数控振荡器相位截断对频域抗干扰性能影响分析

全球导航卫星系统频域抗干扰接收机中,普遍采用数控振荡器生成本振信号。由于硬件约束,通常需要对数控振荡器进行相位截断。而数控振荡器相位截断是否合理对抗干扰性能影响较大。针对该问题,从数控振荡器相位截断导致的本振杂散着手,从理论上分析其对混频和频域抗干扰环节的影响。在此基础上,给出一种数控振荡器查找表地址位宽的理论计算模型,使得接收机的载噪比损耗接近无数控振荡器相位截断的频域抗干扰接收机。仿真结果表明,抑制带宽大于100k Hz、干信比小于80d Bc的窄带干扰时,计算的数控振荡器查找表地址位宽不超过10bit。与无数控振荡器相位截断的频域抗干扰接收机相比,采用数控振荡器混频的抗干扰接收机的载噪比损耗最多增加0.6d B。     

GNSS信号功率增强对调零抗干扰接收机的性能影响

由于卫星端信号发射功率小、信号传播损耗大,到达接收机的卫星导航信号极其微弱,容易被干扰。为有效应对电磁干扰的威胁,在系统层面和用户层面同时采取抗干扰措施将是一种很好的选择。建立调零抗干扰接收机抗干扰能力分析模型,并定量分析信号功率增强对调零抗干扰接收机抗干扰性能的提升效果。结果表明：信号功率每增强10 dB,接收机抗干扰能力可提升3～4 dB,但从提高接收机非极限条件下的接收性能(载噪比、测距定位精度等)的角度,信号功率增强15～20 dB时,接收性能最优。研究成果可为卫星功率增强量的优化设计以及终端抗干扰设计提供参考。     

子空间投影后波束形成的导航接收机抗干扰性能分析

利用导航信号淹没于干扰信号和热噪声的特点,将天线阵列接收的空时信号矢量向干扰子空间的正交子空间投影以实现干扰抑制。当接收机对投影后的单阵元数据捕获成功后,利用捕获估计的本地扩频码相位作为参考信号,依据最小均方误差准则进行波束形成。仿真结果表明该抗干扰算法在零陷强干扰的同时使主波束指向导航信号来波方向,有效提高了阵列输出信干噪比,并降低了空时自适应处理对导航信号伪码相关峰形状和载波跟踪性能的影响。     

基于子空间投影波束形成技术的导航接收机抗干扰算法研究

阵列天线空时自适应处理通过联合空域和时域的自适应滤波处理技术能够有效提高导航接收机的窄带和宽带干扰抑制性能。利用导航信号淹没在干扰信号和热噪声的特点，本文提出先将天线阵列接收的空时信号矢量向干扰子空间的正交子空间投影以实现干扰抑制，当接收机对投影后的参考阵元数据捕获成功后，利用捕获估计的本地扩频码相位作为参考信号依据最小均方误差准则进行波束形成。仿真结果表明该抗干扰算法在零陷强干扰的同时使主波束指向导航信号来波方向，有效提高了阵列输出信干噪比，并降低了空时自适应处理对导航信号伪码相关峰形状和载波跟踪性能的影响。     

NCO相位截断对频域抗干扰性能影响分析

频域抗干扰易于工程实现、窄带干扰抑制性能好,是目前全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)抗干扰接收机中广泛采用的抗干扰算法。频域抗干扰接收机普遍采用数控振荡器(numerically controlled oscillator, NCO)生成本振信号。由于硬件约束,通常需要对NCO进行相位截断。而NCO相位截断是否合理对抗干扰性能影响较大。针对该问题,从NCO相位截断导致的本振杂散着手,从理论上分析其对混频和频域抗干扰环节的影响。在此基础上,给出一种NCO查找表地址位宽的理论计算模型,使得接收机的载噪比损耗接近无NCO相位截断的频域抗干扰接收机。仿真表明,抑制带宽大于100kHz、干信比小于80dBc的窄带干扰时,计算的NCO查找表地址位宽不超过10bit。无NCO相位截断的频域抗干扰接收机相比,采用NCO混频的抗干扰接收机的载噪比损耗最多增加0.6dB。     

卫星导航接收机捕获和跟踪抗干扰能力分析

卫星导航抗干扰技术是接收机研制中的热点问题,不同的干扰模式对接收机的影响各不相同。通过建立非相干高斯白噪声、单频干扰和扫频干扰等3种常见干扰模型,分析了干扰对码分多址卫星导航接收机常用的并行码相位捕获和科斯塔斯环路跟踪阶段的影响,获得了其在2个阶段的抗干扰能力。研究表明,不同频率变换方式的单频干扰对接收机环路的影响区别不大,而与干扰频点接近信号中心频点的长短密切相关,同时接收机对非相关高斯白噪声干扰的抗击能力要远大于单频干扰。研究结论对码分多址卫星导航接收机和干扰机的设计具有一定的参考意义。     

微波脉冲对导航接收机跟踪环路载噪比的影响

为了明确微波脉冲对导航接收机的最佳干扰参数,通过对微波脉冲干扰下导航接收机跟踪环路相关处理的理论分析,根据微波脉冲谱线、扩频码谱线以及相干积分时间三者之间的关系,提出一种微波脉冲干扰分类方法,推导了不同参数微波脉冲干扰下相关输出功率和载噪比,并进行了试验验证。理论分析与试验结果表明,当微波脉冲宽度大于等于扩频码周期且小于相干积分时间时,进入相干积分器带宽内的多条微波脉冲谱线干扰某一条扩频码谱线,该微波脉冲参数对导航接收机的干扰效果最佳,且优于连续波干扰;随着干扰谱线数量增多,跟踪环路相关输出功率值增加,载噪比减小,干扰效果增强。     

ICAO二阶阶跃模型下信号畸变对导航接收机载噪比估计影响分析

载噪比是评估导航信号质量的重要指标,直接影响着接收机的捕获、跟踪和电文解调性能。论文推导了基于国际民航组织（ICAO）二阶阶跃信号畸变模型下导航接收机采用相关、非相关处理时载噪比估计与信号畸变参数之间的解析表达式,并分析了导航信号畸变参数对载噪比估计的影响。仿真结果表明,数字畸变参数变化范围下导航信号载噪比变化在10-2量级,增大模拟畸变的振荡频率或者减小衰减频率将会提高载噪比估计值,模拟畸变参数变化引起的载噪比损耗可达0.1dBHz,畸变参数对载噪比估计的影响整体上都较小,因此利用接收机输出载噪比作为导航信号异常监测手段是不完备的。     

级联结构的阵列天线导航接收机抗干扰及多径抑制方法

阵列信号处理技术因其能够提供空域分辨能力已被广泛应用于卫星导航接收机领域以实现抗干扰和多径抑制。根据干扰和多径信号对导航接收机基带处理影响的不同提出了一种以数字相关器为界线划分的抗干扰与多径抑制两级处理结构:第一级处理在解扩前估计阵列接收数据的空时协方差矩阵,根据干扰信号功率远大于导航信号及噪声的特点利用子空间投影技术实现抗干扰;第二级处理在解扩后进行空间平滑解相干处理,利用基于Householder变换的广义旁瓣相消技术进行波束形成以实现多径抑制。理论分析和仿真结果表明,该级联处理技术能够有效地压制强干扰,并显著减小多径信号对导航接收机伪码测量的影响。     

滤波器阶数对导航接收机时域抗干扰的影响分析

滤波器阶数是影响卫星导航接收机时域自适应抗干扰性能和计算复杂度的核心参数。为了解决当前阶数选取严重依赖工程经验而影响分析不足的问题,分析了滤波器阶数对导航接收机时域自适应抗干扰性能的影响,可为导航接收机低复杂度时域抗干扰的研究提供理论支撑。该分析面向不同干扰环境,分别以滤波器幅频响应和信号载噪比为评估指标,并通过仿真实验和实测对传统最小均方算法和改进型最小均方算法进行验证,提出了一种基于数字滤波器设计的自适应最优滤波器阶数的设计方法。实验数据分析表明,通过适当提升滤波器长度,可以有效提升时域自适应滤波器的抗干扰性能;在实际应用中,可根据实际抗干扰需求,对滤波器阶数进行优化设计。     

卫星/MIMU嵌入式导航接收机抗干扰性能分析

为了提高武器在恶劣敌对环境中的生存能力,高抗干扰的嵌入式导航技术越来越受到研究者的关注。在分析卫星/MIMU嵌入式组合导航接收机系统原理的基础上,详细分析了采用MIMU信息辅助卫星接收机跟踪环路,提高多普勒频率估算精度,达到提高系统动态性能和抗干扰性能的要求。然后进一步分析了卫星/MIMU嵌入式组合导航接收机系统抗干扰能力,并以GPS接收机为例,对GPS/MIMU嵌入式导航接收机抗干扰性能进行了仿真。仿真结果表明,卫星/MIMU嵌入式组合导航接收机比一般的卫星接收机跟踪抗干扰性能至少有11dB的提高。     

应用于卫星导航功率倒置阵的改进LMS算法*

采用功率倒置准则的自适应天线阵特别适合于弱信号、强干扰的场合,因而在卫星导航系统中得到了广泛的应用。针对基于最小均方误差(LMS)算法实现的卫星导航功率倒置阵在干扰数目或干扰功率突然减少时,算法收敛慢、影响信号接收性能的问题,分析了这一现象的产生机理,并提出了相应的改进算法。改进算法通过功率监测来检测干扰数目或干扰功率的突变,然后对LMS算法进行复位处理重置权值来达到迅速收敛的目的。仿真结果表明,与原算法相比,改进算法可显著提高功率倒置阵的收敛速度。     

卫星导航接收机中积分清零器的性能分析

为了使跟踪环路得到最高的输入信噪比,卫星导航接收机在时延估计时应使用匹配滤波器。但出于节省硬件资源的考虑,卫星导航接收机通常采用积分清零器完成相关运算。然而积分清零器相对于匹配滤波器存在性能损耗,对此目前尚无量化的结论。本文推导出积分清零器性能损耗的解析表达式,并使用Monte Carlo仿真的方法验证结论的正确性。理论和仿真结果表明当采样率为2倍的前端带宽时,积分清零器相比匹配滤波存在约0.44dB的损耗,当采样率提高到4倍信号带宽时,积分清零器的性能损耗几乎可以忽略。该结论对卫星导航接收机的设计具有重要的意义。     

振荡器相位噪声对GNSS接收机载波跟踪数字锁相环性能的影响

关于振荡器相位噪声引起的GNSS接收机载波跟踪数字锁相环相位抖动,目前的解析结论仍是基于模拟锁相环的,不能说明相位抖动大小与中频积累时间的关系,因此不能有效指导高灵敏度、高精度载波跟踪锁相环参数设计.本文首先推导中频积累输出的频率白噪声、频率游走噪声序列的功率谱,然后基于数字二阶锁相环离散线性模型导出了环路相位抖动公式并进行了仿真验证,最后对公式进行了解析和数值分析.分析结果表明:频率白噪声、频率游走噪声引起的二阶载波跟踪锁相环相位抖动,均随中频积累时间单调递增,随环路带宽先递减后递增.本文推得的相位抖动公式及其随参数变化特征的分析结论,可用于具体指导GNSS载波跟踪锁相环参数设计.     

通道失配对GNSS阵列抗干扰性能的影响分析

卫星导航接收机极易受到电磁干扰的影响,基于阵列接收机的空时(频)抗干扰技术被证明是目前最有效的抗干扰手段。在工程实现时,阵列通道存在通道失配,本文以统计性能的评估方法评估了通道失配对阵列抗干扰性能的影响。研究结果表明,通道间群时延偏差和幅度失配是导致阵列抗干扰性能下降的主要因素,前者可通过增加空时滤波器阶数来消除影响,而后者对空时滤波器阶数不敏感,需要进行必要的校正。