本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾接收系統(tǒng)，屬于陣列信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾依賴(lài)于接收天線(xiàn)陣，傳統(tǒng)的天線(xiàn)陣為平面陣，可以保證接收信號(hào)的幅度一致性，達(dá)到良好的抗干擾處理效果。但是，在某些共形陣的應(yīng)用中，由于尺寸受限導(dǎo)致共形面弧度較大，天線(xiàn)陣為非平面陣，接收信號(hào)的幅度一致性較差，因此需要一種適應(yīng)非平面陣的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾處理方法與之適應(yīng)。

在傳統(tǒng)的應(yīng)用中，抗干擾處理與衛(wèi)星導(dǎo)航接收分屬于不同單機(jī)，衛(wèi)星信號(hào)由天線(xiàn)陣進(jìn)入抗干擾處理機(jī)中，經(jīng)過(guò)下變頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換，進(jìn)行數(shù)字域的抗干擾處理，之后經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換、上變頻進(jìn)入衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，該設(shè)計(jì)在一定程度上保證了衛(wèi)星導(dǎo)航接收系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是由于上下變頻以及模數(shù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的噪聲，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的信噪比惡化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾接收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在弧度較大的共形天線(xiàn)陣上進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾接收。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾接收系統(tǒng)，包括：天線(xiàn)陣列、抗干擾接收機(jī)和高頻電纜網(wǎng)，天線(xiàn)陣列和抗干擾接收機(jī)之間通過(guò)高頻電纜網(wǎng)連接；

抗干擾接收機(jī)包括射頻模塊、抗干擾接收模塊和電源模塊，抗干擾接收模塊包括基帶處理模塊和衛(wèi)星導(dǎo)航接收模塊；電源模塊給抗干擾接收模塊和射頻模塊供電；

天線(xiàn)陣列接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，通過(guò)高頻電纜網(wǎng)送入射頻模塊，射頻模塊依次進(jìn)行信號(hào)放大、濾波、下變頻，并將生成的中頻信號(hào)傳輸給抗干擾接收模塊，抗干擾接收模塊中的基帶處理模塊進(jìn)行信號(hào)采樣和自適應(yīng)空時(shí)濾波處理，輸出干擾抑制之后的中頻數(shù)字導(dǎo)航信號(hào)給衛(wèi)星導(dǎo)航接收模塊，衛(wèi)星導(dǎo)航接收模塊進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的捕獲、跟蹤和定位解算，并輸出定位結(jié)果。

所述天線(xiàn)陣列包括四個(gè)相位中心穩(wěn)定的無(wú)源天線(xiàn)。

所述天線(xiàn)陣列的幾何結(jié)構(gòu)為菱形共形天線(xiàn)陣，天線(xiàn)陣列分布于圓錐形的殼體上，第一陣元與第二陣元、第一陣元與第三陣元、第四陣元與第二陣元、第四陣元與第三陣元、第二陣元與第三陣元的中心間距均為半波長(zhǎng)；第一陣元與第四陣元分布在同一條殼體母線(xiàn)上，第二陣元與第一陣元的法線(xiàn)方向夾角小于30度，第二陣元與第四陣元的法線(xiàn)方向夾角小于30度，第三陣元與與第一陣元的法線(xiàn)方向夾角小于30度，第三陣元與第四陣元的法線(xiàn)方向夾角小于30度。

所述射頻模塊的相位一致性小于10°。

所述基帶處理模塊進(jìn)行信號(hào)采樣和自適應(yīng)空時(shí)濾波處理，輸出干擾抑制之后的中頻數(shù)字導(dǎo)航信號(hào)，具體為：

(1)將射頻模塊輸出的四路中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣后，得到四路中頻數(shù)字信號(hào)x₁(n)，x₂(n)，x₃(n)，x₄(n)，對(duì)所述四路中頻數(shù)字信號(hào)分別進(jìn)行L點(diǎn)傅立葉變換，

$X_m\left(k\right)=\underset{l=0}{\overset{L-1}{\Σ}}{x}_m\left(l\right)\exp (-j2\mathrm{\π}kl/L),k=0,\mathrm{...},L-1;$

其中，L為一段快拍數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，k為頻域子帶序號(hào)，對(duì)應(yīng)的頻率為f_s為采樣速率；

(2)選取工作頻帶內(nèi)對(duì)應(yīng)的頻域數(shù)據(jù)構(gòu)成子帶內(nèi)的頻域數(shù)據(jù)，

X^s(k)＝[X_i(k) X_j(k)]^T；

其中i,j代表形成子波束s的兩個(gè)陣元編號(hào)；i＝1,...,4；j＝1,...,4；s＝1,...,4；

(3)按照常規(guī)波束形成算法得到s子波束的i號(hào)陣元在頻率f_k的復(fù)數(shù)加權(quán)值則各子帶波束輸出為：

Y^s(k)＝[w^s(f_k)]^H X^s(k)；

其中，

(4)子波束輸出時(shí)域信號(hào)為：

y_s(k)＝IDFT(Y^s(k))；

(5)將輸出的四路信號(hào)y₁(k),y₂(k),y₃(k),y₄(k)作為輸出，對(duì)所述四路信號(hào)y₁(k),y₂(k),y₃(k),y₄(k)進(jìn)行空時(shí)二維處理：z＝W^HY；

其中，z為干擾抑制之后的中頻數(shù)字導(dǎo)航信號(hào)，Y為對(duì)四路子波束輸出時(shí)域信號(hào)進(jìn)行P個(gè)時(shí)域抽頭的延遲處理形成的空時(shí)二維接收信號(hào)；其中B為信號(hào)帶寬，ΔT為陣列最大傳播時(shí)間，表示向下取整；

其中，A＝[1,0,...,0]，R為空時(shí)二維接收信號(hào)Y的自相關(guān)矩陣，r₁₁為自相關(guān)矩陣的第一個(gè)元素。

所述步驟(5)對(duì)四路信號(hào)y₁(k),y₂(k),y₃(k),y₄(k)進(jìn)行空時(shí)二維處理，具體為采用功率倒置的空時(shí)二維處理方法。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

(1)本發(fā)明將基帶處理模塊與衛(wèi)星導(dǎo)航接收模塊進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，模塊之間傳輸中頻數(shù)字信號(hào)，避免了在數(shù)模轉(zhuǎn)換、上變頻和模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中導(dǎo)致的信號(hào)損失。

(2)本發(fā)明天線(xiàn)陣列采用相位中心穩(wěn)定的無(wú)源天線(xiàn)陣，并要求射頻通道的相位一致性小于10°，避免了各路信號(hào)的相位一致性下降而導(dǎo)致系統(tǒng)的抗干擾性能下降。

(3)本發(fā)明相較于Y型結(jié)構(gòu)，菱形共形天線(xiàn)陣設(shè)計(jì)更適用于小型化彈體的安裝環(huán)境，結(jié)構(gòu)更緊湊。

(4)本發(fā)明采用子波束時(shí)域信號(hào)而不是直接采用接收到的四路中頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行空時(shí)二維處理，解決了通道幅度一致性較差導(dǎo)致的系統(tǒng)抗干擾性能下降。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)架構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明基帶處理過(guò)程示意圖；

圖3為本發(fā)明空時(shí)二維處理過(guò)程示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾接收系統(tǒng)，包括天線(xiàn)陣列、抗干擾接收機(jī)和高頻電纜網(wǎng)。天線(xiàn)陣列設(shè)計(jì)為菱形共形天線(xiàn)陣，由四個(gè)相位中心穩(wěn)定的無(wú)源天線(xiàn)組成，射頻模塊的通道相位一致性小于10°?？垢蓴_接收機(jī)由射頻模塊、抗干擾接收模塊和電源模塊構(gòu)成。其中，抗干擾模塊采用基帶處理模塊和衛(wèi)星導(dǎo)航接收模塊一體化設(shè)計(jì)方案。

從信號(hào)處理的角度來(lái)講，基帶處理屬于信號(hào)處理手段，而衛(wèi)星導(dǎo)航接收的效果則是檢測(cè)的依據(jù)，將二者合二為一，增加了對(duì)信號(hào)處理效果的檢測(cè)依據(jù)，從而增加了算法的靈活性。

如圖1所示，本發(fā)明提供的衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾接收系統(tǒng)具體包括：天線(xiàn)陣列、抗干擾接收機(jī)和高頻電纜網(wǎng)，天線(xiàn)陣列和抗干擾接收機(jī)之間通過(guò)高頻電纜網(wǎng)連接；

抗干擾接收機(jī)包括射頻模塊、抗干擾接收模塊和電源模塊，抗干擾接收模塊包括基帶處理模塊和衛(wèi)星導(dǎo)航接收模塊；電源模塊給抗干擾接收模塊和射頻模塊供電；

天線(xiàn)陣列接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，通過(guò)高頻電纜網(wǎng)送入射頻模塊，射頻模塊依次進(jìn)行信號(hào)放大、濾波、下變頻，并將生成的中頻信號(hào)傳輸給抗干擾接收模塊，抗干擾接收模塊中的基帶處理模塊進(jìn)行信號(hào)采樣和自適應(yīng)空時(shí)濾波處理，輸出干擾抑制之后的中頻數(shù)字導(dǎo)航信號(hào)給衛(wèi)星導(dǎo)航接收模塊，衛(wèi)星導(dǎo)航接收模塊進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的捕獲、跟蹤和定位解算，并輸出定位結(jié)果。

天線(xiàn)陣列包括四個(gè)相位中心穩(wěn)定的無(wú)源天線(xiàn)，相位中心穩(wěn)定的天線(xiàn)陣可以保證天線(xiàn)陣列中的每個(gè)陣元在接收遠(yuǎn)場(chǎng)干擾時(shí)不會(huì)產(chǎn)生不會(huì)由于額外引入相位差。由于采用無(wú)源天線(xiàn)，排除了天線(xiàn)有源模塊個(gè)體差異導(dǎo)致通道間相位差，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)通過(guò)保證射頻模塊的相位一致性小于10°，即可保證整個(gè)射頻通道的相位一致性滿(mǎn)足系統(tǒng)抗干擾性能要求。

天線(xiàn)陣列的幾何結(jié)構(gòu)為菱形共形天線(xiàn)陣，天線(xiàn)陣列分布于圓錐形的殼體上，第一陣元與第二陣元、第一陣元與第三陣元、第四陣元與第二陣元、第四陣元與第三陣元、第二陣元與第三陣元的中心間距均為半波長(zhǎng)，保證天線(xiàn)互耦量級(jí)不會(huì)影響到空時(shí)二維處理的效果；第一陣元與第四陣元分布在同一條殼體母線(xiàn)上，第二陣元與第一陣元的法線(xiàn)方向夾角小于30度，第二陣元與第四陣元的法線(xiàn)方向夾角小于30度，第三陣元與與第一陣元的法線(xiàn)方向夾角小于30度，第三陣元與第四陣元的法線(xiàn)方向夾角小于30度，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，可以保證不同天線(xiàn)接收通道之間的幅度一致性小于5dB，菱形天線(xiàn)陣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，適于在小型化彈體上安裝。

如圖2所示，基帶處理模塊進(jìn)行信號(hào)采樣和自適應(yīng)空時(shí)濾波處理，輸出干擾抑制之后的中頻數(shù)字導(dǎo)航信號(hào)，具體為：

(1)將射頻模塊輸出的四路中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣后，得到四路中頻數(shù)字信號(hào)x₁(n)，x₂(n)，x₃(n)，x₄(n)，對(duì)所述四路中頻數(shù)字信號(hào)分別進(jìn)行L點(diǎn)傅立葉變換，

$X_m\left(k\right)=\underset{l=0}{\overset{L-1}{\Σ}}{x}_m\left(l\right)\exp (-j2\mathrm{\π}kl/L),k=0,\mathrm{...},L-1;$

其中，L為一段快拍數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，L的選取根據(jù)硬件的處理能力，并以最大限度的保證信號(hào)的平穩(wěn)性為宜，k為頻域子帶序號(hào)，對(duì)應(yīng)的頻率為

f_s為采樣速率；

(2)選取工作頻帶內(nèi)對(duì)應(yīng)的頻域數(shù)據(jù)構(gòu)成子帶內(nèi)的頻域數(shù)據(jù)，

X^s(k)＝[X_i(k) X_j(k)]^T；

其中i,j代表形成子波束s的兩個(gè)陣元編號(hào)；i＝1,...,4；j＝1,...,4；s＝1,...,4；

(3)按照常規(guī)波束形成算法(時(shí)延-求和波束形成算法)得到s子波束的i號(hào)陣元在頻率f_k的復(fù)數(shù)加權(quán)值則各子帶波束輸出為：

Y^s(k)＝[w^s(f_k)]^H X^s(k)；

其中，

(4)子波束輸出時(shí)域信號(hào)為：

y_s(k)＝IDFT(Y^s(k))；

(5)將輸出的四路信號(hào)y₁(k),y₂(k),y₃(k),y₄(k)作為輸出，對(duì)所述四路信號(hào)y₁(k),y₂(k),y₃(k),y₄(k)進(jìn)行功率倒置的空時(shí)二維處理方法：z＝W^HY，如圖3所示，

其中，z為干擾抑制之后的中頻數(shù)字導(dǎo)航信號(hào)，Y為對(duì)四路子波束輸出時(shí)域信號(hào)進(jìn)行P個(gè)時(shí)域抽頭的延遲處理形成的空時(shí)二維接收信號(hào)；其中B為信號(hào)帶寬，表示向下取整；

其中，A＝[1,0,...,0]，R為空時(shí)二維接收信號(hào)Y的自相關(guān)矩陣，r₁₁為自相關(guān)矩陣的第一個(gè)元素。

實(shí)施例：

天線(xiàn)陣列接收到的四路射頻信號(hào)，通過(guò)射頻通道后形成四路模擬中頻信號(hào)，進(jìn)入基帶處理模塊，首先由高速高精度AD采樣芯片進(jìn)行采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字中頻信號(hào)，并傳輸給FPGA。由FPGA負(fù)責(zé)將第一陣元與第二陣元，第一陣元與第三陣元，第四陣元與第二陣元，第四陣元與第三陣元分別進(jìn)行寬帶常規(guī)波束形成，形成四個(gè)子波束的中頻數(shù)字信號(hào)，擴(kuò)展為4P路空時(shí)信號(hào)，計(jì)算信號(hào)的自相關(guān)矩陣并傳輸給DSP，由DSP負(fù)責(zé)進(jìn)行功率倒置的空時(shí)二維信號(hào)處理的權(quán)值計(jì)算，并將權(quán)值回傳給FPGA，由FPGA進(jìn)行加權(quán)輸出干擾抑制后的信號(hào)給衛(wèi)星導(dǎo)航接收模塊的FPGA進(jìn)行捕獲、跟蹤和導(dǎo)航定位解算。

功率倒置的空時(shí)二維信號(hào)信號(hào)處理算法原理在于，采用最小功率的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則將高于設(shè)備熱噪聲的強(qiáng)信號(hào)視為干擾并進(jìn)行抑制，該算法對(duì)通道間幅度和相位一致性要求較高，在非平面天線(xiàn)陣列中，通道間的幅度一致性很難保證，因此采用相鄰陣元合成子波束的方式使得子波束輸出各路信號(hào)達(dá)到較為滿(mǎn)意的幅度一致性，從而保證系統(tǒng)的抗干擾性能。

本發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。