第０３卷第０３期２０１ ６年６月 ｌＪｖ 卫星导航接收机抗干扰技术探讨 李春曦 （广州市交通运输职业学校，广东广州，５１０３００）
摘 要：为了能够提高卫星导航接收机在复杂工作环境的工作性能，接收到精准信息，其抗干 扰技术一直在改进和研发中。本文介绍了卫星导航接收机的组成，分析了其接收码特征：针对 问题，研究了系统干扰抑制的本质，提出了解重扩抗干扰算法。希望本文可以为卫星导航接收 机抗干扰技术带来一些技术支持。 关键词：卫星导航；接收机；解重扩抗干扰算法 中图分类号：ＴＮ９２７＋．２２ 文献标识码：Ａ 文章编号： ２０９５．８４１２（２０１６）０３．４２７ ０４ 工业技术创新ＵＲＬ：ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｃｈｉｎａ．ｉｔｉ．ｃｏｒｎ ＤＯＩ：１０．１４１０３／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５．８４１２．２０１６．０３．０２６
Ｊａｍｍｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ ＣｈＨｎｘｉ Ｌｉ （Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ ｒⅡ＂ ｐｏｒｆｄｆｆＤ月Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，５ １ ０３００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ ｉｎ ａ ｃｏｍｐｌｅｘ ｗｏｒｋ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｔｏ ｒｅｃｅｉｖｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｏ ｉｔｓ ａｎｔｉ·－ｊａｍｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｉｎ－·ｄｅｐｔｈ ｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｃｅｉｖｅｒ，ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｃｏｄｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｒｅ－ｓｐｒｅａｄ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ．Ｗｅ ａｒｅ ｈｏｐｉｎｇ ｔｏ ｂｒｉｎｇ ｗｅａｋ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ａｎｔｉ－ｊ ａｍｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ；Ｒｅｃｅｉｖｅｒ；Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｈｅａｖｙ Ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
引言 伴随科技、社会的发展，卫星导航技术与应 用领域不断创新，在我国已经服务大众，如汽车 ＧＰＳ、公共交通定位系统、停车系统等。但是卫 星导航接收机的接收信息准确度、清晰度及实时 性等功能一直在追求卓越，研发全能性、全天 候、连续性、实时性等功能强的抗干扰接收器很 迫切。 卫星导航功能中，卫星装备着导航接收器。 由于工作环境日渐复杂，导致所用的卫星导航接 收器易受到有意或无意的干扰，使其在接收信号 过程中，造成卫星信号接收有延迟、定位精准度 有偏差、测速效率有延缓等，最终将造成导航数 据偏差，甚至无法搜索到有用信号，完成接收、 处理、计算等任务。因此，对于卫星导航技术研 究方面，持续研究着卫星导航抗干扰技术，其中 抗干扰算法是导航接收机工作的关键要素，本文 在这方面提出了解重扩抗干扰算法。
１卫星信号组成及其接收机原理 工业技术创新Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ２０１６年第０３期 １．１卫星信号组成 卫星事业的发展除了研制出基于功率倒置算 法的抗干扰接收机外，基于数字多波束型，自适 应抗干扰接接收机仍未完善。国外公司依赖外部 信息辅助，如利用惯导辅助进行测向等，主要是 利用数字多波束接收机的工作原理。由此得知， 系统性研究、利用ＧＰＳ信号特点的盲自适应波束 形成算法，将会成为未来ＧＰＳ导航需要攻克的一 大难题。 其中时域抗干扰算法基于实践的基础上，已 经在空域和时域最小功率算法的分析和实现上做 了许多的工作。依靠卫星星历信息、惯导辅助等 手段获取卫星信号来向的信息被称之为空域自适 应波束形成算法，但是仍然处于探索阶段。而基 于对卫星信号波达方向估计算法研究较少，对于 盲自适应算法的研究更为少见。 目前普遍使用的卫星导航系统大部分都是通 过使用直接序列扩频的通信体制，对于扩频带宽 其本身具有抗窄带的干扰能力。而ＧＰｓ信号的扩 频增益，便是这种抗干扰能力的主要取决方式， 卫星导航接收机与码相关产品相比，则是在其之 后才出产的。在于卫星接收机的距离限制方面， 超过２万多公里以外时，发射信号功率会受到较大 的影响从而导致信号功率较小，信号通过地面来 进行传播时，强度仅仅只有．１６０ｂＢＷ，与接收机 热噪声电平相比，要￣２０ｄＢ左右。所以会出现在 复杂的电磁环境下，由于干扰造成接收机无法定 位的问题。 １．２卫星接收机原理及存在的问题 每一颗卫星都有自己的Ｃ／Ａ码，基于Ｃ／Ａ码的 获取则是通过Ｇ１的直接输出和Ｇ２延时输出序列异 或得到的，对于两个抽头来进行异或获得Ｇ２延时 效果，得到的序列则是随机序列，而相位发生了 变化。对于Ｃ／Ａ码来讲，不同的抽头方式便会生 成不同卫星自勺【”。 卫星导航接收机能够对于所有卫星的Ｃ／Ａ码 来进行复现操作以及使得复现的Ｃ／Ａ码通过相位 与接收的最大相同Ｃ／Ａ连接和其它卫星Ｃ／Ａ码所 有的最小相关，Ｃ／Ａ码之间对任何延时时间都不 相关，因此不相关是不可能的，而对于互相关电 平来说，在于接收机误捕获方面是基于多普勒 频差以及Ｃ／Ａ码的互相关函数峰值电平最大相关 方面所导致的，而Ｃ／Ａ码的互相观函数峰值电平 最大相关可以差到．２４ｄＢ，在于多普勒频率方面 差１ｋＨｚ，两者差到．２１ｄＢ。最小功率算法没有波 束指向的能力，仅仅只能用来达到抑制干扰的作 用，ＳＣＯＲＥ算法处理方式则对于实际应用来说仅 仅只能作用于一个卫星信号，对于上述两点的优 点进行吸收，数字多波束抗干扰接收机，既称之 为陈列天线，其可产生多个波束，每个波束相对 应一个卫星，这样接收机可以通过捕获、跟踪、 最后进行统一定位。
２系统抑制干扰性质解析 对于卫星导航系统而言，最常见的压制干 扰、欺骗式干扰和卫星信号多径干扰，而压制干 扰造成导航接收机失锁导致导航接收机产生误捕 获时，那便是欺骗式干扰造成的，会对于定位的 精准度造成偏差从而出现位置错误性展示以及卫 星多径干扰致使导航接收机的精准度构成影响造 成定位误差【２】。自适应天线阵技术的采用可以有 效的来进行卫星导航系统的促进，最小功率算 法、Ｃａｐｏｎ波束形成算法、利用ＧＰＳ信号特点的盲 自适应波束形成算法都属于自适应天线阵技术。 但是当压制式干扰、欺骗式干扰以及卫星信号多 径干扰同时存在时，可以尝使用通用多类型干扰 抑制算法来解决。 对于天线陈列增益处理供应无法执行造成最 小功率法难以获得载噪比Ｃ／Ｎ完全适用性，影响 了定位精度。此外，卫星信号在噪声中淹没，导 致传统的高分辨率ＤＯＡ算法失效，载噪比提高， 因而需要研究白适应波束形成算法，采用盲自适 应波束形成技术，但是由于卫星信号相对较弱， 所以在研究盲自适应波束形成算法时，我们要充 分考虑一下卫星的来进行分析研究『３］。 在．Ｉ［ＬＣ／Ａ码的周期重复特性来进行设想实施， 基于波束形成的盲自适应抗干扰方案来根据该特 性先估计阵列天线接收到的所有卫星来向信息， 增加卫星信号的载噪比，对于干扰正交补空间投 影矩阵抑制干扰而言通用多类干扰抑制算法以及 李春曦：卫星导航接收机抗干扰技术探讨 新算法都需要采用，区别在于可利用卫星信号总 起重复性估计卫星信号来向信息从而使陈列方向 图信号成为主瓣，在干扰方面形成零陷Ｍ】。 由于单通道单延迟互相关处理的ＧＰＳ抗干扰 算法无法充分利用其它阵元，便构成了其它阵元 的单延迟数据无法进行有效性操作，易造成因为 陈列快拍数少，导致卫星信号来向估计误差系数 提高构成来向估计误差行概率大大的提升，在于 该方法的判定方面，若无法完全的使用参考阵元 表明其失效性，所以判定方法失败，因此ｕｉ（ｔ） （ｉ＝１…Ｍ）表示投影后数据表现展示出ｙ（ｔ）的第ｉ个 天线通道延迟Ｃ／Ａ码周期后信号，展现为： ｕｉ（ｔ）＝Ｙｉ（＿－Ｔ）＝∑ （ （ｔ－Ｔ）ｅ－ｊ２＃ｄｌ（ｔ－Ｔ）＋ｎｉ（ｔ－Ｔ） ｌ＝ｌ 其中ａ （ｏＩ）为 （０Ｉ）的第ｉ个元素，ｎｉ（ｔ）表示投影 后第ｉ个陈列通道的噪声数据。 对于新算法来讲，主要是利用了Ｃ／Ａ码的周期 重复性从而估算卫星信号的波达方向，从而降低 了波达过程中噪声分布的影响，相比更为稳健。 其借用信号分离理论中ＣＬＥＡＮ算法来估算卫星信 号波达方向，在于阵元数大于通过波达方向估算 信号源个数同样可以正常的操作运行。 ３解重扩抗干扰算法分析 ＣＤＭＡ的扩频通信系统则是ＧＰＳ系统采用的 组成，在于ＣＤＭＡ系统的盲自适应干扰算法便是 基于扩频信息最小二乘解目标陈列来实现的并且 通过此方法利用ＣＤＭＡ系统中多个用户扩频码信 息来自适应多目标波束形成器加权矢量，对于解 扩重扩多目标陈列的优点，在于卫星导航抗干扰 中操作也是比较适用的，其可以通过合适的初始 加权向量来决定算法性能，在于解重扩算法而言 没有考虑到多普勒频率基础上应用对于解重扩技 术操作抗干扰时要迁就卫星信号特殊性来变化以 及改进算法。 对于新解重扩算法试验则是基于卫星信号远 低于噪声电平特点，像以上所述一样，将陈列接 收数据向干扰正交补空间投影来消除干扰信号， 后而对投影后参考的天线输出信号抓捕，最后便 是根据跟踪结果来重构卫星信号，通过此种方式 把卫星信号来更新加权矢量。 对于空域解重扩算法相比来说，基本是相同 的，对于重构卫星信号的使用以及投降后卫星信 号互相关矢量的陈列加权空时解算法利用子空间 技术抑制干扰来进行数据获取以及卫星信号重构 的方式来实施处理的。下面我们来进行一下假 设： 假设经投影后的第１个ＧＰＳ卫星空时数据加权 矢量为： Ｗｌ＝［ｗｆ１１…Ｗ舭Ｗｆ２ｌ…Ｗ …Ｗ川…Ｗ 则有Ｗ，＝，． 通过联合子空间投影矩阵，可得知列阵总的 加权矢量为：Ｗ ，＝ － １，． ， 则对第１个波束的输出公式为： ｚｆ（，）＝此 ｘｑ） 从而应用相对公式的带入引算，以及假设性 试验，证实并说明了对于以前的解重扩算法相 比，新的解重算抗干扰算法对于扩展空时域引起 的卫星信号失真处理则是利用同态滤波均衡算法 以及推导波达方向信息的结合来执行的。新解重 扩算法与解重扩多目标阵列对比在于初始加权矢 量的繁琐选择有了良好的处理对于接收器的紧耦 合方面有着更好的特性，便于工程的简单便捷性 操作实施，证实了基于新解重扩算法运用的数字 多波束卫星导航抗干扰实时接收机测试更为完 善。