GPS信号的抗干扰捕获算法研究

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由于GPS卫星发射的导航信号比较微弱,并且在固定的频率段发射,导致接收机接收到的GPS信号很容易受到外界有意或者无意的干扰。尽管GPS的扩频特性使其本身具有一定的抗干扰能力。但当干扰信号的功率超过GPS系统的抗干扰容限时,就会使GPS接收机的性能严重下降。目前,民用GPS接收机得到了广泛应用,民用的C/A码接收机很容易受到窄带干扰的影响,尤其是连续波干扰,对接收机的捕获性能影响较大。因此研究此干扰下GPS接收机的抗干扰算法具有重要意义。首先,研究了GPS系统的内部工作原理,建立了GPS中频信号模型,在此基础上分析了两种经典的捕获算法:时域搜索捕获算法和循环相关捕获算法,并使用MATLAB进行了算法仿真。其次,针对连续波干扰,本文首先研究了经典的频域干扰抑制算法——N-Sigma算法。该算法需将接收到的信号变换到频域进行干扰抑制处理,通过选取合理的门限,将超过门限的频点视为干扰并置零。该算法在剔除干扰的同时,会对原始的GPS信号造成影响。因此,本文还研究了加窗和两路重叠技术在频域干扰抑制算法中的应用。将干扰剔除后该算法需对信号作反向FFT变换将信号变回到时域进行后续的捕获。虽然该算法对窄带干扰具有一定的抑制能力,但该算法需要计算频域数据的统计值以确定门限。为了使门限值更加准确,需要更高的频率分辨率,这就使得需要更多点的FFT以满足要求,且正反向FFT的应用使得该算法计算复杂度较高。针对这些不足,本文提出了一种基于短时傅里叶的自适应时频域干扰抑制算法。该算法首先对接收到的信号进行时频分析,检测出受到干扰的频点,再通过二阶自适应IIR格型陷波器将受到干扰的频点陷波滤除,最后采用循环相关捕获算法对剔除干扰后的信号进行捕获。该算法采用时频分析的方法对受到干扰的频点进行分析,不需要对信号做正向和反向的FFT变换就能够将受到干扰的频点直接剔除,具有算法简单、易于实现、计算复杂度较低的优点。通过与N-Sigma算法的对比试验表明,该算法对连续波干扰的抑制能力更佳,也使得后续的捕获环节更加精确。最后,本文研究了时变单音干扰对GPS系统的影响,并推导了理论误码率公式。在时变单音干扰下对两种抗干扰算法进行了性能仿真验证,试验结果表明,本文所提的基于短时傅里叶的自适应时频域干扰抑制算法对时变单音干扰也具有较好的干扰抑制能力。
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