高精度卫星导航接收机空时抗干扰技术研究

The space-time interference suppression technology based on antenna array is currently the hot issue in the field of satellite navigation receiver, it is more and more widely used because of its excellent anti-jamming performance. While there are many problems for high-precision receiver used space-time anti-jamming technology. Our project aims to study and resolve these issues. The impacts of the antenna array processing are analyzed for code tracking and carrier tracking. The method is proposed that real-time compensation by finding out antenna array weights and estimating signal loss. We propose an optimal space-time anti-jamming criteria based on the maximum carrier to noise ratio. It can resolve the signal loss of other criterias. The DOA of satellite navigation can be accurately estimated using cyclo-stationary features, and anti-jamming reception is further improved. The effective multipath interference detection and suppression method is proposed by space-time filtering. The cognitive receiver anti-jamming method is proposed for improve the efficiency. By studying space-time interference suppression method of high-precision satellite navigation receiver, the accuracy, anti-jamming performance and practicality will be effectively improved. At the same time, the space-time interference suppression theory will be developed. It will provide new ideas and theoretical basis for high-precision satellite navigation receiver.

基于天线阵列的卫星导航接收机空时抗干扰技术是因其具有良好的抗干扰性能而获得广泛研究与应用。但对于高精度接收机，空时抗干扰技术的应用还面临诸多问题亟待解决。本项目拟先提出基于最大载噪比的最优空时抗干扰准则，解决基于最大信噪比准则带来的信号损失；接着拟利用循环平稳特性来精确估计卫星导航信号特别是BOC类信号的DOA，进一步提高抗强干扰接收效果；针对多径干扰拟提出新的基于天线阵列的空时抑制方法；针对天线阵列误差和空时处理对高精度接收机码相位、载波相位造成偏差的严重问题，拟提出利用接收天线阵列的校正信息、权值信息精确估计相位偏差，并进行实时补偿的方法；在上述研究基础上，拟提出基于认知的卫星导航接收机抗干扰方法以提高抗干扰效率。高精度卫星导航接收机空时抗干扰技术的研究，将有效提高接收机的精度、抗干扰性能和实用性，同时完善和发展空时抗干扰理论，为高精度卫星导航接收机抗干扰研究提供新的思路和理论依据。

本项目针对高精度接收机空时抗干扰应用所面临的诸多问题进行深入研究，主要研究内容包括：（1）深入研究空时抗干扰准则和评价标准。针对目前空时抗干扰方法大量研究集中在以阵列输出端为性能评估点，以阵列输出信干噪比为评估指标，提出以解扩输出端为性能评估点，以载噪比为评估指标更符合接收机实际需求。通过理论推导和仿真实验考察了不同准则空时抗干扰方法在信号方向权值频率响应上的差别，深入分析了各种方法解扩输出端信号载噪比性能与阵列输出端信干噪比性能之间的差别及其原因，得出各准则载噪比性能比较的结论。提出一种基于最大载噪比准则空时联合抗干扰方法，将功率倒置与波束形成方法相结合，取得较好效果。（2）深入研究盲波束形成空时抗干扰方法。提出一种在传统PI算法中引入二范数约束加以优化的方法，使得干扰方向零陷变窄，非干扰方向上的增益平滑，从而提高了算法性能。提出了一种基于信号子空间投影和2-范数约束的新型组合约束恒模算法，改善了传统恒模算法在干扰处存在的零陷不够深、零陷宽度过大等问题。（3）深入研究了卫星导航信号DOA估计方法。对接收到的信号进行解扩再用空间谱估计算法估计信号来波方向，通过仿真试验验证了该方法的有效性，进一步提高抗强干扰接收效果。（4）深入研究天线阵列空时抗多径干扰方法。用估计出的信号方向信息控制数字波束形成来调整方向图，将主瓣对准直达信号，零陷位置对准多径，达到增强信号、抑制多径的目的。仿真结果显示，自适应波束形成算法可将20m的伪距测量误差降低至0.5m以内。（5）深入研究空时处理对导航信号影响问题。重点考察常用LCMV准则下不同约束时相关函数形状和峰值位置的变化情况，仿真结果表明空时处理可以可靠地应用于卫星导航接收机抗干扰，但要选取合适的最优准则和约束条件，使处理保持线性相位。针对工程实际采用对称结构FIR滤波器，该结构具有线性相位特性，保证滤波后导航信号不失真，同时节约硬件开销。（6）开展了接收机室外抗干扰测试技术和抗干扰芯片室内有线测试技术研究。提出一整套完整室外抗干扰性能测试和室内有线抗干扰芯片测试方案，并进行了实际测试验证和数据分析，验证了测试方法的有效性和实用性。（7）开展了抗干扰硬件平台设计，开展了抗干扰阵列天线的有线和无线验证，证实了抗干扰阵列天线的有效性。