衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)抗干擾關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)憑借其高精度定位、授時(shí)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和全天候、實(shí)時(shí)性、連續(xù)性和被動(dòng)式導(dǎo)航定位的工作特點(diǎn)，不僅可廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、航運(yùn)、電信、石油、建筑、農(nóng)業(yè)、氣象、水利、環(huán)保、海洋與土地管理、漁業(yè)捕撈、地質(zhì)勘探、大地測(cè)量、旅游、金融、公安、消防等部門和行業(yè)，而且可應(yīng)用在航天器飛行、空間站交匯對(duì)接、靶場(chǎng)測(cè)控、航空、軍事偵察、戰(zhàn)場(chǎng)單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、智能武器、靈巧炸彈等特殊領(lǐng)域。但是，衛(wèi)星導(dǎo)航定位信號(hào)面臨著弱信號(hào)強(qiáng)干擾復(fù)雜的惡劣信道環(huán)境，容易受干

2、擾的重要原因是衛(wèi)星信號(hào)功率小。衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)容易受到其它多種形式的有意和無(wú)意干擾，其中主要包括壓制式干擾和欺騙式干擾。當(dāng)存在壓制式干擾信號(hào)時(shí)，由于干擾信號(hào)覆蓋了衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)頻譜范圍，大大降低了接收信號(hào)的信噪比，導(dǎo)致定位測(cè)速精度急劇下降，并且在多數(shù)情況下接收機(jī)無(wú)法正常捕獲跟蹤衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)。當(dāng)存在欺騙式干擾信號(hào)時(shí)，由于欺騙式干擾信號(hào)的作用，衛(wèi)星定位結(jié)果已經(jīng)遠(yuǎn)離真實(shí)位置，而通用接收機(jī)無(wú)法獲知定位結(jié)果已由于欺騙式干擾信號(hào)作用而偏離了真實(shí)位置，

3、從而使接收機(jī)受到更大的影響。因此，本文針對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)容易受到干擾信號(hào)的干擾；在壓制式干擾影響下，導(dǎo)航定位精度降低，甚至無(wú)法正常工作；在欺騙式干擾影響下，導(dǎo)航解算結(jié)果偏離真實(shí)位置并且接收系統(tǒng)無(wú)法察覺(jué)的情況，重點(diǎn)研究了衛(wèi)星導(dǎo)航定位抗干擾接收機(jī)系統(tǒng)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：
　　第一，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)接收機(jī)抗壓制式干擾自適應(yīng)濾波算法研究。衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)在存在多個(gè)壓制干擾源（包括寬帶和窄帶）的情況下，系統(tǒng)定位精度降低甚至無(wú)法滿足定位要求。由于壓

4、制式寬帶干擾信號(hào)覆蓋了衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的整個(gè)頻譜，傳統(tǒng)抗干擾算法采用陣列天線空域?yàn)V波算法或空時(shí)聯(lián)合濾波算法，然而由于在對(duì)壓制式寬帶干擾信號(hào)大幅度抑制的同時(shí)，與干擾信號(hào)空間角譜接近的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)也被同時(shí)極大衰減，在可見(jiàn)衛(wèi)星有限的條件下，降低了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)性能。因此，本文提出具有方向約束條件的改進(jìn)聯(lián)合空時(shí)濾波處理算法，將干擾源來(lái)向檢測(cè)和獲取的導(dǎo)航衛(wèi)星信息作為條件約束判據(jù)引入聯(lián)合空時(shí)濾波處理算法，該算法的特點(diǎn)在于具有較高的干擾抑制度、抗干擾自由度

5、（可同時(shí)抑制的干擾數(shù)目），特別是在衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)和干擾信號(hào)空間角譜接近的情況下，在抑制干擾信號(hào)的同時(shí)保證靠近干擾源來(lái)向的衛(wèi)星信號(hào)的正常接收。仿真表明，在有限陣元規(guī)模情況下，該算法可以保證干擾信號(hào)的高抑制度，并且提高干擾抑制自由度，最重要的是當(dāng)導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)與干擾信號(hào)的空間角譜接近時(shí)（大于10°左右），在有效抑制干擾的同時(shí)接收機(jī)仍然能夠正常工作，尤其針對(duì)我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)初期，可用衛(wèi)星數(shù)目有限的條件下，該處理算法具有更大的應(yīng)用價(jià)值。

6、　　第二，抗欺騙式干擾方案設(shè)計(jì)，其中包括兩個(gè)方面：欺騙式干擾特征判別處理方法研究和抗欺騙式干擾定位解算算法研究。首先，欺騙式干擾特征判別處理方法是從干擾信號(hào)特征上判別并剔除具有明顯干擾信號(hào)特征的欺騙式干擾信號(hào)。其次，對(duì)于無(wú)法通過(guò)上一步驟識(shí)別并剔除的高質(zhì)量欺騙式干擾，在定位解算過(guò)程中采用改進(jìn)擴(kuò)展卡爾曼濾波算法濾除欺騙式干擾的干擾作用。該改進(jìn)抗欺騙式干擾擴(kuò)展卡爾曼濾波算法，結(jié)合了穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)理論中的M-估計(jì)算法，通過(guò)M-估計(jì)產(chǎn)生的加權(quán)量來(lái)調(diào)整卡

7、爾曼濾波器的狀態(tài)更新過(guò)程，以獲得更為精確的狀態(tài)估計(jì)，消除欺騙干擾的影響，提高接收機(jī)的抗欺騙干擾性能。并根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工程實(shí)現(xiàn)需要，簡(jiǎn)化了M-估計(jì)算法產(chǎn)生的衰減因子D()e的計(jì)算方法。仿真表明，通過(guò)對(duì)比最小二乘、傳統(tǒng)卡爾曼濾波定位解算算法和本文算法，本文算法可以有效地消除欺騙式干擾的影響（欺騙式干擾信號(hào)引起的偽距測(cè)量誤差1200m），具有較高的定位測(cè)速精度，定位精度優(yōu)于10m、測(cè)速精度優(yōu)于0.5m/s（以GPS系統(tǒng)為例），并且算法實(shí)現(xiàn)

8、復(fù)雜度較低，更加有利于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗欺騙式干擾接收機(jī)工程化實(shí)現(xiàn)。
　　第三，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的抗干擾改進(jìn)設(shè)計(jì)。不同于傳統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，本文設(shè)計(jì)改進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)針對(duì)壓制式干擾信號(hào)和欺騙式干擾信號(hào)，給出了抗干擾接收機(jī)中頻信號(hào)處理及信息處理方案，其核心仿真模塊主要包括抗壓制式干擾模塊、抗欺騙式干擾模塊，并且給出衛(wèi)星信號(hào)捕獲跟蹤模塊設(shè)計(jì)。通過(guò)考察抗壓制式干擾信號(hào)處理模塊輸出信噪比結(jié)果、衛(wèi)星信號(hào)捕獲跟蹤輸出結(jié)果和抗欺騙式干擾導(dǎo)航定位測(cè)速輸