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低轨小卫星系统具有小型化、成本低、研制周期短、易于组网等特点,在国民经济与国防建设中有日益广泛的应用前景。但是低轨卫星信道带内存在各种有意或无意的干扰,这些干扰会降低通信质量甚至阻断通信,需要通信接收机前端采取措施加以抑制;另一方面,低轨卫星通信上行链路具有接收信号信噪比低,存在多普勒频偏以及有用信号来向快变等高动态特点,同时星上资源与处理能力有限,运行复杂度高的算法会降低抗干扰处理的实时性,这些因素给星上抗干扰带来了诸多不便。本文以此为背景,研究了适于星上对抗压制式干扰的能应对高动态环境下的低复杂度自适应抗干扰算法。 本文的研究内容主要有: 1、建立了频域和空时域抗干扰算法的接收信号模型,分析了频域算法和空时域处理算法的特点,频域算法在DFT变换域对接收信号进行处理,实现方法简单,且较为成熟,但只能去除单音和窄带干扰,对宽带干扰出现性能恶化;空时域抗干扰算法空域和时域的联合域对接收信号滤波,可以去除窄带、宽带多种类型干扰,但计算复杂度高,并且对信号导向矢量失配敏感,在低轨卫星星上应用时难以保证实时性。 2、为了使星上设备具备对多种干扰的抑制能力,同时提高算法的稳健性和降低算法复杂度,研究了空时处理抗干扰算法在星上的应用问题。针对星上有用信号来向变化迅速以及星上处理能力有限的问题,提出了基于最差性能优化的自适应权值更新算法。给出了算法实现流程,权值更新策略以及鲁棒系数的计算方法。仿真结果表明,算法能够同时抑制多种类型干扰,并且在保证输出性能的前提下降低了计算复杂度,减轻了星上运算负担。同时,算法也能够应对多径干扰,但是在存在导向矢量估计误差时,性能会出现下降。 3、为了解决基于最差性能优化的自适应权值更新算法应对导向矢量估计误差的稳健性问题,研究了基于概率约束的稳健波束形成原理,并在此基础上提出了基于概率约束的自适应权值更新算法。分析了基于概率约束的稳健波束形成算法和基于最差性能优化的稳健波束形成算法的等效性,在此基础上推导得出了基于概率约束的自适应权值更新算法的鲁棒系数计算方法。仿真结果表明,基于概率约束的自适应权值更新算法具有较好的干扰抑制性能以及较低运算量,同时也能够应对多径干扰以及导向矢量估计误差,但需要估计误差的均值以及方差作为先验条件。 4、深入研究了基于重叠加窗DFT的频域抗干扰算法原理和基于重叠变换的变换域抗干扰算法原理,给出了整体结构框图,并详细说明了各个模块的工作原理。分析了重叠加窗的算法原理,以及各种干扰检测和消除算法,并对比了频域和变换域抗干扰方法的不同之处。仿真结果表明,频域抗干扰算法对单音、窄带干扰可提供至少50dB的抑制能力,当干扰带宽超过总带宽的40%时则会出现性能恶化,而基于重叠变换的变换域抗干扰算法抗干扰性能与频域抗干扰算法接近,运算量则节省了近一半。 5、基于频域抗干扰算法和阵列天线抗干扰算法的研究,提出了基于空间频谱扫描估计的自适应空时频域综合抗干扰算法,适用于信号来向或者干扰环境多变的场景,算法通过在信号来向为中心的一定角度范围进行Capon空间频谱估计,从而判定通信主瓣内是否存在干扰,如果存在干扰则对信号做频域抗干扰处理,反之则直接进行空时域抗干扰处理,通过这种方法解决了主瓣内窄带干扰的对抗问题,仿真结果表明,相比于单纯的空时域抗干扰方法,这种综合抗干扰的形式将主瓣范围内存在干扰时的输出信干噪比提高了至少15dB。 综上所述,本文对高动态链路环境下的低轨卫星通信抗干扰技术进行了深入的理论研究与仿真验证,其结果可为实际的工程应用提供良好的理论支撑与方法指导。