0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

导航系统的电磁干扰途径和抗干扰的方法介绍

电子设计 作者:电子设计 2018-09-05 09:34 次阅读

1.引言

卫星导航系统由于具有覆盖范围广、传输质量好、部署迅速、组网方便、通信系统投资几乎与通信距离无关、通信可到达地点几乎不受地理环境条件限制等特点,在军事和民用上都具有特别重要的实用价值。但卫星导航通信受自身特点的限制和环境的影响,不可避免地存在各种干扰,尤其是其开放式的系统,使用透明转发器,更容易受到一些不可预见的恶意干扰。未来卫星导航系统面对越来越复杂的电磁环境如何抗干扰,提高系统自身的抗干扰能力和抗摧毁性,这个问题值得我们认真思考和研究。

2. 卫星导航系统的干扰途径

卫星导航系统的干扰平台包括地基、空基和天基干扰平台。地基干扰平台的特点是目标寻找较容易、成本低、对卫星干扰时高频段干扰受限;空基干扰平台的特点是机动性好、寻找容易、对卫星干扰时高频段干扰也受限;天基干扰平台的特点是可通过备份卫星对主用卫星进行干扰、机动性差、成本高、对地面系统干扰时高频段受限。

从干扰的目标对象来说,干扰有以下几种:

(1)对遥测遥控信号的干扰

采用较大功率的干扰设备,对卫星的遥测遥控信号进行干扰,从而破坏卫星正常遥测遥控信号的传输(上、下行)。此外,还可干扰导航信号、数传信号以及通信转发信号。

(2)对透明式转发器的干扰

只要干扰信号的功率足够大(大于其工作门限)就可以将透明式转发器推入饱和,使信噪比严重下降,从而破坏卫星导航系统的正常工作。

(3)对硬限幅式转发器的干扰

如果卫星导航系统采用了硬限幅式转发器,则大信号对小信号有抑制作用,且存在互调,特别是在系统中尤为重要。利用这一特点,采用大幅度的干扰信号就可以使正常信号严重失真从而无法接收。

(4)对猝发信号的干扰

指干扰对系统正常信号的快速截获与及时干扰。

3.抗干扰威廉希尔官方网站

目前,针对卫星导航下行信号的抗干扰方法主要有以下三种:

(1)基于时频(时域、频域或时频结合)信号处理的抗干扰方法,通常称为时域抗干扰方法;

(2)基于空域信号处理的抗干扰方法,又称为自适应天线智能天线抗干扰方法;

(3)基于空时信号处理的抗干扰方法,即将空域和时域抗干扰方法组合起来;

(4)GPS/INS组合导航抗干扰方法。

3.1 时域抗干扰方法

时域抗干扰方法中采用的干扰抑制算法主要有时域干扰抑制算法和变换域干扰抑制算法两种。时域干扰抑制算法通常采用自适应滤波威廉希尔官方网站 来实现,自适应滤波威廉希尔官方网站 在均方误差最小(MMSE)意义下估计出干扰信号并从输入信号中对消掉,可有效抑制相对带宽小于5%的干扰信号。时域抗干扰方法原理如图1所示。

导航系统的电磁干扰途径和抗干扰的方法介绍

在变换域干扰抑制算法中,较常用的是频域干扰抑制算法。利用DFT或FFT算法变换到频域上,再利用信号与干扰频谱特性的差异,将干扰信号谱成分从接收信号谱中剔除。这个过程中一般采用的是频域加权矢量法,根据输入信号的功率谱密度确定干扰频带所在的位置,并对被干扰的信号频谱进行加权处理,抑制掉干扰频谱。在频域干扰抑制算法中,为了减少数据截断所引起的频谱泄漏,需采用旁瓣电平较小的数据窗来减小频谱泄漏。但是,数据加窗又将会使信号产生失真,引起信噪比的下降。

从干扰抑制能力上看,频域干扰抑制威廉希尔官方网站 可以抑制信号带宽(一般认为相对带宽小于10%)大于自适应滤波干扰抑制威廉希尔官方网站 可抑制的带宽,但实现复杂性大于自适应滤波干扰抑制威廉希尔官方网站 。

另外,时域干扰抑制算法会引入额外的算法时延,这种时延将作为导航信号的传输时延。对于无源定位体制而言,干扰抑制算法时延可视为用户接收机钟差的一部分,通过伪距观测和定位解算可以计算出用户机钟差,并得到精确的用户位置,也就是说这个时延不会影响用户的定位精度。相反,频域干扰抑制威廉希尔官方网站 通常在频域上对信号进行实数处理,对应到时域上是相当于利用系数关于中心抽头共轭对称的复系数滤波器对信号处理,可以保证滤波器的线性相位特性,很容易消除算法时延的影响。

虽然频域干扰抑制算法比较容易消除算法时延的影响,但由于干扰抑制的同时改变了输入伪码信号特性,使得接收机伪码信号与本地伪码信号特性不一致,从而使得接收信号失配,导致相关峰畸变。

3.2 空域抗干扰方法

空域抗干扰方法即智能天线抗干扰方法,常见的有自适应调零威廉希尔官方网站 和多波束天线两种。

适应调零威廉希尔官方网站 的原理即采用多点布设干扰站的方法,当干扰站数量大于调零天线的调零个数或波束数量,并分布在波束内时,干扰就会奏效。另外,若采用多个干扰站相互配合实施间断闪烁干扰,使其无法形成指向干扰的天线方向图,从而起到破坏这种抗干扰方法的作用,实施有效干扰。目前比较成熟和应用广泛的抗宽带干扰威廉希尔官方网站 是基于自适应调零威廉希尔官方网站 ,如美国雷声公司研制的抗干扰GPS接收机,它采用了5个阵元的自适应调零天线,用于下一代的“战斧”导弹BlockIV.而抗窄带或单频干扰的方法主要有空时联合或频域滤波,这种方法可以抑制多种干扰,它可以在不增加阵元的前提下,大大增加阵的自由度,在阵的设计上,也为最优准则的选取提供了更大的余地。然而,空时处理在提高抗干扰能力的同时也会使计算量显着增加。

多波束天线即用波束形成网络向阵列单元激励所需的信号振幅和相位,产生多个锐波束,然后通过波束的叠加来产生特定形状的成形波束覆盖特定区域,从而提高卫星导航系统的抗干扰能力。而且,多波束天线可以实现一对多的通信,地面控制系统可采用多波束天线实现多颗卫星星历的同时注入。

自适应调零天线利用敌我双方信号在振幅、频率和空间方位的不同,通过对天线各阵元进行自适应加权处理,自动控制和优化天线阵的方向图,在干扰源方向上产生深度调零,使信号收到的干扰最少,调零深度一般可以达到25dB~30dB.它能有效抑制宽带干扰、窄带干扰、同频干扰和邻道干扰等不同形式的干扰。

导航系统的电磁干扰途径和抗干扰的方法介绍

3.3 空时自适应抗干扰方法

空时自适应算法经历了4个阶段的演变:第一阶段(上世纪50年代中期到60年代末期),是基于梯度算法的空间一维处理;第二阶段(70年代初期到70年代中期),在多天线阵元上采用时间快拍,真正实现了空时二维自适应处理,可处理宽带信号,但算法仍基于梯度算法;第三阶段(70年代中期到80年代中期),采用采样矩阵求逆的算法,可达到更快的收敛速度;第四阶段(80年段中期至9 0年代中期),针对大维数系统,重点在于降低处理自由度(DOF),即降维处理,可同时降低运算量及提高收敛速度。其中最具有代表性的方法有Tufts等提出的主成分法,Goldstein和Reed提出的互谱度量法和多级维纳滤波。近年来提出的波束控制盒波束成形除了在干扰来向形成深陷以外,还在卫星信号方向形成高增益波束,在抑制干扰的同时增强卫星信号,可显着提高抗干扰能力。

空时抗干扰方法采用阵列天线(均匀圆阵或均匀线阵),利用卫星导航信号的特征完成干扰抵消,同时尽量保证信号的不失真。空时处理结构如图3所示。

导航系统的电磁干扰途径和抗干扰的方法介绍

设系统空时维数M ? P,每个时间延迟单元的时间延迟为T ,W 为空时权矢量。联合空时处理的输入向量 X = S + n ( S 为信号, n 为噪声)。

在平稳条件下,联合空时处理的标量输出为:

导航系统的电磁干扰途径和抗干扰的方法介绍

基于同一时间延迟节点,各阵元共同起到的作用相当于空域的自适应滤波,可以分辨空间干扰源,形成空域零陷抑制空域干扰。基于同一天线阵元,各级时延相当于时域FIR滤波,根据自适应滤波原理,在时域进行干扰抵消。空时联合处理能够在空域或频域的二维平面上抑制干扰。可以近似地认为联合空时处理是把空域滤波推广到了空时域,或把时域滤波推广到了空时二维滤波。

空时自适应抗干扰威廉希尔官方网站 虽然在理论上有了一定的进展,但也存在许多不足的方面,未来我们研究的方向主要是一方面对空时处理抗干扰算法的研究,主要是寻找更好的降维算法或者在原有的降维算法的基础上进行改造,目的是为了使减少运算量和实时性同步的实现。改进算法的同时也要把握好降维性能和干扰抑制性能之间的平衡,使其在通过降维方法减少运算量的同时,尽量减小其对抑制干扰能力所造成的影响。另一方面是提高工业威廉希尔官方网站 ,使其做出能够实时处理大量运算的处理器,来达到运用空时处理威廉希尔官方网站 实时的抑制多个干扰的目的。

3.4 GPS/INS组合导航

GPS/INS组合导航定位系统是GPS系统和惯性系统组合,是将陀螺、磁力计、加速度计和GPS等有机组合以提供更加丰富精确的导航信息。该系统一方面能够突破单一设备的使用限制,另一方面使之同时具备三维定位、三维测速和姿态、方位测量能力,并且具备较强的抗干扰能力,从而成为能够提供全面信息的低成本导航方法。

组合导航系统用于武器系统的定位导航,能充分发挥两者各自优势取长补短,利用GPS的长期稳定性和适中精度,来弥补INS的误差随时间传播或增大的缺点,利用INS的短期高精度来弥补GPS接收机受干扰时误差增大或遮挡时丢失信号等缺点,并借助惯导系统的姿态信息和角速度信息,提高GPS接收机天线的定向操纵性能,使之快速捕获或重新捕获GPS卫星信号,同时借助GPS连续提供的高精度位置信息和速度信息,估计并校正惯导系统的位置误差,速度误差和系统其它误差参数,实现对其空中传递对准和标定,从而可放宽对其精度提出的要求,使得整个组合制导系统达到最优化,具有很高的效费比。

4.结束语

通过上述分析得知已有的抗干扰方法各有其威廉希尔官方网站 优势和缺陷,如何有效地将各种抗干扰措施结合起来,充分发挥各自的优越性,同时降低系统的复杂度,做到多功能、小型化是今后面临的关键问题。20世纪90年代以来,各国都非常重视卫星导航系统抗干扰威廉希尔官方网站 的研究与应用,我国的抗干扰威廉希尔官方网站 虽然起步较晚,但也已经取得了很大进步。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 天线
    +关注

    关注

    68

    文章

    3197

    浏览量

    140789
  • 卫星
    +关注

    关注

    18

    文章

    1713

    浏览量

    67009
  • 电磁
    +关注

    关注

    15

    文章

    1133

    浏览量

    51800
  • 导航
    +关注

    关注

    7

    文章

    528

    浏览量

    42406
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    #硬声创作季 #电磁干扰方法抗干扰

    电磁兼容抗干扰
    笑君愁
    发布于 :2022年09月12日 19:27:53

    变频器系统电磁干扰的传播途径

      变频器系统电磁干扰的传播途径:变频器能产生功率较大的谐波,对系统其他设备干扰性较强。其
    发表于 11-15 15:56

    电磁干扰源及对系统干扰是什么

    怎样才能更好解决PLC控制系统应用抗干扰问题随着科学威廉希尔官方网站 的发展,PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行,系统
    发表于 09-08 06:56

    微机系统软件抗干扰方法

    在提高硬件系统抗干扰能力的同时,软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视。下面以MCS-51单片机系统为例,对微机系统
    发表于 01-20 07:47

    单片机控制系统的硬件抗干扰设计

    在讨论了单片机控制系统干扰途径和影响的基础上,从供电系统、空间电磁场、输入输出通道方面介绍
    发表于 07-09 08:44 38次下载

    PLC应用系统的抗电磁干扰研究

    阐述了PLC 应用系统存在的主要电磁干扰,针对电磁干扰的不同途径,论及了电源
    发表于 08-28 09:34 30次下载

    PLC控制系统电磁干扰来源和抗干扰设计

    PLC控制系统电磁干扰来源和抗干扰设计 随着工业设备自动化控制威廉希尔官方网站 的发展,可编程控制器(PLC)在工业设备控制中的应用越来越广泛
    发表于 06-13 17:39 570次阅读

    开关电源的抗干扰问题

    开关电源的抗干扰问题 摘要:在叙述电磁兼容的定义及其试验方法的基础上介绍抑制电磁干扰的一般
    发表于 07-11 08:35 2175次阅读

    基于混合扩频的导航卫星抗干扰威廉希尔官方网站

    随着卫星导航系统在军事上的广泛应用,研究导航系统抗干扰威廉希尔官方网站 已经成为当务之急。文中创新的将跳时威廉希尔官方网站 与现有导航系统相结合,提出基于直扩/跳时(DS/TH)混合扩频的
    发表于 04-12 16:00 54次下载
    基于混合扩频的<b class='flag-5'>导航</b>卫星<b class='flag-5'>抗干扰</b>威廉希尔官方网站

    幅相误差对卫星导航抗干扰性能影响

    幅相误差对卫星导航系统抗干扰后输出信号的信干噪比及相对捕获峰值有较大影响。通过理论和大量仿真实验分析了幅相误差对抗干扰后输出信干噪比及相对捕获峰值的影响,并通过仿
    发表于 05-28 17:00 45次下载

    新型卫星导航系统在半盲信道中的抗干扰研究

    新型卫星导航系统是中国自行研制的卫星导航系统,其主要特点是在多输入多输出系统(Multiple input multiple output,MIMO)中进行抗干扰处理。本文提出了新型卫
    发表于 03-20 18:16 1次下载
    新型卫星<b class='flag-5'>导航系统</b>在半盲信道中的<b class='flag-5'>抗干扰</b>研究

    无人机导航/飞控系统抗干扰解决方法

    GPS 信息采集、电子罗盘信息采集、坐标转换、飞行控制策略确定及控制任务执行等工作。GPS 的灵敏度非常高,如何提高GPS导航控制系统抗干扰性就显得相当重要。
    发表于 07-31 11:33 8549次阅读
    无人机<b class='flag-5'>导航</b>/飞控<b class='flag-5'>系统</b>的<b class='flag-5'>抗干扰</b>解决<b class='flag-5'>方法</b>

    电磁兼容与抗干扰的详解为什么接地可以抗干扰

    电磁兼容是工程师在设计中必须要考虑的一个重要标准,那么为什么接地可以抗干扰?大家都知道接地屏蔽滤波并称为电磁兼容的三大抑制威廉希尔官方网站 。我们下面来详解电磁兼容与
    发表于 11-24 14:22 0次下载
    <b class='flag-5'>电磁</b>兼容与<b class='flag-5'>抗干扰</b>的详解为什么接地可以<b class='flag-5'>抗干扰</b>

    如何提高PLC系统抗干扰能力?

    ,采取抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途径和利用软件手段等措施,来提高装置和系统抗干扰能力
    的头像 发表于 05-06 11:07 4778次阅读

    PLC控制系统抗干扰如何设计

    为了保护系统免受或减少工业电磁环境中的内外电磁干扰,从设计阶段就需要采取三种抑制措施:抑制干扰源;或者切断衰减
    发表于 12-23 17:16 1269次阅读