抗干扰技术研究.pdf

1、武汉大学硕士学位论文GPS抗干扰技术研究姓名：尚建平申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：郑建生20040401摘要随着全球导航系统(G P S 接收机)在民用和军事领域的迅速推广，它易于受到干扰的问题日益显现出来。国内关于G P S 干扰与抗干扰的技术领域内的研究刚刚起步，因而实际设计G P S 抗干扰的射频电路建立G P S 抗干扰的模型和G P S抗干扰测试评估系统有着重要的意义。本文所作工作主要体现以下四点：1、论文结合G P S 接收机的原理，给出了其干扰特性分析，在此基础上我们提出了G P S 抗干扰总体设计方案。2、本文主要给出了G P S 的前端射频电路设计方案。着重

2、讨论了噪声值较小G P S 低噪声放大器的设计过程，针对大功率带外干扰，通过在射频前端加载声表面滤波器对带外干扰进行了抑制处理，实验和仿真验证了其带外干扰抑制能力。3、针对多元天线接收机，提出了空时自适应信号处理算法，建立基于E K F自适应滤波技术的抗干扰模型，分析表明：在J s 即干扰信号为6 0 d B 时，能较好的抑制窄带和宽带干扰作用。4、论文提出G P S 抗干扰能力评估的测试方案。通过用安捷伦公司的矢量信号发生器E 4 4 3 8 C 和A g i l e n tA d v a n c e dD e s i g ns y s t e m 软件，建立了测试平台。该方案评估了G P

3、S 接收机在加入抗窄带干扰数字处理技术后的性能，结果表明：对单元天线接收机来说，频域窄带干扰抑制技术能较好起到抗窄带干扰作用。关键词：G P S 干扰抗干扰技术射频滤波电路设计空时自适应处理扩展卡尔曼滤波A b s t r a c tA sG P Sr e c e i v e ri su s e dw i d e l yb o t hi nt h ec i v i la n dm i l i t a r ya f f m r S T h ev u l n e r a b i l i t yo fG P Sa n dG N S St ot h a ti n t e r f e r e n c e

4、i sb e c o m i n gv i s i b l e T h er e s e a r c ho nG P Sj a ma n da n t i-j a mf i e l di sj u s tb e g i n n i n gi nC h i n a S oi ti sv e r ys i g n i f i c a n tt od e s i g na n t i-j a mR Fc i r c u i t，t ob u i l da n t i-j a mm o d e la n dt ob u i l de v a l u a t i o ns y s t e mf o rG

5、 P Sa n t i-j a m T h ew o r ki nt h i sp a p e ri sa sb e l o w：T h i sp r i n c e p l eo ft h eG P Sr e c e i v e ra n ds o m ei n t e r f e r e n c ec h a r a c t e r sa n a l y s ei si n t r o d u c e di nt h i sp a p e r B a s e do nt h i s，t h et o t a ls o l u t i o nf o rG P Sa n t i-j a mi

6、sg i v e ni nt h i sp a p e r I nt h ep a p e r，w eh a v ed e s i g n e dt h eR Fc i r c u i ta n di n d u c et h et e c h n i q u eo fR Ff i l t e rw h i c hC a nm i t i g a t eo u to fb a n di n t e r f e r e n c e F o ra n o t h e rr e c e i v e rw i t hm u l t i p l ea n t e n n a s，W ea l s og

7、i v et h eS p a c e-t i m ea d a p t i v es i g n a lp r o c e s s i n ga l g o r i t h ma n db u l l dt h em o d e lo fb a s e do nE K F I nt h em o d e l t h en a r r o w b a n dj a r n m e r sa r em o d e l e da sv e c t o ra u t o r e g r e s s i v e(V A R)p r o c e s s e sa n dr e j e c t e db

8、yt e m p o r a lw h i t e n i n g T h es p a t i a ln u l l i n gi si m p l i c i t l ya c h i e v e db ye s t i m a t i n gas a m p l ec o v a r i a n c em a t r i xa n df e e d i n gi t si n v e r s ei n t ot h ee x t e n d e dK a l m a nf i l t e r(E K F)C o m p u t e rs i m u l a t i o n sd c m

9、o m t r a t er o b u s tp e r f o r m a n c eo ft h ea l g o r i t h mi ns e v e r ej a m m i n g I na d d i t i o n，W eb u i l dt h ee x p e r i m e n t sp l a t f o r mi no r d e rt oM e a s u r e dE f f e c t so faN a r r o w b a n dI n t e r f e r e n c eS u p p r e s s o ro nG P SR e c e i v e

10、r sw i t has i n g l ea n t e n n a T h ep l a t f o r mc o n s i s t so fE 4 4 3 8 Cv e c t o rs i g n a lg e n e r a t o r,A d v a n c e dD e s i g ns y s t e n f,G P Sr e c e i v e r T h e s o l u t i o ne v a l u a t et h ep e r f o r m a n c eo fG P Sr e c e i v e rw i t h w i t h o u tN a r r

11、o w b a n dI n t e r f e r e n c eS u p p r e s s o r T h er e s u l ts h o w st h eN a r r o wI n t e r f e r e n c eS u p p r e s s o rC a nm i t i g a t en a r r o wi n t e r f e r e n c et oG P S K e y w o r d s：G P Sj I i ma u t-j i i mt e c h n i q u eL N Ad e s i g nS T A PE K F郑重声明本人的学位论文是在导

12、师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，本人愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果，特此郑重声明。学位论文作者(签名)：1 韵津牟训年c 月l 宫日第一章前言1 1 本课曩研究的t 景、意义G P S 系统是由美国国防部的陆海空三军在1 9 世纪7 0 年代联合研制的新型卫星导航系统，它的英文名称是“N a v i g a t i o nS a t e l l i t eT i m i n gA n dR a n g i n g G l o b a lP o s i t i o n i n gS y s t e m”其意为“卫星测时测距导航全球

13、定位系统”简称G P S 系统。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性、(陆地海洋航空和航天)全球性、全天候、连续性和实时性的导航定位和定时的功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。全球定位系统(G P S)的广泛应用和发展，对军队现代化建设的影响臼益扩大。在军事指挥方面，G P S 提供了统一的时间标准、目标精确的空间坐标及实时位置，因而对协同作战具有重要意义。以美国为首的西方国家正在开发导航战技术和装备其武装部队，其目的是要保证他们对卫星导航系统的使用和防止敌对军事力量利用G P S 与之对抗，从而获取战场军事优势。我国应该研究敌军动向，根据我国国情，发展导航战技术

14、，使之能更好地为我军服务。随着卫星导航接收机的集成微小型化，可以被嵌入到其他的通信、计算机、安全和消费类电子产品中，使其应用领域更加扩展，已经渗透到国民经济的许多部门。然而由于G P S 接收机本身的特点，天线端的所接收信号十分微弱，再加上其对全球定位系统(G P S)2 4 个卫星群的依赖程度的增加以及专用G P S 干扰系统的出现，G P S 信号可能会受到有意或无意的干扰。这要求G P S 接收机必须具有良好的抗干扰的能力。此外，根据国内外无线电管理部门发布的无线电干扰情况来看，随着无线电新技术、新业务应用和发展，加上无线发射设备的老化，电磁环境日趋恶化，干扰逐年呈上升趋势。已经报道其他

15、通信系统对G P S 干扰的例子 1 ，这对商用G P S 接收机往往要在恶劣的环境中，如高电磁干扰环境中正常工作的提出了挑战。因而展开研S t G P S 干扰与抗干扰技术的研究是十分必要的。通过本课题的研究工作可进一步提高G P S 抗干扰能力，促进G P S 系统的广泛应用，可为我国自行研制的第一代北斗导航系统在干扰与抗干扰领域里提供预研参考。并为将来的无线通信可靠性提供一定的参考。1 2 研究目标、内窖本课题拟通过分析现有各种可能的G P S 干扰源的特性基础上，初步建立部分可能干扰的实验条件，通过射频部分设计中采用声表面滤波器用以抑制带外干扰，并建立了基于E K F 的空时自适应滤波

16、干扰抑制算法模型，最后评价了商用单元天线接收杌在加载不加载窄带抑制技术的性能。该研究所使用的方法和结论同样也可应用到我国北斗卫星通信系统抗干扰的课题研究上。本文的研究重点为建立实验测试平台，分析加入窄带干扰抑制技术的单元天线的商用接收机性能，设计了射频前端滤波电路，对带外干扰进行了抑制，并提出了基于E K F的的空时自适应滤波干扰抑制算法的模型，所作的工作包括以下几方面：1 分析G P S 系统组成和工作原理，并给出了G P S 干扰特性分析。2 提出G P S 抗干扰设计的总体思想，设计并实现了射频前端低噪声放大器及前端滤波电路。3 分析E K F 滤波原理的基础上，设计并实现了基于E K F 的空时自适应处理的抗干扰的G P S 系统模型。4 建立实验测试平台，评价了加入窄带干扰抑制技术的单元天线的商用接收机性能。2第二章G P S 千扰与抗干扰的发展及现状2 1 国外G P$千扰与抗干扰的现状及发展G P S 先是作为个国防新技术。后来成为一个商用的G P S 工业(车船飞机导航和跟踪、小孩跟踪、G P S 手表、寻宝、G P S 爱好者、建筑业林业测绘业渔业应用)已经近2 0