两种GPS天线阵列抗干扰算法研究及仿真

介绍了自适应天线阵列信号响应的数学描述,论述了在GPS抗干扰应用中广泛采用的基于最小均平方（LMS）的自适应算法的原理和实现过程,并对算法进行了仿真。提出了一种优于LMS算法的自适应数字波束形成（DBF）技术,推导出了其最优权系数矢量的计算方法,并对该算法进行了仿真。仿真结果表明：4阵元LMS的自适应调零算法对于单干扰的抑制和双干扰的抑制都达到了较好的效果,同时也体现了该算法零陷的优点。     

GNSS调零抗干扰天线的反欺骗性能分析

为分析全球卫星导航系统(GNSS)中存在欺骗干扰的场景下调零抗干扰天线的反欺骗性能,推导出在快拍数有限的情况下,功率倒置(PI)算法利用调零天线处理后输出真实信号和欺骗信号功率的理论公式. 详细分析了欺骗信号到达天线阵口面的功率对真实信号和欺骗信号输出功率的影响,通过欺骗抑制比这一指标来衡量PI自适应调零天线的反欺骗性能. 分析得出:即使欺骗信号功率在噪声水平之下,使用PI算法的自适应调零抗干扰接收机依然能对欺骗干扰进行抑制,在欺骗信噪比高时,抑制效果更加明显. 最后通过仿真和硬件平台实测验证了结论的正确性.      

机载GPS自适应天线阵的测量结果

共形安装的机载GPS自适应天线阵的性能会受到阵列单元和飞机机身之间相互作用的影响。本文将介绍安装在比例为1：8的F－16飞机模型机身上的7单元微带贴片天线自适应阵列的设计和测量结果，以便评估这种天线阵与飞机间的相互作用及其在将多部宽带干扰机调零时对阵列性能的影响。自适应天线阵工作在12.6GHz的频率上，带宽为160MHz，分别是GPS L1频率和带宽的8倍。所有7个单元的远场天线方向图均在近场天线范围内的成比例频段上作了测量。为了更好地了解机体对天线方向图的影响，我们还将对隔离微带贴片单元测出的方向图与根据OSU－NEWAIR程序（code)计算出的天线方向图作了比较，OSU－NEWAIR程序使用均匀衍射理论来分析天线与机身间的相互作用。比较的结果表明，测量得的方向图和计算出的方向图之间具有良好的一致性。从这些缩比模型测量中收集的数据正在用来测试MITRE（麻省理工学院研究小组）开发的时空自适应调零算法在多部宽带干扰机相对飞机不同取向时的有效性。为了证明这种阵列在有两部窄带干扰机时使用简化直接矩阵求逆算法的调零能力，我们还进行了一些测量。测出的自适应阵列方向性图与理论上的预测十分吻合。文章还阐明了缩比模型测试的优点，以验证机载自适应阵列的调零性能。     

GPS宽带自适应阵调零技术

军用GPS系统必须能在敌方干扰时工作。由于附近干扰机和远距离卫星源之间存在巨大的功率差，所以GPS信号的扩频增益对实现抗干扰（A／J）保护能力是不够的。本提出了采用自适应天线调零系统来实现附加的抗干扰（A／J）保护能力，但是目前的系统，如AB－1就不能抑制与安装在飞机上阵列相关的近场多径干扰。本分析了GPS调零时空自适应（STAP）波束形成器的设计，包括STAP处理器对GPS位置计算的影响，该位置通过测量不同卫星信号的到达时差（TDOA）来计算。本提出了两种新疑结构，其性能通过在1：4比例大小的F－16飞机上进行的多次测量来模拟确定。     

GPS抗干扰功率倒置阵算法仿真研究

首先介绍了GPS信号的特点和功率倒置阵的特点，说明在GPS抗干扰中功率倒置阵的实用性。在此基础上采用LMS算法计算功率倒置阵的权值并画出最优加权下的阵的方向图，表明在存在干扰情况下，功率倒置阵能自动在干扰方向形成方向图零陷，从而达到抑制干扰的目的。     

两种功率倒置阵列天线调零模型的等效性分析

在对卫星导航接收系统中两种常见的功率倒置阵列天线调零模型：基于参考信号的最小均方误差模型和线性约束条件下的最小功率模型,利用分块矩阵求逆特性从理论上证明了这两种模型之间的等效性,并针对不同模型的特点指出了这两种模型各自不同的应用场合,通过仿真对理论分析的有效性进行了验证,从而为卫星导航接收系统中的抗干扰调零天线的理论建模、仿真设计和实际应用提供了新的参考。     

基于Matlab的自适应调零天线建模与仿真

自适应调零天线应用于GPS系统中,能有效提高接收机在复杂电磁环境中工作的可靠性。介绍了四种自适应算法,进行了算法原理分析,采用matlab进行了计算机仿真,最后通过仿真试验对各种算法的性能进行了比较。     

小型化GPS天线阵技术及其抗干扰性能的预测

NAVSYS公司已开发了一种小型GPS天线阵技术，用以减小天线单元和阵列尺寸。采用该技术可以使具有抗干扰能力的GPS控制的接收方向图天线阵（CRPA）安装在车辆上使用。以前因该阵列尺寸大而被禁止在车辆上使用。同样，因为尺寸和重量的限制，飞机只能使用固定接收方向图的天线（FRPA），而不能使用GPS控制的接收方向图天线阵（CRPA），还有弹头，其空间和面积更是小得可怜。波音公司已开发了另一种GPS抗干扰能力强的模拟工具AGHAST^TM，从而可以预测受控GPS接收方向图天线阵及其校零位电路的抗干扰性能。使用详细的天线方向图和在波音公司暗室中采集的耦合数据，该模拟工具AGHAST^TM可以精确对预测抗干扰硬件在干扰环境下的预期安装性能。本文介绍了一种小型化天线阵技术及其测试结果，并使用AGHAST^TM工具对其抗干扰性能进行了评估。     

基于双频GPS数据的单历元定向算法研究

在普通的基线长辅助LAMBDA搜索算法的基础上,提出了一种组合的模糊度搜索方法,确保了单历元算法的成功率和精度。实测数据的计算结果表明,本文所采用的单历元算法无论在静态还是动态情况下,都可以得到很高的成功率和很好的定向精度,也说明本文的实时单历元定向算法是可靠的,方案是可行的。     

GNSS接收机抗干扰自适应调零技术性能估计

GNSS抗干扰技术中常采用功率倒置算法(PI)来得到自适应波束形成的零陷。信干比为80dB时,PI算法能准确识别干扰的方向,抗干扰分辨率好,但当信干比降低到20dB左右时,在射频干扰信号方向谱周围会形成大量带状的零陷,干扰信号的分辨率恶化严重。空间谱估计中的多重信号分类(MUSIC)算法具备超分辨率特性,通过信号子空间和噪声子空间的正交功率最小化原理,采用空间二维谱峰搜索方位角和仰角,能够准确进行DOA估计,有效区分有用信号和干扰信号。在高信干比条件下,基于MUSIC算法的最小功率估计抑制深度明显好于传统的PI算法;在低信干比条件下,MUSIC-PI算法在干扰信号方向谱判别及零陷抑制方面依然有效,而传统的PI算法失效。计算机仿真结果验证了该方法在GNSS抗干扰领域的有效性和鲁棒性。     

采用调零天线阵测向解GNSS姿态仪的整周模糊度

由多个单元天线组成的GNSS调零天线阵通常用于在大功率干扰信号来波方向上形成天线波束方向图零点,以此来抗压制性干扰。采用此调零天线阵所自然形成的二维短基线,按照电子侦察中多基线干涉仪测向原理,通过短基线的相位差测量值来解GNSS姿态仪长基线的相位差模糊,从而实现了GNSS姿态仪的整周模糊度的实时解算。该方法通过GNSS姿态仪与调零天线阵的组合应用,不仅提高了解模糊的性能,而且增强了整个系统抗干扰反欺骗的能力,从而为GNSS姿态仪和调零天线的拓展应用提供了重要参考。      

基于SYSTOLIC阵列的空频联合自适应调零算法

在卫星导航自适应调零天线研究领域,分为超高自由度算法方向与稳健自适应计算方向。超高自由度算法的代表是空频自适应处理(SFAP),SFAP极大的增加了自适应计算的自由度,可以提高通道失配时系统的干扰抑制度。稳健自适应计算的代表是QR-RLS算法,因为QR-RLS算法属于数据域算法,因此它对自相关矩阵条件数恶化具有很好的适应性。结合两种算法的优点,给出一种SYSTOLIC-SFAP算法。该算法在SFAP框架下,采用SYSTOLIC阵列完成QR-RLS自适应计算,具有对通道失配不敏感且收敛性能良好的特点。      

GNSS天线阵列接收机数据采集与解码的实现及应用

首先介绍了能进行静态与实时动态数据采集的GNSS天线阵列接收机(最多可连接8个天线)的研制过程,该接收机通过GNSS OEM板与天线阵列共享设备的集成,大大降低了监测成本。基于研制的GNSS天线阵列接收机,详细讨论了观测数据的解码方法。采用美国天宝公司的BD970 OEM模块,在详细分析二进制消息格式的基础上,研制了数据采集与解码软件,并通过实际应用,证明了该系统可用于大坝、滑坡等的变形监测中,具有广泛的应用前景。     

三种GNSS模糊度解算方法性能的对比分析

探讨了三种GNSS模糊度解算方法,对三种模糊度解算方法的规约时间、搜索时间、总体时间和条件数进行了比对分析。通过多次不同维度的模拟数据和实测数据实验,验证了排序QR分解算法在模糊度解算过程中总体最优,原因在于排序QR分解算法在降相关过程中对条件方差进行了升序排列,用较少的降相关过程获得了一个更有利于搜索的降相关矩阵;LLL算法的规约性能不稳定,取决于数据结构;LAMBDA算法在本文模拟实验中总体性能相对较差,与降相关矩阵的分解方式有关,实测实验中搜索性能较差的原因在于条件方差的排序不稳定。     

针对抗干扰天线的GNSS非平稳干扰技术研究

针对GNSS抗干扰天线阵列，提出基于非平稳干扰信号的信号体制设计，以提高对GNSS信号的干扰效果.通过构造针对GNSS抗干扰天线阵列的干扰场景，对不同体制的非平稳干扰信号进行仿真.针对采用空频抗干扰算法的抗干扰天线，通过非平稳干扰信号对GNSS信号进行干扰，其干扰效果相对传统宽带扩频干扰，可以提高干扰效果在10 d B以上.所设计的干扰体制的非平稳特性打破了天线阵列抗干扰算法设计的前提(干扰信号广义平稳)，对此类抗干扰算法的性能产生较大影响.     

DSSRM级联分割的SAR图像变化检测

SRM(Statistical Region Merging)分割算法具有快速、稳定和抗噪强的优点,基于此,本文提出一种基于DSSRM(Dynamic Sorting Statistical Region Merging)级联分割的SAR图像变化检测方法。首先,针对SRM算法基于单特征静态排序导致的过分割问题,提出一种动态排序模式的DSSRM算法以减少差异图像分割错误,该算法建立基于合并区域的多特征马氏距离排序准则,在每次合并之后更新区域邻接矩阵并重新排序;然后,基于互信息最小化准则构造多通道差异数据集以提高算法对区域合并的约束能力;最后,提出一种级联分割变化检测框架,第1级利用SRM算法将差异图像映射到超像素空间,第2级采用DSSRM算法对超像素进行动态合并获得收敛的分割结果,第3级采用简化SRM方法进行三次合并获得最终的变化检测图。实验结果表明,该方法可以获得比SRM方法和目前流行方法更好的检测性能。     

基于复杂度与性能联合优化的卫星导航信号捕获方法

针对短突发信号捕获计算复杂度高的问题，提出了一种基于复杂度和性能联合优化的卫星导航信号捕获方法，推导分析采用并行频率搜索的分段相关-视频积累捕获算法的捕获性能和计算复杂度构建联合捕获优化因子.对不同频率搜索间隔、不同接收机灵敏度和不同相关器个数三种情况分别进行了优化设计，得到其计算复杂度和捕获性能联合最优的分段数，并与传统单一捕获性能优化方法对比，仿真实验结果表明：该设计值与载噪比(CNR)、频率搜索间隔等因素相关，可以有效控制捕获算法的计算复杂度；在输入CNR为45 dB-Hz、相关器个数为8、多普勒搜索间隔为2 000 Hz的情况下，相比于传统捕获优化方法，可降低21.2%的计算复杂度.     

用递归算法实现整周模糊度矢量空间的遍历

整周模糊度搜索是整周模糊度分解的关键 ,周跳的存在使整周模糊度个数具有不确定性 ,本文给出了在整周模糊度不确定的情况下动态整周模糊度搜索问题的描述 ,以及完成整周模糊度矢量空间遍历的递归算法具体实现 ,最后结合模拟算例分析了该算法的效率性     

基于瞬时水深模型的最短时间航线自动生成算法

优化的海图航线设计是舰船安全、经济航行的先导和基础。本文提出了一种基于瞬时水深模型的最短时间航线自动生成算法。基于海图静态水深和海域潮位模型,构建瞬时水深模型,动态提取碍航区,并进行航线可行性分析;利用动态规划思想,进行最短时间路径搜索;采用矩形包络分析、相近节点搜索和冗余点删除等策略,进行航线优化。实验表明：本文所提算法,能动态分析航线可行性,搜索最短时间航线; 与传统的最短时间航线算法相比,所提算法可提取航行时间更短的航线;所提取的最短时间航线,与舰船航行的起始时间和舰船航速相关。     

采用GPS精密单点定位技术实时确定舰船位置与姿态

文章采用静态模拟动态的手段,研究基于精密单点定位技术实时确定海上舰船位置和姿态的方法,并分析实时精密单点定位技术的定位定姿精度.研究表明:用精密单点定位技术进行实时动态定位,一般可获得2cm的平面定位精度和4cm左右的高程精度;在动态精密单点定位技术的定位精度一定的情况下,航向角的精度高于横滚角和俯仰角;真实动态观测值的随机误差比静态模拟的大,定位和定姿精度可能会有所降低.