阵列天线抑制欺骗式导航干扰信号方法研究

针对欺骗式干扰影响飞行器卫星导航信号后引起的定位测姿错误问题,提出了一种适用于飞行器导航的基于阵列天线的欺骗式干扰检测和消除方法.使用接收阵列天线的载波相位双差测量值作为干扰检测依据,通过载波相位单差测量方程求出干扰信号的方向矢量,给出了提高干扰方向测量精度的方法,并使用其正交向量在干扰方向形成零陷,同时通过调整波束指向,在待测信号方向形成阵列增益,以达到抗干扰和增强导航信号的目的.使用这种方法可以对导航信号中的欺骗式干扰信号进行有效的识别和消除,适用于复杂环境下的飞行器导航.     

导航卫星阵列天线的快速现场系统校准算法

阵列天线接收处理全球卫星导航信号时,由于天线和射频前端的非理想性,会在不同方向卫星信号中引入不同的载波相位偏差,从而破坏卫星导航接收机距离观测量准确性。针对此问题,提出了一种易实现的卫星导航阵列天线的快速现场系统校准算法。校准过程分为通道校准和天线校准：通过开机和周期进行的通道校准实现阵列天线接收射频前端的通道响应测量;通过与接收处理不同卫星基带数据的数字接收机配合,实现阵列天线的现场阵列流形矢量校准。仿真验证了所提校准算法的正确性和有效性。     

基于GNSS多通道跟踪接收机的阵列反欺骗方法

近年来,基于阵列天线的空域处理方法被认为是最有效的欺骗检测和抑制手段之一。提出了一种基于卫星导航接收机多通道跟踪能力的阵列反欺骗方法。多通道跟踪接收机对每一个捕获到的导航信号在所有阵元通道后均进行跟踪处理并提取信号幅度和载波相位观测量,首先计算载波相位双差平方和进行欺骗检测,然后利用载波相位单差和信号幅度比估计信号导引矢量,从而进行基于子空间投影的欺骗信号抑制或基于波束形成的真实卫星信噪比提升。理论分析和仿真试验证明,该方法可有效检测并消除同一来向的欺骗信号且不影响真实卫星信号质量。由于前端非理想因素带来的幅度和相位偏移都已包含在接收机跟踪通道提取的观测量内,实际应用时对阵列天线校准和射频通道均衡的要求明显降低。     

满足高精度测量的GNSS自适干扰抑制算法

日益复杂的电磁环境严重干扰了全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）的正常有效运行.多天线空域自适应处理能够有效抑制电磁干扰,但是空域自适应处理算法可能会引入卫星信号载波相位误差.此外,多天线组成的阵列本身存在各种不理想因素也会引入误差,这些对高精度测量系统来说是不可容忍的.为此,本文首先分析了GNSS中常用的空域自适应处理算法在抑制干扰的同时对载波相位测量的影响,在此基础上提出了一种不需要阵列流形信息的盲波束形成算法——二次解重扩算法.其核心思想是在解重扩（De-spread Re-spread,DR）算法的基础上增加频率精估计环节,并根据精估后的载波频率重新构造本地参考信号与接收数据进行相关,从而最小化波束形成权矢量与卫星信号的导向矢量之间的误差,减小了空域抗干扰对卫星信号载波相位的影响.     

极化域空域联合匹配波束形成技术研究

针对普通相控阵雷达可能因存在天线极化失配而导致对接收信号的损失问题,提出采用极化阵列天线体制的办法。研究了完全极化情况下极化阵列雷达的波束形成技术。提出了极化域-空域联合匹配滤波方法,推导了极化阵列波束形成的具体解析表达式,并与普通相控阵雷达进行比较,得到了极化阵列雷达具备更强的稳健性:极化阵列雷达不仅能控制波束的指向,而且,还能调整极化与接收信号在极化域空域上联合匹配,增强目标信号,提高信噪比。例分析和仿真结果验证了理论模型正确性。     

一种基于简化极化敏感阵列的APES波束形成算法

为了有效降低极化敏感阵列各共点分量之间互耦的相互影响,进一步提高极化阵列的滤波性能,基于新的阵列模型提出了幅度相位估计(APES)波束形成算法。首先,给出了简化极化阵列的布阵模型和接收信号模型;然后,针对简化极化阵列给出了极化APES波束形成算法的详细理论推导,得到了最优权向量的表达式;最后,通过仿真实验验证了极化APES在波束形成方面的有效性。仿真结果表明该算法在强期望信号功率、低采样快拍数或是存在相干干扰的情况下都具有稳定的波束图。     

基于宽带恒定束宽波束输出的卫星导航干扰源方位估计方法

针对卫星导航宽带压制式干扰信号,提出了一种基于宽带恒定束宽波束输出的卫星导航干扰源方位估计方法。首先对抗干扰天线阵列接收到的宽带压制式干扰信号做恒定束宽波束形成,然后采用三波束比幅法获得信号的入射方向估计值。本文方法改善了由宽带信号通过常规宽带波束形成系统所产生的信号失真而引入的测向误差。计算机仿真结果验证了本文方法的有效性和实用性。     

宽带阵列波束合成信号载波相位连续性分析

针对宽带阵列信号波束合成过程中波束合成信号的载波相位连续性问题,在建立阵列天线模型的基础上,介绍了一种在实际工程中易于实现的宽带阵列波束合成处理流程,同时根据信号处理流程对宽带数字信号处理过程进行了理论分析和推导。根据分析和推导过程建立仿真模型,仿真结果充分验证了宽带阵列波束合成信号的载波相位连续性。     

水平对数周期天线空域极化

针对水平极化对数周期天线圆阵波束合成,分析了地面上短波对数周期天线空域极化特性.根据接收天线理论,推导了新的阵列流行,阐明了水平对数周期天线圆阵的内在极化机理.依据新的阵列流行,理论和实验分析了现有采用相位加权的波束合成方法的性能.指出了对于水平对数周期天线圆阵波束合成时,需要采用相位极化联合加权,仿真结果表明联合加权方法可以有效改善波束合成的效果.     

基于LCMV的两种干扰抑制算法对比分析

为了对比分析线性约束最小方差(LCMV)准则下的功率倒置(PI)算法和最小方差无失真响应(MVDR)算法的综合抗干扰性能,建立天线阵列接收信号模型。理论分析了LCMV准则以及PI和MVDR算法原理和特点。从对扩频信号捕获和信号载波相位的影响2个方面对比分析了2种抗干扰算法的性能,并利用Matlab对分析结果进行验证及进一步分析,得出MVDR算法抗干扰性能优于PI算法,对卫星导航领域的抗干扰的工程实践有一定的指导和借鉴意义。     

来波极化对鱼骨天线阵低频段波束合成的影响研究

为清晰认知短波定向扇形天线阵,改进阵列波束合成方法,提升波束合成系统性能,利用鱼骨天线阵列模型模拟接收实际不同极化的天波信号,分析阵列合成波束的指向、增益随来波极化和阵列单元数的变化规律,得到在高极化角来波信号时,来波极化补相时阵列的合成波束比按主极化补相时指向更稳定且增益最大可提高2 dB.同时利用实测数据对两种补相...     

Mitigation of Multipath Effects Based on a Robust Fractional Order Bidirectional Least Mean Square (FOBLMS) Beamforming Algorithm for GPS Receivers

Consideration on positioning and location services among the public has been increasing in the recent years with their applications in most of the anticipating milieus such as automobile navigation system etc. This insists for a development of high recitation global navigation satellite system such as global positioning system (GPS). Multipath effects, interference, signal jamming etc. are the major sources of error influencing the performance of the GPS receiver. Literature presents many of the multipath mitigation techniques. Among them, adaptive processing technology based beamforming algorithms appears a viable solution for multipath mitigation. The least mean square (LMS) beamforming algorithms were sensitive to dynamic environments thus affecting the accuracy of GPS. In this paper, an adaptive beamforming algorithm called fractional order bidirectional least mean square (FOBLMS) algorithm is proposed to mitigate the multipath effects and to conceal the jammer signal in a GPS receiver. The FOBLMS is an integration of the fractional calculus and bidirectional least mean square algorithm. The effectiveness of the proposed algorithm is validated using the bit error rate and experimentation gain results over the existing beamforming algorithms. Experimental results demonstrated that the performance of the proposed beamforming algorithm is better than LMS algorithm with maximal relative antenna gain of 28.92 dB, 32.84 dB for two and four element antenna arrays at ??60° and 10°, direction of arrivals respectively. The outcome of this work would be useful for developing a robust technique for multipath mitigation in GPS receivers.

     

阵列天线抗干扰对RTK的影响研究

随着GNSS的高速发展,基于载波相位的RTK技术受到高度重视,在无人机着陆和大地测绘等方面具有广泛应用.由于卫星距离遥远,信号功率低,很容易受到干扰影响,阵列天线抗干扰技术具有良好的抗干扰性能,可以有效解决GNSS信号弱和易受干扰的问题,因而也受到高度重视.本文在RTK技术和阵列天线抗干扰技术原理分析的基础上,总结了阵...     

Fast Beamforming for Mobile Satellite Receiver Phased Arrays: Theory and Experiment

The purpose of this paper is to present a robust and fast beamforming algorithm for the low-cost mobile phased array antennas. The proposed beamforming algorithm uses a sequentially perturbation gradient estimation method to update the control voltages of the phase shifters, with the objective of maximizing the received power by the array. This algorithm does not require either the knowledge of phase shifter characteristics or signal Direction-of-Arrival. Moreover, in this paper, the algorithm parameters are derived for the stationary and mobile platform configurations. For the stationary array, it is shown how the proper selection of the beamforming parameters limits the noise effects and increases the array output power. For the mobile array, a condition for the fast convergence is derived and the advantage of using nonuniform step size to update the control voltages is illustrated. When phase shifters suffer from the imbalanced insertion loss the proposed beamforming technique perturbs the phase-conjugate condition to increase the total received power. This algorithm has been implemented with the low-cost microwave components and applied to a Ku-band phased array antenna with 34 sub-arrays. The experimental results verify the broadband performance, and the fast convergence of the algorithm for different platform maneuvers.      

低副瓣任意波束直接合成算法研究

在传统阵列天线波束赋形设计中，通过对阵元天线辐射方向图进行幅度相位加权，获得阵列合成方向图.通常阵元激励幅度相位权值的获取，取决于优化算法对目标方向图和阵列合成方向图的对比，通过对阵元激励幅度相位进行大量随机选参后，获得优化结果.由于算法通常是基于相关的阵元方向图，且算法中缺乏副瓣抑制机制，使得方向图合成效率不高且副瓣效果通常不理想.该文设计了一种任意波束直接合成算法.该方法首先在阵元方向图的基础上获得一组互相独立的高增益窄波束（自由基波束），然后基于此波束进行方向图的直接合成，使波束赋形问题统一到基于自由基波束权值运算的范畴内，对波束赋形问题进行了统一，避免了未知参量的随机优选过程，极大提升了阵列天线波束赋形设计的效率.同时在自由基设计的过程中结合了副瓣抑制机制，且这种副瓣抑制机制与波束赋形过程互相独立，使合成波束的副瓣天然地具备了低副瓣的特征.     

一种联合修正的稳健Capon波束形成算法

指出了水平定向天线阵波束形成的主要难点,没有固定相位中心和受交叉极化来波的影响。阵列受随机性误差使得导向矢量存在较大失配,从而导致传统Capon算法性能下降甚至失效。在阵列误差模型下,给出了基于协方差矩阵与导向矢量联合修正的稳健Capon波束形成算法。该算法首先基于收缩得到一个增强的协方差矩阵,然后通过最大化Capon输出功率实现对导向矢量的修正,同时增加二次型约束防止修正的导向矢量接近于干扰导向矢量上。该算法可转化为二次约束二阶规划问题,并通过凸优化进行求解。仿真结果表明,该算法对天线阵模型中误差矩阵具有一定的稳健性,且较其他稳健算法具有较好的性能。     

基于相位变化率的三维定位技术

传统的无源定位方法定位时间长、定位精度较低。文中针对该问题,提出了一种基于相位差变化率的三维定位方法,该方法通过三单元天线阵获取相位差变化率,实现了辐射源定位,其定位精度高、定位速度快。同时分析了定位误差与测量误差的关系,给出了定位误差表达式。通过仿真分析了相位差测量误差以及相位差变化率测量误差对于定位精度的影响,仿真结果表明,相位差变化率误差对定位精度的影响最大,是制约精度提高的主要因素。