北斗卫星导航接收机抗窄带干扰技术研究

北斗卫星导航接收机抗窄带干扰技术研究

抗干扰技术一直是卫星导航通信方向研究的前沿,特别是在军事领域的应用,是决定信息化战争成败的关键因素之一。虽然我国卫星导航系统起步晚,但发展迅速。

对干扰抑制技术的不断研究会在更加完善的第三代北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)中发挥不可或缺的作用。接收机天线收到的导航信号微弱,容易受到周围电磁波和干扰的破坏。

窄带干扰(Narrowband Interference,NBI)是接收机常见的干扰类型。为了提高接收机抗窄带干扰的性能,有必要在接收机中加入窄带干扰抑制模块。

本文主要深入的研究了时域和频域的自适应抑制窄带干扰的方法,并选择了一种频域自适应门限算法进行了硬件实现。以接收机收到的卫星导航信号和噪声、干扰的混合信号为前提,本文主要完成了以下工作:(1)介绍了卫星导航系统中采用的扩频通信技术,以直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)系统为例,对窄带干扰下扩频前后的误码率曲线进行了仿真,由结果对比分析了

其抗干扰性能。

接着根据北斗信号和窄带干扰的结构,给出了数学模型,并阐述了导航接收

机原理和自适应滤波技术理论。(2)从自适应预测估计角度,研究了时域抑制窄带干扰技术。

详细介绍了最小均方(Least Mean Square,LMS)、递归最小二乘(Recursion Least Square,RLS)以及改进的可变步长最小二乘(Variable Step-size Least Mean Square,VSLMS)算法,对比了各算法抑制窄带干扰前后的仿真结果图,分析

了算法的收敛性。从滤波器结构角度对IIR陷波器进行了改进,并对改进前后进

行了仿真对比。

(3)从自适应门限与并行处理数据角度,研究了频域抑制窄带干扰技术。首先介绍了频域滤波的思路,加窗函数的原因以及减少影响的措施,接着重点研究了频域滤波中自适应门限值的设定方法,并对改进后的N-sigma算法、自适应门限μ值法以及块处理数据的FBLMS算法进行了抗窄带干扰仿真。

最后对比了各算法的抗干扰性能,误比特率曲线,以及实现复杂性。(4)根据前面的仿真结果,算法实现难度,对基于频域自适应门限μ值法的进行了硬件实现。

首先给出了系统框架,然后使用Verilog分别对系统中的窗函数模块、延迟模块、FFT核和干扰抑制模块进行了设计,重点介绍了干扰抑制模块中自适应门限值的设计思路。最后在开发板上借助分析工具在线调试代码,通过查看FPGA 内部信号,观察分析抑制干扰前后的波形,验证了所选算法的有效性。