(032)004【总页数】5页(P67-71)【关键词】全球定位系统;弱信号;阵列天线;功率倒置算法;抗干扰【作者】皮姣;刘立程;王峰;曹鼎;吕嘉卿【作者单位】广东工业大学信息工程学院,广东广州510006;广东工业大学信息工程学院,广东广州510006;广东工业大学信息工程学院,广东广州510006;广东工业大学信息工程学院,广东广州510006;广东工业大学信息工程学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TN973.3全球定位系统(GPS)在制导、导航、精密测量、精密授时方面得到了广泛的应用,但由于GPS 信号接收功率很低,在大多数情况下,GPS 接收机工作在信噪比很低的环境中.而且,在现代复杂的电磁环境下,GPS 接收机经常会受到各种有意、无意的干扰,干扰信号通常比GPS 信号强很多,信噪比一旦低于-34dB[1],就很难有效捕获、跟踪到卫星信号,从而导致接收机无法正常定位,因此如何有效抑制干扰,提高接收机的抗干扰能力至关重要[2-4].目前在GPS 抗强干扰研究方面,通常是采用功率倒置算法[5-10],该算法对抑制强干扰信号效果显著,且干扰信号越强零陷越深,但同时也会对GPS信号产生抑制作用.此外,利用GPS 接收机的合成天线阵列,可以通过补偿各个天线阵元接收信号的相位差来抑制多径干扰信号[11-15],但需要知道GPS信号的方向角.针对干扰信号很强,接收信号信噪比低于-34dB 的情况,本文通过综合以上两种方法,利用功率倒置算法解调出GPS 卫星信号,获取卫星星历参数,并利用加载于接收机上的惯性导航系统提供的接收机的坐标,计算GPS 卫星相对于接收机的方向角,并通过对其进行相位补偿处理来增强信噪比,提高GPS 接收机的抗干扰能力.1 阵列天线接收信号模型假设有一GPS 接收机,其接收天线阵列阵元数为M,阵元间距为d=0.5 λ(λ为GPS 信号波长),信号入射方向与阵列法线的夹角定义为入射角度θ,如图1所示,θ0 为GPS 信号的方向角,θ1 为干扰信号的方向角.GPS 信号源和P 个干扰信号源同时发射信号,信号到达GPS 接收机的方向角分别为θ0和θk(k=1,2,3,…,p),在t 时刻,阵列接收的数据可表示为[16]式中X(t)为M ×1 阵列数据向量,X(t)=[x0(t),x1(t),…,xM-1(t)]Tx0(t)为天线阵元0 接收到的数据,以此类推.n(t)为M × 1 阵列噪声向量,S(t)为信号复包络向量,S(t)=[s0(t),s1(t),…,sp(t)]T,s0(t)为GPS 信源的复包络,s1(t)为第一个干扰信源的复包络,以此类推.A=[a(θ0),a(θ1),…,a(θp)],其中a(θi)=,(i=0,1,…,p)为第i 个信源的导向矢量,ω=[ω0,ω1,ω2,…,ωM-1]T 为天线阵列的加权矢量,y 为天线阵列接收数据的加权和.图1 阵列天线接收信号模型Fig.1 Array antenna signal receiving model2 阵列抗干扰处理由于强干扰的影响,接收机接收到的GPS 信号总是很微弱,为了提高接收机的抗干扰能力,本文先利用功率倒置算法对GPS 信号进行预处理,因为在干扰信号很强的情况下,该算法能有效地增强GPS信号的信噪比,解调出GPS 卫星信号的星历参数,获得卫星的坐标位置,但对于接收机定位所需的伪距等信息还不能正确解算出来.因此,本文通过在接收机上加载惯性导航系统做辅助,提供接收机的粗略位置,并结合卫星的坐标,计算出GPS 信号相对接收机的大致方向角,然后通过天线阵列对GPS 信号进行相位补偿处理,进一步增强GPS 信号的信噪比,提高接收机的抗干扰能力,保证接收机的精确定位.图2 为本文抗干扰处理实现框图.2.1 功率倒置算法图2 抗干扰处理实现框图Fig.2 Anti-interference processing diagram一般情况下,干扰信号总是比GPS 信号强很多,接收机接收到的卫星信号就比较微弱,甚至微弱到难以解调出卫星信号.针对干扰信号很强,接收信号信噪比低于-34dB 的情况,本文通过功率倒置算法对其进行预处理,以达到正确解调出GPS 卫星星历参数的目的.以阵元0 上接收到的信号x0 为参考信号,通过调整其他阵元的加权向量,从而使得阵列输出功率最小.令阵元0 上的加权系数ω0=1,x=[x1,x2,x3, (x)-1]T,可计算得到阵元1 ~M -1 权值的最优解为其中该算法对输入端的信号(信号和干扰)均加以抑制,天线阵的方向图在强干扰和GPS 信号方向上将形成零陷,零陷的深度与信号强度有关,且干扰越强零陷越深.如输入的信号很弱而干扰很强,干扰方向会产生很深的零陷从而被抑制,这相当于提高了信噪比.该算法的优点是不需要提前知道信号的结构以及接收信号的方向角,就可以在强干扰下获取GPS 信号,从而解调出卫星星历参数.2.2 方向角解算如图3所示,对接收到的GPS 信号获取其卫星星历参数,可得到卫星在WGS-84 中的坐标(xs,ys,zs),利用加载于接收机U 上的惯性导航系统提供的接收机的粗略位置(λu,φu)[17],其在WGS-84 中的坐标为(xu,yu,zu).图3 卫星相对接收机的方向角Fig.3 Direction angle of satellite receiverGPS 卫星与接收机之间的位置差为Δxsu=xs - xu,Δysu=ys - yu,Δzsu=zs - zu.为计算卫星相对于接收机的方向,需要将WGS-84 中GPS 的坐标转换到观测点所在的站心坐标系中,其变换关系为其中Δe 为东向距离,Δn 为北向距离,Δh 为高度差.从而可得到接收机在任意位置时GPS 卫星相对于接收机的大致方向角为2.3 相位补偿针对计算得到的卫星信号的大致方向角,用天线阵列对GPS 信号进行相位补偿处理如图4所示.图4 天线阵列补偿角度差Fig.4 Antenna array compensation angle of difference设接收机的俯仰角为φ,则卫星信号与阵列天线的夹角为φ+θ0,可得阵元1 到参考阵元0 的波程差为同理,各阵元到参考阵元的波程差为只补偿从GPS 信号方向来的相位差,阵列输出为只对GPS 信号方向进行相位补偿,并对各阵列输出求和,以此来增强信噪比,同时抑制干扰信号.3 仿真结果对一在空中运行的飞行器,其天线阵列M 为8,阵元间距d 为0.5 λ,采样数为2 000,信噪比SNR=-60 dB.通过功率倒置算法处理后,由卫星星历提供的卫星坐标及惯性量测装置提供的接收机坐标,利用公式(5)计算得到飞行器在某一位置时GPS 卫星(PRN-5)相对于接收机的方向角θ0 为36.5°.在飞行器曲线运行过程中,飞行器运动过程的倾斜角φ 分别为图5 和图6 分别为在1 个和3 个干扰源情况下对其进行功率倒置算法处理和相位补偿处理前后信噪比对比的Matlab 仿真图.由图5 和图6 可看出,相位补偿处理比功率倒置算法处理能得到更高的信噪比,且在多个干扰源存在的情况下,经过功率倒置算法处理后,GPS 信号的信噪比为-22.82dB,比功率倒置处理前提高了40.18dB,而相位补偿处理后,GPS 信号的信噪比为-14.43dB,其信噪比再提升8.39dB,抗强干扰效果显著.另外,在1 个和3 个干扰源情况下,随输入信号的信噪比的改变,经过抗干扰处理后接收机接收信号的误码率如图7 和图8所示.图5 一个干扰源下处理前后信噪比对比图Fig 5 SNR comparison before and after processing of one interference source图6 3 个干扰源下处理前后信噪比对比图Fig.6 SNR comparison before and after processing of three interference sources图7 1 个干扰源下误码率变化图Fig.7 Error rate variation of one interference source由图7 和图8 可看出,结合功率倒置算法与相位补偿的方法对信号处理后,接收机的误码率明显低于对信号不做处理和用功率倒置算法处理的误码率.图8 中,当信噪比高于-50dB 时,接收机的误码率低于10-3,而对信号进行功率倒置算法处理时,当信噪比高于-40dB,接收机的误码率才能达到低于10-3,而对接收信号不做处理时,接收机的误码率始终高于10-2,可见在多个干扰源存在的情况下,结合功率倒置算法与相位补偿的方法也能保持较低的误码率.因此,结合功率倒置算法与相位补偿的方法能有效降低接收信号的误码率,提高接收机的抗干扰性能.4 结束语本文对在强干扰环境下GPS 信号的抗干扰处理进行研究,通过结合功率倒置算法和相位补偿的方法,达到增强GPS 信号信噪比,抑制强干扰的效果.仿真结果表明该方法对增强GPS 信号信噪比和抑制强干扰效果显著.图8 3 个干扰源下误码率变化图Fig.8 Error rate variation of three interference sources参考文献:[1]王婷婷,王圣东,陈欣.GPS 干扰与抗干扰技术发展现状分析[J].指挥控制与仿真,2008,30(6):118-120.Wang T T,Wang S D,Chen X.A survey on development of GPS jaming and anti-jamming technology[J].Command Control & Simulation,2008,30(6):118-120.[2]向培胜.GPS 抗干扰技术综述[J].电讯技术,2009,49(10):93-96.Xiang P S.Summary of anti-jam technology for GPS[J].Telecommunication Engineering,2009,49(10):93-96.[3]李瑞,郭晓栋,吴多龙.一种层叠结构双频圆极化GPS 天线的设计[J].广东工业大学学报,2011,28(1):28-31.Li R,Guo X D,Wu D L.The design of dual-band stacked microstrip patch antennas for GPS applications [J].Journal of Guangdong University of Technology,2011,28(1):28-31. 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基于子空间投影的功率倒置卫星导航抗干扰算法

基于子空间投影的功率倒置卫星导航抗干扰算法

基于子空间投影的功率倒置卫星导航抗干扰算法赵飞;郎荣玲;李武涛【摘要】基于线性约束最小方差准则的功率倒置算法用于干扰抑制领域中,在干扰来向上形成的零陷开口较宽,且当强弱干扰共存的时候,算法在弱干扰来向上引入的零陷深度较浅.通过研究及推导功率倒置算法的数学原理,将观测信号的协方差矩阵进行分解,得到相互正交的干扰子空间和噪声子空间,发现上述问题存在的原因是算法含有干扰空间的加权和.基于此,本文通过引入子空间投影方法,避免干扰子空间对算法的影响.通过仿真证明,本文算法可以在弱干扰方向形成较深的零陷,从而有效的改善算法的抗干扰能力.【期刊名称】《现代导航》【年(卷),期】2017(008)005【总页数】5页(P323-327)【关键词】线性约束最小方差;功率倒置算法;子空间投影;抗干扰【作者】赵飞;郎荣玲;李武涛【作者单位】北京航空航天大学,北京 100191;北京航空航天大学,北京 100191;北京航空航天大学,北京 100191【正文语种】中文【中图分类】TN973.3随着信息技术的不断发展,卫星导航技术发挥着越来越重要的作用,但是由于卫星信号到达地面时其功率大约为-130 dBm[1],故其极易受到各种干扰。

若不做抗干扰处理,则接收机将不能实现导航定位。

因此,开发有效的抗干扰算法是保证接收机正常工作的前提。

目前的抗干扰算法主要分为波束形成算法和自适应调零算法。

由于卫星信号一般弱于噪声信号,直接获取卫星信号的来向算法较为困难,目前抗干扰算法的重点放在自适应调零算法上。

自适应调零算法[2]的主要原理是在某种最优准则下,通过自适应的调整最佳权值,将零陷对准干扰来向,而使得其他方向的增益保持不变,从而达到抗干扰的目的。

目前实时高效的最优准则主要有如下三种:(1)最小均方误差准则[3],这种准则下代表的算法是最小均方算法(Least Mean Square,LMS),但是这种算法需要预先知道期望信号,这在卫星导航系统中一般不可能预先得知,且算法易受特征值散布的影响而造成算法收敛速度慢。

基于自适应天线的GPS抗干扰技术研究的开题报告

基于自适应天线的GPS抗干扰技术研究的开题报告

基于自适应天线的GPS抗干扰技术研究的开题报告一、研究背景随着GPS技术的广泛应用,GPS抗干扰技术越来越受到关注。

GPS抗干扰技术是指在GPS接收信号的过程中,通过一定的技术手段来提高GPS系统的干扰抵抗能力,以保证GPS导航的信号质量和稳定性。

目前,GPS抗干扰技术研究主要集中于抗多径干扰和抗电磁干扰两个方面。

其中,自适应天线技术是一种用于解决GPS抗多径干扰的有效手段。

自适应天线技术可以有效地降低GPS系统受到的多径干扰。

在传统的GPS接收机中,由于存在多条路径,导致GPS信号受到多径干扰的影响而产生误差。

而自适应天线技术则可以通过控制接收天线指向和阵列权重来抵消多径干扰信号,从而提高GPS信号的可靠性和精度。

二、研究内容本文将针对基于自适应天线的GPS抗干扰技术进行研究,主要内容包括:1. 自适应天线技术原理和优势:本部分将介绍自适应天线的基本原理和工作原理,包括天线指向和阵列权重的控制和优化方法。

同时,本部分还将介绍自适应天线技术相比于传统GPS接收机的优势。

2. 自适应天线与GPS的集成:本部分将重点介绍自适应天线技术在GPS系统中的集成方法和要点,包括天线布局设计、多路径干扰降低算法等方面。

3. 自适应天线与GPS抗干扰实验研究:本部分将通过实验验证自适应天线技术在GPS抗干扰方面的有效性。

主要内容包括实验设计、实验数据分析等方面。

三、研究意义实现基于自适应天线的GPS抗干扰技术,对于提高GPS系统的可靠性、精度和稳定性具有重要意义。

其中,自适应天线技术可以有效降低GPS多路径干扰,提高GPS信号的质量和稳定性。

同时,本研究还可以推动GPS技术的应用和发展,以满足智能交通、物联网等领域的需要。

四、研究方法本研究将综合使用文献调研、理论分析和实验验证等方法进行研究。

其中,文献调研将用于了解GPS抗干扰技术的最新进展和研究动态;理论分析将用于探究自适应天线技术的原理、特点以及在GPS抗干扰中的应用;实验验证将用于验证自适应天线技术在GPS抗干扰方面的有效性和实用性。

基于功率倒置测向的自适应抗干扰方法

基于功率倒置测向的自适应抗干扰方法

基于功率倒置测向的自适应抗干扰方法
李颖萍;段艳丽;樊昌周
【期刊名称】《微型机与应用》
【年(卷),期】2015(34)15
【摘要】针对功率倒置算法形成零陷不深的问题,提出了利用功率倒置算法搜索成型后方向图中最深零陷点来向,估计干扰信号来向,继而主动改变阵列单元的权值使得天线方向图零点对准干扰来向,实现干扰抑制.仿真结果表明:该算法是可行的,并且能够达到更深的干扰抑制性能.
【总页数】4页(P33-36)
【作者】李颖萍;段艳丽;樊昌周
【作者单位】空军工程大学信息与导航学院,陕西西安710077;空军工程大学信息与导航学院,陕西西安710077;空军工程大学信息与导航学院,陕西西安710077【正文语种】中文
【中图分类】TP301
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