gnss空域抗干擾算法研究及fpga實(shí)現(xiàn)

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1、GNSS空域抗干擾算法研究及FPGA實(shí)現(xiàn)重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（專業(yè)學(xué)位）學(xué)生姓名：黃建華指導(dǎo)教師：楊力生研究員學(xué)位類別：工程碩士（電子與通信工程領(lǐng)域）重慶大學(xué)通信工程學(xué)院二O一六年四月ResearchonSpatialAnti-jammingAlgorithmsofGNSSandFPGAImplementationAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByJianhuaHuan

2、gSupervisor:Prof.LishengYangSpecialty:ME(FieldofElectronicsandCommunicationEngineering)CollegeofCommunicationEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2016重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要摘要全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）是一種具有全能性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，能夠提供高精度的導(dǎo)

3、航、定位和授時(shí)信息，其應(yīng)用涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為全球發(fā)展最快的信息產(chǎn)業(yè)之一。但衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)地面的微弱性使接收機(jī)極易受到干擾。GNSS抗干擾技術(shù)研究顯得尤為重要。傳統(tǒng)的時(shí)域和頻域?yàn)V波能夠有效抑制少量窄帶干擾，但無(wú)法對(duì)付多個(gè)窄帶干擾和寬帶干擾。而波束形成技術(shù)通過(guò)對(duì)陣列天線上的各陣元加權(quán)調(diào)整方向圖，使方向圖的主瓣對(duì)準(zhǔn)期望信號(hào)方向，而在干擾方向形成零陷或者旁瓣，達(dá)到抑制多個(gè)窄帶干擾和寬帶干擾的目的。本文圍繞GNSS空域抗干擾算法及硬件實(shí)現(xiàn)展開研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：首先，分析了導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)易受干擾的原因，介紹了陣列信

4、號(hào)模型、波束形成原理、最優(yōu)波束形成準(zhǔn)則和自適應(yīng)波束形成算法等波束形成基本理論。重點(diǎn)分析對(duì)比了常用的最優(yōu)波束形成準(zhǔn)則和自適應(yīng)波束形成算法，并深入研究了最小均方（LeastMeanSquare，LMS）算法的穩(wěn)態(tài)誤差、步長(zhǎng)因子、收斂速度之間的關(guān)系。其次，研究了最小方差無(wú)畸變響應(yīng)（MinimumVarianceDistortionlessResponse，MVDR）波束形成算法和功率倒置（PowerInversion，PI）算法。針對(duì)MVDR算法必須知道衛(wèi)星方位以及傳統(tǒng)功率倒置算法對(duì)弱干擾的抑制效果不佳，提出了改進(jìn)的功率倒置算法。仿真驗(yàn)

5、證了該算法無(wú)論在抗干擾還是干擾測(cè)向性能上均優(yōu)于傳統(tǒng)的功率倒置算法，但需要進(jìn)行特征分解，運(yùn)算復(fù)雜，不利于現(xiàn)場(chǎng)可編程器件（Field-ProgrammableGateArray，F(xiàn)PGA）實(shí)現(xiàn)。仿真分析了傳統(tǒng)功率倒置三種不同的自適應(yīng)算法，發(fā)現(xiàn)LMS算法采用合適的步長(zhǎng)因子，可以達(dá)到與其他自適應(yīng)算法一樣的抗干擾效果，并且復(fù)雜度較低，易于硬件實(shí)現(xiàn)。因此，選擇功率倒置自適應(yīng)LMS算法進(jìn)行FPGA實(shí)現(xiàn)。最后，針對(duì)功率倒置自適應(yīng)LMS算法，搭建了GNSS空域抗干擾系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)中數(shù)字自動(dòng)增益控制（AutomaticGainControl，AGC）、

6、同相正交（In-phaseandQuadrature，IQ）變換、抗干擾和干擾測(cè)向等重要模塊，進(jìn)行MATLAB仿真、FPGA實(shí)現(xiàn)和Modelsim功能驗(yàn)證，分析了整個(gè)系統(tǒng)資源使用情況，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件測(cè)試。硬件測(cè)試驗(yàn)證了系統(tǒng)抗干擾和干擾測(cè)向功能的準(zhǔn)確性，且所用資源符合要求。關(guān)鍵詞：GNSS，波束形成，抗干擾，F(xiàn)PGAI重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文英文摘要ABSTRACTGlobalNavigationSatelliteSystem(GNSS)isakindofall-round,all-weather,continuousandreal-

7、timeradionavigationandpositioningsystemthatprovideshighlyaccuratenavigation,positioningandtiminginformation.Ithasbeenappliedinmanyfieldsofeconomicandsocialdevelopment,whichhasbecomeoneofthefastestdevelopinginformationindustries.However,duetotheweaknessofsatellitesigna

8、lreachingtheground,receiversareeasilyjammedbyinterferences.Hencethestudyonanti-jammingtechnologyofGNSSisparticularlyimportan