减轻卫星信号接收器中干扰的方法和设备维护

广播与传输
ROADCASTING & TRANSMISSION
文献引用格式:林列书.减轻卫星信号接收器中干扰的方法和设备维护[J ].电视技术，2018，42(8):71 -75.
LIIN" L S. M etliods and E q uipm ent M aintenance fo r M itiga te Interference in S atellite Signal R eceiver [ J ]. V ideo engineer­in g , 2018, 42(8) ：71 -75.
中图分类号:TP39 文献标志码：A DOI ：10. 16280/j. videoe. 2018.08. 015
减轻卫星信号接收器中干扰的方法和设备维护
林列书1!2
(1.
南京航空航天大学继续教育学院，江苏南京
211100$
2.广州民航职业技术学院，广
东广州510470)
摘要:本文基于一种对导航信号当中产生抑制现象的干扰盲波束形成的算法，以免因为干扰因素的存在而造成造成信息 接收过程出现问题，最大化的增益G N S S 信号，增强其准确性和有效性。

以该方法为基础不需要事先确定G N S S 信号来波 方向，阵列误差稳健。

实测数据表明，在多种干扰场景下，所提方法均能干扰抑制能力均良好，相比于S C O R E 方法、功率 倒置法，本研究所提方法在抑制干扰的同时，能保证输出中G N S S 信号信干噪比最大化，稳健 。

最后提出对卫星接
收器的。

关键词：卫星接收器;G N S S 信号；干扰；维护
Methods andEquipment Maintenance forM itigate Interference inSatellite Signal Receiver
LINLieshu1’2
& 1. Continuing Education College ’ Nanjing University o f Aeronautics And Astronautics ’
211100’ China;
2. Guangzhoo Civil Aviatioo College ’ Guangzhoo 510410 ’ China'
Abstract ) T h is paper presents a
b lin d beam form ing a lg o rith m to suppress interference
in navigation signals
’
interference is suppressed and the
GNSS signal has the m axim um gain. The proposed methiod needs
no p rio r knowledge re ction o f a rriv a l o f GNSS
sig n a ls
’ and
the
array
error
is
robust.
The
measured data
show that the
o f the proposed m ethod is good under various interference scenes. Compared w ith the SCORE m ethod and the power inversion m e th o d
，the proposed m ethod can ensure the m axim ization o f the signal to noise ra tio o f the GNSS signal in the o u tp u t ，and the ro­
bustness is very strong. F in a lly ，the m aintenance measures fo r the sate llite receiver are p u t forw ard.Key words ： satellite re c e iv e r ； GNSS s ig n a l ; in te rfe re n c e ; m aintenance
1
引百
处于空间轨道当中运行的GNSS 卫星，在地面 所接收到的信号非常弱，所 必会受到
因素的干扰，所以必 采取有效的手
制这些
信号，确保星接收机工作正常⑴。

在GNSS
接收机中，抑制 的主要方法之一就是进行自适列处理[2]。

在自适应算法的基础上调整阵列加 权系数，
特征区分
和信号，在信号方
直接形成对应的波束，所 处
[3]。

如果已经
了信号导向矢量，在统波束的影响下，将会
小方差无畸变波
成
算法等来避免形成干扰因素。

在GNSS 导航的应用
上无法正常使用自适应波束形成算法的。

算卫星定位的过程可以通过GNSS 信号中的
历史信息得
[4]。

但实际上，如果处于 环
境下，是很难获取
数据的。

整理归纳GN SS 接
机当中的存 ，从
推出相应的卫星
方位，但 注意的是，无法保 果的一致性。

，由于各方面因素的显
，会造成
GNSS 接机平台 ，很难通过卫星
的方
GNSS 信号导向矢量。

信号导向矢量的
性 上是自适应波 成算法的关键内容，否则
将会造成严重的指向偏差，
导致信号
的损
基金项目：国家自然科学基金项目（51575117)
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失，阻碍接收机的正常运行过程。

现阶段，已经出现 了很多 信号导向矢量的自适应波 成算法，在 信号导向矢量时，通过功率 法可对强功率干扰进行有效抑制，但在进行 制时，其
[5]。

基于此，本文对 星信号接 ：中的方法进行了分析研究，对卫星接收进行维护。

2阵列信号模型
对于单频信号而言，通过传播波的波动方程，可 得到如公式&1'所示的波的表达式：
s(r，t)=Q exp[j(!- KT r)3&1'
公式中，波播量用表示，其中 Q、J
分别表示复振幅和波 量，J的单位表示为弧度/，单位波长的周期数即 大小。

由于阵列会 接收多个信号，此 K GNSS星信号被接收到，有％接收到，变频和采 所得到的信号如公式&2'所示。

K%
x(n) = "+ v(n)&$'
J = 1j=1
公式中，第J个信号的导向矢量用-表示，
+
J个J@S S信号的功率为％，4(.)当中的J表 示的为导航电文，7A(n)、"、！分别指的是扩频序 列、载波相位以及第J个卫星信号的多普勒的中频 频率。

第y个干扰为+(n)，噪声为v(n)。

3基于自相关的波束形成算法
在常见的J@S S接收机结构中，由P L L和D L L 相关硬件 获、G N S S信号接收机所收到的信号，并采取解算处理的方式将 ，JN S S 信号信噪比对 获和 过程将产生极大 ，如果信噪比较低，此 度将 。

信号信噪比 是 制过程中 强调的重要
内容。

在抑制 的过程中，J N S S信号信噪比的最
大 在输出过程当中。

可用公式（3)表示接收信号T(n)的协方差 ：
K%
= "%ka ka j K&3) k = 1;=1
公式中，#所表示的内容为噪声功率，J N S S接 收机能够接收到-20 d B的信号信噪比，因此通过忽 处理的手段整合J N S S在协方差 ！中的自相关值，对于接收信号T(n)估计的协方差矩阵来说，和 是非常关键的 主 分，如公式&4)所。

%
&4) j ="
对于P R N1卫星发射的J N S S信号而言，在处理 时，J N S S接收机产生的参考信号 P R N1卫星对，其表达式见公式&5):
r.(n)= 7.(n)c o s(n)&5 )
公式中，P R N1卫星对应的扩频序列为7i(n)，用公式(6)表7K参考信号r(n)和接收信号T(n)的相关值,4):
n〇+#
,(4) = "$(n)%i (n + 4) (6 )
n = n〇
公式中，第+个阵元收到的信号为T(n)，+= 1，2,…，D，积分长度为T。

构造向量&(4)= [,(4)，,（4)，…，,（4) ]T。

使用的扩频序列，J N S S信号具有非常强的自相关性，互相关性较差，因此在相关值,4)中，因扩频增益，P R N1卫星信 号功率增大。

w H(w= 'h!，1''
W H R X W ~ WH RX W + WH!'&)
W H! W 在公式（[)中，输出信干噪比为w h r W，
w h( "%"";h)w是干扰加噪声输出功率，对任意权矢量W，不等式（8)成立：
w H("%/¥"H)w
.=1
因此，在公式（8)中，最大化输出信 比•于优化目标，矩阵对（C，'）的最大广义特征值对应 的特征矢量 优权，见公式(9):
C W〇A= A m*R W〇A(9)
公式中，矩阵对（>')的最大广义特征值为 Am*，Am*对应的特征矢量为W p t。

在本算法中。

J N S S接机具有并行处理通道的，的接收机通 参考信号是相互对应的，按照上述内 ：对卫星信号 制的过程进行 ，满足 ：和结算等相关过程。

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4算法实施及性能分析
4.1符号翻转对所提方法性能影响及抑制方法
研究当中存在的算法必须制
相适应的相关 量的协方差
，从
算的过程，如果协方差 计性
达到3
dB
，此
增强协方差
的系统自由度，将 展至2倍以上，所
，在对！，.进行估算时，首先需
要获得充足的相关 。

导
文信息包含在
G N S S 信号中，在计算公式& 6'当中的相关
，如果对导航电文符号进行 ，此将会不断
频序列，对 得到的估算结果造成显 。

将相关
的有效性充分展现出来，对
果进
行估算，如果
号，此 效确保协方差矩
阵的正常运行。

当前已经获得了 J N S S 信号，
得出公式（10):
.0 + #0
c(mT 〇)=" $( n )% 1% ( .)
&10)
n = n 〇
公式中，T 〇表7K 完整码序列的长度。

在公式
& 10)当中融入公式&2)的接收信号可以得到：
S
n0 + T0
&( m T 〇)"
sk ( n )%i * ( n ) +
J = 1 n = n 〇
%
n 〇 + #〇
n0 + T0
+ (n )3i (n )+ " *(n)%i (n ) & 11'
j = 1 n = n 〇 n = n 〇
分析J N S S 卫星P R N 1信号和参考信号的 相关值，在信号接收过程中要重 他信号的分量，
从而简化
，最终能够得到公式& 12):
n0 + T0
&( m T 〇) & -1 " )(n)%1 (n )
& 12 )
n = n 〇因）（n )=槡％( n )+1( n ) <s ( !n + ")，将
%1 (n ) = +1 (n )c o s (!n )代入公式& 12)，得到公式
& 13):
n0 + T0
&( m T 〇) & 槡％T -1 " A ( n )+1( n )<s ( !n + ")
n = n 〇(+1 ( n ) c o s ( !1 n ))
& 13 )因相关 是参考信号完全与J N S S 信号匹
配的结果，在J N S S 信号内，符号
会发生，因
此可得：
n 〇+T 〇
&( mT 〇) & 槡％1-1 " +1( n ) cos ( !n K ")( cos ( !
n )) %
n = n 〇
& 14)
协方差
:
R = &( mT 〇
)&H( m T 〇) = %1/2 ( " ( n ))n = n 〇
(c o s (!
n
K "1)(c o s (!n )) ) "1"i =
R %1"1"i
(15)
因此，使用相关 对协方差
进行估计，保相关值幅度不会受到符号
的。

在相关的
上 计相 关
!
从 和
获得 相关值。

4.2 GNSS 信号多普勒捕获误差对所提方法的影响
因为接收机和卫星的相对运动关系非常显著， 所以如果J N S S 信号
到接收机后，此会产生
多
频 。

本文是在J N S S 信号相关性和参 信号之上 的方法，考虑多
频偏会
所
方法性能，可用公式& 16)表示多普勒频偏对相关
的
:
c
(
%) = c ( %) s in c ( !f d T ) & 16 )
公式中，相积分 T
，多普勒频率为必。

参考信号和接收J N S S 信号的相关为c ( %。

由公式
& 16)
，在接收信号有多
存在时，通过相关运算，受=n C 函数调制，相关值下降严重。

一般 ，J N S S 信号 接收到的-10〜10 k H z 的多
频率。

多
频率为0时，此时得
到最大的J N S S 信号和参考信号相关值。

对 信
号的载波频率进行变换， 大相关，从对多
频率进行接收，因
波长的限制，再加上载波频率 余多
，
，&'为
余多 频率，公式（17)为
J N S S 信号相关 ：
R r s ( %) = 2%1 G sinc 2( !f d T )(17)
多
频
算法主要在于J N S S 信号的损
耗R ,1和自相关值，如果对扩频增益进行降低处理，
此 得到1 m S 的积分时间，为了将损耗控制在1
d B 范围内，此
保多 余频率不超过
500 H z 。

5
仿真与实测结果文所采取的
过程
测数据和计算机仿
真的手段， S C O R E 方法、功率
法的结
果进行比较。

5.1仿真结果
仿真平台使用M A T L A B 软件，J N S S 信号选择
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■■IB
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y mmmm
W
id e a E n g i n e e r i n g
的信号为S j 1 574. 31 M H z 上的GPSC /A 码，天线 是半波
列的4元方阵，如图1所示。

中频
信号为15. 234 M H z ，在 情况中，对其余参数
进行具体说明。

一个窄带 在接收信号当中产生作
用，此时单频余弦是 信号的方式存在的，频率
14% M H z ，表1为窄带 参数。

1
带干扰仿真参数
图11〇阵列天线模型
图$为窄带 制结果，由图$知，相比于另
算法，本研所使用的方法
效增强输信息的
比，其信号增益接
元阵列增益上。

通过模归一的方法处理各算法阵列加权值，其 中信号增益发
关重要的作用，分别统计输入
输出信号，最终得出信号增益。

图2
窄带干扰抑制结果
5.2实测数据分析
GNSS 接机天线阵列是四元方阵非常典型的代
表，中频和采样频率分别为7.48 MHz 、10.05 MHz 。

在 中频输出端得到了 -90.5 dB m 的GPS 信号加噪声功 率，
的天线单元均有41.5 d B 的中频增益;
-50.5 dBm 功率的干扰信号，在实验过程中， 单频余弦的过程即 信号的主 ，达到
1 574. 31M H z 的频率。

在 系下为方
"=0°和
'"30
波方向。

由于铁杆架设小天线到GPS 阵列 的垂直高度已知，根据相关数据可
得
平
，
方向。

实测数据表
，在多 场景下，所方法均
制能力
均良好，相比于SCORE 方法、功率 法，本研所
方法在抑制
的
，能保输出中GNSS 信号
信干噪比最大化，可见对阵列误差稳健性很强。

6
卫星接收器的维护
卫星接收器完成安装、调试、固定后，一般在工
作的过程中不会 。

但因卫星接 常年
都
在外， 照射、冷热变化、酸腐蚀、大风
天气
，会害卫星接
表面的涂覆，进
腐蚀等。

因此，在用卫星接 ，对 期进行清理、维护、保养等工作。

若发接 表面发生漆层脱
，要及对
修一般
对接 进
行定期的维护保养，以免成 果 较大误 差。

定期对 系统的轴承
进行黄油的涂
抹，避免 腐蚀。

及
理接
拋
中的垃圾，对 接口件做防水处理;确保天线馈源口
薄膜完好。

馈内
珠、水汽。

冬季要
及 除馈 中的冰凌、积雪等。

7
结论
文基于一种对导航信号当中产生抑制 的
盲波
成的算法，以免因
因素的存在
成造成信息接收过程 ，最大化的增益
G N S S 信号，增强 性和有效性。

以该方法
对比信比/d B
方
"
俯仰角'
信号-20.5184.5。

90.5。

干扰
25.5
129.5。

15.5。

#&
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础不需要事先确定GNSS 信号来波方向，阵列误差。

测数据表明，在多 场景下，所方法
均
制
均良好，相比于SCORE 方法、功
率 法，本研所提方法在抑制干扰的 ，能保输出中GNSS 信号信干噪比最大化，稳健性很强。

对卫星接
的维护措施。

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D R C 技术对于未来农村 的物联 具有重要
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作者简介：
林列书（1962&),本科,副教授，主要从事航空电子技术教学与研究。

责任编辑:徐弘涛
收稿日期=2018-05-28
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赵淼.数字电视上行回传信道关键技术 [J ] •广播
与电视技术，2015(S 2):70-74
作者简介：
汪凯凯（1995&),硕士生，主要研究方向：数字电视广播 与物联网技术；
罗宁（1963&),副教授，主要研究视频通信，多媒体， 物联网技术,本文通讯作者,4 -m a il ：ro_ning@sina. com;
曹志（1984—)，硕士，主要研究方向：数字电视技术； 何大治（1977&),副研究员，主要研究广播无线网络、宽 带无线网络、
号处理；
丁良辉（1981&),副研究员，研究方向：无线自组织网络 协议设计和优化、无线网络资源调度、网络编码、中继通信等。

责任编辑:徐弘涛
收稿日期：2018 -07 -16
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）。