[发明专利]一种小型化北斗卫星导航抗干扰阵列信号处理板卡及其抗干扰处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种小型化北斗卫星导航抗干扰阵列信号处理板卡及其抗干扰处理方法。

背景技术

北斗系统是我国自主设计的卫星导航系统，其功能性能与美国GPS系统相当，已被广泛应用各种领域，使用者能够通过卫星导航终端获取精确的位置、速度、时间等信息，但是在复杂电磁环境或电子对抗环境中，干扰会导致卫星导航终端捕获时间延长、虚警概率增加，严重时甚至会造成卫星导航终端失锁而无法工作。因此，抗干扰技术已成为保障卫星导航终端安全和可靠工作的关键技术，具备高抗干扰能力的卫星导航终端是我国北斗系统产业化应用的关键技术之一。为实现卫星导航信号的抗干扰处理，必须采用复杂的阵列信号处理技术和自适应抗干扰算法。

1、阵列抗干扰算法是关键核心技术

(1)由信号处理方法可分为空域、空时联合和空频联合。空域自由度少，仅能对抗窄带干扰；空时联合和空频联合方法扩展了自由度，能对抗多个窄带和宽带干扰。

(2)由权值求解方法可分为直接矩阵求逆(DMI)，递归最小二乘(RLS)和最小方差(LMS)等。DMI性能最好，复杂度最高，实时性较差；LMS性能最差，但易于实现，实时性好；RLS介于两者之间。

(3)由对期望信号先验信息的需求可分为不需要先验信息的功率倒置算法(PI)，和需要先验信息的线性约束最小方差(LCMV)等。

目前多数抗干扰算法都处于理论研究阶段，能够真正实现工程应用，满足实时性要求的主要有：空时联合-PI-LMS算法；空时联合-PI-DMI算法，空时联合-LCMV-DMI算法(需要惯导辅助)，空频联合-DMI算法等。

2、抗干扰处理板卡

现有的抗干扰处理板卡主要由微处理器(MCU)，大规模现场可编程门阵列(FPGA)组成。FPGA主要完成抗干扰算法的逻辑、时序功能的实现，MCU协助FPGA完成运算，同时进行任务调度和接口控制。现有的处理板卡为满足运算需求，通常采用信号处理器(DSP)+FPGA的构架，DSP分担了大量的运算任务，但系统设计复杂，功耗大，成本高，外形尺寸大，限制了其使用范围。

现有抗干扰处理板卡，在抗干扰算法复杂度，资源消耗，抗干扰能力和实时性，以及板卡成本、功耗等方面很难取得平衡。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对现有系统功耗大、系统构架复杂，抗干扰性能低，成本高的缺点，提供一种小型化北斗卫星导航抗干扰阵列信号处理板卡及其抗干扰处理方法，简化了系统构架，降低了系统复杂度，减小了功耗，减小了系统尺寸，降低了成本。

本发明的技术方案为:

一种小型化北斗卫星导航抗干扰阵列信号处理板卡，包括：模数转换模块、抗干扰处理模块、数模转换模块、时钟分配模块和电源模块；

所述模数转换模块包括N个模数采样通道；每个模数采样通道各从射频前端模块接收一路模拟中频信号，用于对所接收的模拟中频信号进行量化处理，输出数字中频信号；

所述抗干扰处理模块，用于将模数转换模块输出的N路数字中频信号进行数字带通滤波和数字下变频处理，变为N路基带复信号；对所述N路基带复信号根据抗干扰算法进行抗干扰滤波，得到抗干扰处理后的数字中频信号；采用的抗干扰算法即为下述抗干扰处理方法中的步骤二至步骤八；

所述数模转换模块，用于将抗干扰处理模块输出的数字中频信号转换为模拟中频信号，输出给射频前端模块；

所述时钟分配模块，用于对射频前端模块输入的模拟或数字时钟信号进行整形分配，输出给模数转换模块、抗干扰处理模块和数模转换模块使用；

所述电源模块用于为各个模块供电。

所述的小型化北斗卫星导航抗干扰阵列信号处理板卡，还包括串口和USB接口，用于与外部设备进行数据通信。

抗干扰处理模块集成有现场可编程门阵列和嵌入式微处理器；抗干扰处理模块以现场可编程门阵列(FPGA)为核心，配合嵌入式微处理器(ARM)，通过软硬件结合的方式实现抗干扰算法。针对自相关求解和矩阵求逆计算复杂，资源消耗大的难点，设计了专用的IP核，提高了效率；同时使用新型低功耗，小规模器件进行设计，降低复杂度，减小功耗，减小板卡尺寸。

所述模数转换模块采用AD9566芯片；该芯片集成了两个16位的高速ADC,采样速率最高可达125MSPS；提高系统集成度，改善通道一致性，采用高速16bitADC，提高了信号链路有效动态范围，理论上可达到96dBc动态。