卫星导航自适应抗干扰算法研究

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卫星导航定位系统凭借其高精度、全天候、实时性导航定位的特点,无论是在军事还是民用领域都得到了广泛的使用,这对整个人类生活产生了极为深远的影响。但由于卫星信号的功率极其微弱,所以很容易被干扰。干扰的形式多种多样,主要有压制式干扰和欺骗式干扰。压制式干扰使得导航定位的精度降低甚至无法正常工作;欺骗式干扰使得导航结果偏离真实位置而接收系统却无法察觉。由此可见,抗干扰技术是实现卫星导航系统的关键。本文研究了导航系统中抗干扰的关键技术,并在此基础上针对压制式干扰和欺骗式干扰中的转发式干扰分别进行了抗干扰方案设计。主要内容包括:   (1)详细分析线阵和圆阵的形式特点,选定合适的阵列结构,为各种算法的研究提供了一个基础。   (2)认真研究了波达方向估计(Direction of Arrival,DOA)技术中的多重信号分类(Multiple Signal Classify,MUSIC)算法,同时对其性能进行了仿真分析,并和传统的DOA估计算法进行了对比。   (3)在己知信号DOA的条件下,研究了最小方差响应无畸变(Minimum VarianceDistortionless Response,MVDR)的波束形成算法,该算法能够很精确地在干扰位置形成较深零陷,但同时零陷很窄,这在干扰快速移动时,很容易出现数据失配。针对这种情况,提出一种基于圆阵的零陷加宽方法,可以在一定程度上提高算法稳定性。   (4)最后研究了盲源分离技术中的快速独立分量分析(FastICA)算法,仿真结果表明,该算法不但收敛速度快,并且能很好地从观测信号中估计出相互统计独立的的原始信号。   抗干扰方案的设计就是上述关键技术的有机结合。第一,抗压制式干扰的方案设计,由于干扰信号的功率远远大于期望信号,所以利用MUSIC算法测向所得的结果直接就是干扰信号的DOA信息,然后再利用MVDR波束形成算法在所测DOA处形成零陷,这样就完成了干扰的抑制,仿真结果表明该方案可行;第二,抗转发式干扰的方案设计,这种干扰信号和期望信号的功率相近,MUSIC测得的DOA同时包括干扰和期望,运用FastICA算法可以将源信号分离出来,然后采用特征提取、信号调制方式等方法将二者区别开来,最后在干扰的DOA处利用MVDR算法形成零陷,仿真结果证明了该方法在理论上的有效性,为导航系统中有效抑制弱干扰提供了一种新思路。
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