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。     

GPS自适应天线阵在动态实时抗干扰中的应用研究

结合载体的姿态测量数据，采用GPS天线阵技术判别干扰，利用自适应算法调整天线阵的波束角以抑制、剔除干扰，从而提高了GPS动态实时定位的精度和可靠性，仿真结果表明，这种方法对不同方向的干扰信号都有较高的抑制比。     

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。     

一种GPS自适应天线的设计和实现

微带天线是一种实用性很强的GPS天线,目前,它在很多领域正逐渐取代其他形式的天线。由于自适应天线阵技术可增强系统的抗干扰能力而受到了人们的关注。对GPS自适应天线阵设计了天线单元,给出了仿真和实验测试结果。结果表明：该设计得到了理想的结果,具有很好的实用价值。     

小型化低成本抗干扰GPS天线的开发

美国陆军CECOM正在开发一种低成本GPS抗干扰天线，这种天线也称为小型化低成本抗干扰GPS天线（SAAGA），用于地面车辆和直升机等平台。SAAGA产品将在有大量宽带和窄带干扰信号的条件下提供30dB的附加抗干扰保护能力。SAAGA的计划目标就是抑制多达10个干扰信号（其中宽带3个，窄带7个），而且可以批量生产，单位生产成本只有4000美元。SAAGA的性能价格比目标可以通过采用一种新的全数字天线时空处理技术和一种可行的低成本天线生产技术来实现。结果较简单的低成本SAAGA可以减轻窄带干扰的威胁，它将使用常规固定辐射方向图天线（FRPA），而且可以批量生产，生产成本为1000美元。两种SAAGA产品将进行野外测试，而且将由陆军对安装在UH－60A直升机平台上的情况进行评估。本介绍了SAAGA天线阵设计和抗干扰处理技术的一些新特点，并给出了实验测试结果、分析和模拟性能数据，进而提出了陆军野外测试和评估计划。SAAGA研究和开发计划的重要性在于它克服了用于减轻干扰的自适应天线成本高的特点，从而使得GPS抗干扰技术无论对军用GPS用户还是对民用GPS用户都能买得起。     

利用双天线商用WiFi信道状态信息估计到达角

商用WiFi接收模块可以提供比接收无线信号强度指示（received signal strength indication,RSSI）更细粒的信道状态信息（channel state information,CSI）,利用3根天线获取CSI进行方位到达角（angle of arrival,AOA）估计已成为现实。利用正交频分复用技术（orthogonal frequency division multiplexing,OFDM）将2根天线拓展为60个虚拟天线阵,将前向平滑算法拓展到二维前向平滑算法。利用仿真的非相干信号源和相干信号源数据进行实验,结果表明,在只利用2根接收天线的前提下也能实现基于商用WiFi信号的方位角的AOA估计,所提出的2根天线的虚拟天线阵模型和二维前向平滑算法具有有效性和适用性。     

NAVSTAR自适应可控天线的性能仿真

导航星（NAVSTAR）全球定位系统（GPS）是美国国防部开发的一种导航系统。GPS的主要用途是为军事用户提供高精度的位置和时间数据。虽然扩频技术在GPS中的应用使其具有一定程度的抗人为干扰及非人为干扰的能力，但自适应天线的使用将使抗干扰能力有很大的提高。如果有必要通过天线来抑制干扰，那么，所用的天线与整个干扰源所在的环境有关。为了确定对抑制干扰的要求和测定自适应可控天线在电子战环境中的性能，我们开发了ANABASIS程序。本将介绍信号传播模型和加权矢量的计算，并给出仿真结果的实例。     

神经网络在GPS高程拟合中的应用

由于神经网络具有较好的自组织、自适应的特点,从而被广泛应用于GPS高程拟合等领域中。采用前馈型神经网络newff（）和反馈型神经网络newelm（）两种模型,在Matlab语言环境下实现GPS高程拟合,并与二次曲面拟合的结果进行比较。     

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。     

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。     

城市GPS高程控制网的建立方法与精度分析

针对城市测量控制网的特点,探讨了利用GPS技术建立城市高程控制网的方法。同时,根据线状、环状与面状城市GPS控制网的不同,提出了采用自适应的拟合模型（平面、二次曲面、样条函数等）实现GPS大地高与正常高的优化转换方法。结合成都地区的实例进行了试验结果表明,在该地区可以通过适当分布的GPS／水准重合点,采用比较简单的高程拟合方法,即可获取较高精度级别的正常高。从而部分或全部取代低等级（含四等）的水准测量。     

高精度测向天线阵基线方位标定方法

针对某新型高精度导航制导系统的综合定位精度指标,分析测向天线阵单元基线方位标定的精度要求,探讨天线阵基线的准直方法和误差,设计基线方位标定方案,测量数据和综合测试结果表明,该方案满足了任务要求。     

GNSS自适应抗干扰软件研发平台

介绍了我们研制的全球导航卫星系统（GNSS）自适应抗干扰软件研发平台的组成与功能。自适应抗干扰平台主要由数据源单元,抗干扰算法单元,软件接收机单元,定位结果显示单元组成。该平台可用于各种GPS抗干扰算法的验证与比较。该平台目前是基于GPS来开发的,将来也可以用于其它卫星导航系统抗干扰算法的研制。     

高动态GPS接收机动态性能分析与改善途径

分析了高动态GPS接收机性能,并提出了改善GPS接收机性能的技术途径:惯性补偿技术;自适应天线技术;专用信号处理技术。     

GPS自适应调零天线

本介绍了有关GPS自适应调零天线的各种研究结果，这些研究是1997年根据MITRE公司倡导的研究计划开展的。根据该计划，MITRE公司已经证明了采用微带片辐射体实现基模和高次模已切实可行，从而能在地平线附近形成一个零点的简单而廉价的自适应天线就应运而生。我们知道，由于在地平线附近的干扰威胁最大，所以对这种天线的研究有很大的实用价值。为了减小GPS微带天线大的后瓣，构建了电阻渐变的若干个接地板，并对其进行了测试。天线就安装在接地板上，而接地板外缘的散射恰恰是使微带天线后瓣变大的原因。采用电阻渐变的接地板的自适应天线后，后瓣可降低10－20dB，因此，这类天线有较好的抗干扰能力。通过按比例缩小模型进行测量和分析所作的种种研究，确定了机载平台对GPS自适应天线抑制干扰性能的限制。我们以典型的1：8比例模型对右旋圆极化GPS天线的方向图进行了测量。为了研究装在巡航导弹上的GPS微带天线对平台的影响，我们也作了大量的电磁分析。通过与测量值的比较，仿真的精度得到了验证。这些研究有助于通过电磁效应定量分析对机载天线阵调零性能的影响。所述的电磁效应涉及平台的有限尺寸及曲率、高路径、蠕缓波以及自适应阵中主阵元与辅助阵元之间的互耦。     

一种顾及现势指向的上行天线阵相位中心精确标校方法

针对上行天线阵相位中心标校技术粗糙、精度不高等问题,引入精密工程测量技术测定天线实际状态,提出了一种顾及现势指向的相位中心精确标校方法。首先,利用工业摄影测量系统获取天线各姿态的型面数据,并通过最小二乘法拟合求解出现势性强的机械轴;然后,用矩阵法解算各姿态下机械轴的交点作为旋转中心;最后,基于反角度加权插值法推估得到天线在任意姿态下的机械轴,进而从投影中心沿机械轴延伸既定长度获得可靠的相位中心。以3台φ3 m上行阵天线为试验对象,通过工程控制网统一摄影测量坐标系,并按照本文方法标校天线相位中心。电信号合成效果表明,本文方法能有效克服天线自重变形、机械安装等因素的影响,实现了相位中心的精确标校,增强了上行天线阵合成信号的幅度。     

GPS双频天线

加拿大NovAtel公司新近推出一种GPS70 0型天线。这是一种以孔径耦合缝隙天线阵技术为特征的自主式GPS天线。它工作在L1和L2频率上、天线接收单元被耦合到具有2 7dB增益的低噪声放大器和滤波器中,从瞄准线至天线水平线滚降的辐射方向图为1 1 - 1 3dB。此天线可用于精确定位,X与Y轴的相位中心固定在两通道天线的中央,以便使其适合长基线测量。基尺寸为1 70mm(直径) ,重量为480g。GPS双频天线     

GPS接收中的自适应盲波束形成算法

给出了一种用于对抗干扰的GPS接收盲自适应波束形成算法。该方法基于一种新的解扩器和一阶恒模算法。优点是在形成波束对准期望信号并消除干扰时,不需要直接给出这些信号的DOA（信号来向）信息。计算机仿真结果给出了对抗干扰的性能。     

神经网络辅助的GPS/INS组合导航自适应滤波算法

首先利用预报残差构造的最优自适应因子设计GPS/INS组合导航自适应滤波器。并针对BP神经网络存在的训练速度慢、容易陷入局部极小等问题,给出网络的改进算法。利用神经网络对自适应滤波器状态方程的预报值进行在线修正,给出神经网络辅助的GPS/INS组合导航自适应滤波算法。最后,利用实测数据进行验证。结果表明,改进的神经网络算法明显提高网络收敛速度;两种自适应滤波算法相对标准组合导航算法都能够可靠地反映载体运动轨迹;神经网络辅助的GPS/INS组合导航自适应滤波算法相对GPS/INS组合导航自适应滤波算法在精度和可靠性方面又有明显提高。     

GPS消除电子干扰和多路径效应的新方法

GPS信号是比较脆弱的，易受电子干扰和多路径效应的影响。就干扰和多路径效应对GPS的威胁进行了探讨，比较了传统与现代抗干扰技术的优缺点，重点介绍自适应DBF算法在GPS接收机部分的应用，依据是否使用导航辅助信号，将自适应DBF算法分为非盲和盲算法。自适应DBF算法并非万能，要根据接收机用途和具体使用环境，将该算法与时域滤波和频域滤波等技术有机结合起来，才能获得最佳抗干扰效果。