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随着全球卫星导航系统(GNSS)的不断发展,其在国防建设与经济发展中的地位日益增强,而其接收机面对射频(RF)干扰的脆弱性也日显突出。本文以此为背景,深入研究了GNSS导航接收机频域与空时域抗干扰技术。其中,频域抗干扰技术具有收敛速度快、运算复杂度低、可移植性强等优点,且对单音与窄带干扰特别有效;而空时域抗干扰技术可有效地抵抗宽带干扰,与单一的空域技术相比,具有更少的天线阵元与更好的抗干扰性能。
论文创新性的研究内容主要有:
(1)深入研究了基于重叠加窗DFT的频域抗干扰技术及频域处理算法,提出了一种优选的组合设计方案。与已有的方案相比,该方案可避免对有用信号造成失真;且加窗处理可通过频域移位与加法运算来实现,因而运算复杂度更低。仿真实验表明,该方案的性能优于Capozza方案约0.8dB,对单音干扰的抑制能力大于70dB,对部分带干扰的抑制能力大于60dB。
(2)提出了基于MLBT的频域抗干扰技术,并给出了一种新的MLBT的设计方法。在双向正交条件的约束下,该方法不仅具有完全可重构(PR)特性;而且其正变换的原型滤波器可自由设计,因而可获得更高的旁瓣抑制,若选用Blackman-Harris窗,其旁瓣抑制可达92dB。在相同的变换长度下,该技术具有比基于重叠加窗DFT的频域抗干扰技术更低的运算复杂度,而抗干扰能力与之接近。
(3)提出了一种改进的Householder多级维纳滤波(MWF)算法。该算法保留了原算法基于Householder变换的前向分解结构,从而继承其良好的数值稳定性;并利用MWF的分解特性,对其后向迭代过程进行改进,得到了一种阶递归的实现结构,大大提高了算法的实时性,并可根据MSE值自适应地估计降维维数。分析表明,改进算法的运算复杂度与原算法接近,并远低于相关相减多级维纳滤波(CSS-MWF)算法。仿真实验验证了算法的抗干扰性能。
(4)针对多星约束空时抗干扰算法运算复杂度高的缺陷,对其等效GSC结构的前向分解过程进行了简化与改进,得到了一种简化的实现算法,使多星约束问题的计算复杂度大幅下降,并接近于单星约束问题。文中进行了深入的理论分析与仿真实验,结果表明,简化之后的算法可保证在多个卫星信号方向失真较小的前提下,在多个干扰的方向与频点形成足够深的零陷,其抗干扰能力明显优于简单约束问题。
综上所述,本文对GNSS导航接收机频域与空时域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。