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卫星导航定位系统通过覆盖全球的卫星提供全覆盖、全天候、不间断的导航定位、测速与授时服务,随着卫星导航系统的快速发展,卫星导航在军事与民用领域得到了广泛应用。由于卫星导航系统的自身特点,使得导航终端容易受到各种干扰的影响,如何提高卫星导航终端的抗干扰能力成为了导航领域的研究重点。起源于雷达领域的空时自适应处理抗干扰方法结合了传统时域、空域处理的优点,通过空时联合滤波具备了同时处理窄带、宽带和多径干扰的能力,该方法非常适用于卫星导航终端抗干扰的需求。本文重点对空时自适应处理在卫星导航终端抗干扰中的一些关键问题进行了研究。 本文首先介绍了与研究内容相关的基础数学理论。描述了空时自适应处理算法的数学模型,对算法中常用的最优准则进行了介绍,根据卫星导航空时自适应处理抗干扰终端的特点选择了合适的准则。尽管空时自适应处理具有良好的抗干扰性能,但大运算量成为制约其实用的关键问题,降维处理方法可以在保留算法抗干扰性能的前提下能有效降低其运算量,因此对降维处理方法的原理和几种代表性的方法进行了介绍。 在卫星导航空时自适应处理抗干扰算法的研究中发现,对于不同天线阵型,当强干扰信号位于特定方位时会导致算法抗干扰性能的显著下降。为对这种现象进行分析建立了空时二维导向矢量和卫星导航接收信号的数学模型,在均匀线阵和均匀圆阵的推导中发现导致空时自适应处理抗干扰性能变差的原因是强干扰信号来向位于奇异平面和奇异方向时分别会导致两种阵型的接收信号协方差矩阵出现奇异,影响算法最优权值的求解。对这个结论进行归纳后发现对于任何阵型当强干扰信号位于天线阵元平面的垂直方向时均会导致这种问题,基于这个结论给出了天线阵布局设计原则,提出了一种新型的双正四面体阵,该阵型最大程度上避免了天线阵元的共面。通过在多个场景中的仿真实验,证实了该阵型可以有效避免算法失效情况的出现并具有更好的抗干扰性能。最后对工程实现中会遇到的天线阵元之间的遮挡问题进行了讨论。 在卫星导航空时自适应处理抗干扰的实现过程中,各种空域误差会对系统的抗干扰性能造成影响。这些空域误差主要包括天线阵元位置误差和天线阵元传输通道幅相误差,分析发现在不同的导航卫星方位下天线阵元位置误差会给真实的空域导向矢量带来不同的偏差,这种偏差会对空时自适应处理算法的抗干扰性能带来影响,天线阵元传输通道相位误差的影响同样可以归结为对导向矢量的影响,不同之处在于该影响与导航卫星的方位无关,天线阵元传输通道幅度误差则会影响到输入信号协方差矩阵,同样会对算法的抗干扰性能造成影响。最后,对均匀线阵、均匀圆阵和双正四面体阵下不同大小的天线位置误差、阵元传输通道幅度误差和相位误差的抗干扰性能进行了仿真,仿真结果包括天线阵方向图、卫星信号和干扰信号的方向增益,分析了各种误差对系统抗干扰性能的影响,对系统中空域误差的控制提出了要求。 在卫星导航抗干扰应用中,空时自适应处理算法对干扰信号抑制的同时可能会对有用的卫星信号造成衰减,常用的解决办法是施加对卫星信号方向进行保护的约束条件,常用的约束条件中单星约束具有最理想的性能,但是对所有卫星分别进行单星约束会增加算法的运算量。为了使得并行单星约束的实现成为可能需要降低算法运算量,通过对卫星导航空时自适应处理算法运算过程的分析,在不影响导航数据处理结果的前提下,提出了一种有效的化简方法,化简方法可以有效的降低最优权值求解过程的运算量,在不考虑输入信号协方差矩阵求逆运算量的情况下,可以降低一半的运算量。最后,对并行单星约束卫星导航空时自适应处理抗干扰实现的原理框图和数据处理流程进行了设计,并对不同约束条件下的算法抗干扰性能进行了仿真验证。