[发明专利]导航信号空时联合抗干扰数字信号处理器

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体的说是一种抗干扰数字信号处理器可用于对导航接收信号的抗干扰处理。

背景技术

卫星导航定位系统可全天候、全天时提供位置、速度以及时间等信息，一般包括卫星星座、地面控制/监测网络和用户接收设备。美国全球定位系统GPS(GLOBAL Position System)的建成和成功应用为美国带来了巨大的军事和经济利益，引起了世界各国的普遍关注。一些国家相继建设自己的卫星导航系统，如俄罗斯全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GLONASS)系统，欧盟的伽利略(GALILEO)系统、中国北斗导航系统以及日本的QZSS计划。卫星导航在军事和民用领域有着广阔的应用需求，应用于陆基，可提供电子地图导航、自动车辆定位、地理藏宝指示等功能；应用于航空，可提供飞行相关监视、航路指南、引导起降等功能；应用于海事，可提供航路指引、资源标绘等功能；应用于空间引导，可提供卫星定姿定轨、时间同步等功能。

虽然导航定位系统应用广泛，但导航信号到达接收机时极易受到干扰而导致系统性能下降甚至失效，因此研究导航抗干扰技术具有重要意义。卫星导航系统的信号到达地面极其微弱，例如GPS的L2信号到达地面的最小信号为-166dBw，相当于1000英里外一个25瓦的灯泡发出的光，信号非常容易受到干扰么，特别是人为施放的干扰。如美国海军航空兵作战中心研制的可口可乐听装大小的干扰机，性价比极高；俄罗斯研制的GPS便携式干扰机，在干扰功率2瓦、GPS粗/截获码时，干扰距离超过200公里。随着电磁环境的日益复杂以及导航对抗的日益激烈，研究导航抗干扰的关键核心技术对我国占据未来信息获取领域的优势地位以及掌握战争中的“制导航权”具有十分重要的意义。

导航抗干扰从实现方式上，可分为模拟和数字两种。90年代中期前的导航抗干扰一般为模拟实现，如美国罗克.克林斯公司利用4阵元受控接收天线实现模拟调零系统为地面移动平台提供了附加的抗干扰能力，由于其体积、重量和功耗、价格、调零权值收敛慢等原因，模拟抗干扰系统并没有得到广泛应用。随着大容量高性能数字期间的不断出现，以及数字实现精确的相位控制和快速处理能力，使得新一代导航抗干扰系统无一例外都采用了数字实现方式。罗林.克林斯公司和洛克西德.马丁公司联合为“联合直接攻击弹药”空对地导弹研发了G-STAR导航抗干扰接收机，采用了六阵元调零数字波束形成技术。RockwellCollins公司新系列数字抗干扰系统MIDAS，目前已完成2元空时调零器的开发，可广泛应用于飞机/无人机，车载和制导武器的导航接收机系统中。国内一些高校和研究所也开展了导航抗干扰技术的研究和抗干扰系统的研制。

随着干扰形式从干扰到复杂，抗干扰信号处理技术也从单维域抗干扰发展到多维域联合抗干扰。干扰形式从窄带干扰发展到宽带调频、宽带高斯噪音，干扰从间歇式发展到扫频、调幅连续波等多种形式，干扰体制也从压制式干扰发展到欺骗式和分布立体式干扰。单维域抗干扰包括：时域抗干扰；幅度域抗干扰；空域抗干扰；频域抗干扰；空域抗干扰；极化域抗干扰。时域抗干扰基于时间窗对信号截取，对持续很短的脉冲式干扰有效；幅度域抗干扰对个人进行限幅处理，一般仅作为辅助手段；频域抗干扰基于时域延时结构，能有效对抗窄带干扰，但是对于宽带干扰，它们的性能与干扰的带宽成反比；空域抗干扰基于多阵元结构，采用自适应旁瓣相消或功率倒置技术，在干扰与卫星域区分较开时，具有良好的性能，反之则性能不佳，并且抗干扰数目受限于阵元数，而导航接收机一般阵元数较少，因此不适合对抗大量干扰；极化域抗干扰，利用水平或垂直极化分集接收，采用自适应处理可有效抑制和卫星信号极化方式不同的干扰。单维域抗干扰，总存在这样或那样的不足。多维域联合滤波技术受到越来越多的关注，如空时联合自适应处理器和空频联合自适应处理器，而多维域联合抗干扰是抗干扰技术发展的必然趋势。

空时联合处理器相比空频联合处理器实现简单，并且性能相差不大，而且在理论上性能优越，但在实际应用中存在如下不足：

1)如果天线阵形选取不当，在抑制干扰的同时，信号功率无法获得较大的增益；

2)如果约束空时矢量选取不当导致波形畸变，使得解扩译码的误码率较高；

3)如果时域自由度和延迟节延迟时间选取不当，使得抗干扰输出性能不佳，硬件实现较为复杂。

发明内容