基于复杂电磁环境下的卫星导航抗干扰技术研究

基于复杂电磁环境下的卫星导航抗干扰技术研究

中国电子科技集团公司第二十研究所陕西西安710000

摘要:自卫星导航系统在提供相关服务的过程中,贡献了巨大的价值作用,可以在全球的范围内,为全部用户提供高精度的、不间断的实时全天候位置以及时间信息。因此,本文针对复杂电磁环境下的卫星导航接收机抗干扰技术做出了详细的分析。

关键词:电磁环境;卫星导航;抗干扰技术

世界各国以及地区都开始研究GLONASS、Compass、Galileo、QZSS等卫星导航系统,但是卫星星座在2000KM以上的区域时,发射的功率却很小,只有十几瓦,到达卫星导航接收天线的功率,只能在-125dBm左右,远远小于-110dBm的噪声功率。特别是电磁环境比较复杂的条件下,其中的任一有意或者无意的噪声干扰信号功率,都会超过卫星信号几十分贝以上,如果不应用有针对性的措施,会导致卫星导航接收机的各项性能下降,严重时不能正常工作。所以,卫星导航系统中的抗干扰技术,成为了卫星导航领域进行研究的难点以及热点。

1、干扰的类型

针对卫星导航系统来说,通常情况下有压制式和欺骗式两种类型,所以,通常情况下的电子干扰技术也可在卫星的干扰上进行应用。

1.1压制式干扰

压制式干扰为应用比较特殊的发射装置,发生与卫星导航信号同频率的电磁信号,干扰卫星不能接收到正常的信号,从而不能进行有效的定位。这样的干扰形式并没有太大的技术难度,应用比较简单,有着较大的功率[1]。但是该项干扰的形式会使本方的导航通讯产生不畅的情况,所以应用的范围受到了限制。

1.2欺骗式干扰

与压制式干扰有所区别的是欺骗式干扰,欺骗式干扰可以对外发射假的卫星信号。产生的卫星导航信息并不是十分准确,或者有错误信号发出的情况,所以使卫星导航接收机不能起到相应的导航作用,达到干扰的目的。产生这一干扰形式的特征包括,有着一定的技术难点,需要明确干扰卫星系统的有效工作参数。尽管产生的效果更加理想,不会对本方带来很大的影响,但需要掌握的难度会高一些。

2、自适应调零技术

自适应调零是对不同的天线单元信号进行加权处理,使天线阵方向图零陷能够与干扰来向对准,通过消除以及抑制的方式,降低对干扰信号的接收。当前,自适应调零天线技术,无论是理论基础还是应用实践,都已经非常成熟,对于抗干扰能力起到的作用非常强,是当前提升卫星导航接收机抵抗干扰的有效方式。但是,在卫星方向方面,并没有相应的控制模式。如果卫星信号发射的实际方向与干扰是相同的,或者在调零区域所处的方向,系统变会削弱卫星信号[2]。

3、波束赋形技术

波束赋形技术为,在天线阵方向图上增强卫星信号来向的天线增益,达到提升信干噪比的目标。波束赋形计算方法,可对不同通道的加权值进行调整,并对方向图进行改变,这样可以在有用的方向产生波束,并对波束进行控制,使其指向一颗卫星,从而将给定卫星的有用信号能量进行增强。干扰方向在产生零陷之后,可以对不需要的信号进行抑制。利用这一处理形式,信干比得到有效提升,实现了干扰被抑制的效果。因此,波束赋形技术实现的抗干扰能力也非常强,目前已经成功运用于空军机载和弾载平台,是当前卫星导航抗干扰技术进行发展的关键点以及热点[3]。

4、波速赋形理论

4.1普通波束产生

波束形成为,阵列天线的采样加权求和形成方向图波束指向,方向图其他方向形成零陷,对特定方向的卫星信号的天线增益进行增强,可以对其他方向的干扰信号进行抑制。

将N个阵元同等距离进行放置,阵元与阵元之间的距离为d,将阵元1作为参考,对来波的方向进行定义,即为阵列法线方向的夹角,在产生波束之后,其信号输出为:

6、结束语:

总之,波束赋形技术为将以往的相控阵雷达当中的射频复加权运用到数字基带当中的波束指向技术,直接将阵列的衰减器和移相器的控制进行了转变,使其可以只对加权运算数字信号,并构成很多独立而且可以进行控制的波束,这样可以不造成信噪比损失,波束的特征会由权矢量进行控制,有着非常理想的自校正以及低副瓣能力,使得导航接收机当中的抗干扰能力有所提升。

参考文献:

[1]李廷鹏,王满喜,彭丹华,袁航.基于GRNN和PNN的复杂电磁环境效应机理分析[J/OL].现代电子技术,2018(23):145-148+152[2018-12-04].

[3]符淑芹,彭燕,薛原.雷达装备复杂电磁环境适应性试验需求分析[J].太赫兹科学与电子信息学报,2018,16(05):868-870+874.

[4]沈世芳.试论复杂电磁环境条件下超短波通信抗干扰措施[J].信息通信,2018(10):53-54.

[7]张建春.复杂电磁环境下的卫星导航抗干扰技术研究[J].现代导航,2013,4(03):191-194.

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