衛星導航自適應陣列抗干擾性能分析

2017-03-11 by:CAE仿真在線來源:互聯網

摘要:方陣、矩形陣和Y 形陣是三種常用的衛星導航抗干擾陣列結構。對天線而言,陣列互耦、單元不一致性是引起陣列抗干擾性能下降的主要因素。論文分析了不同陣列形式、不同陣元間距和不同干擾情況下陣列抗干擾性能。研究表明:采用空域抗干擾,天線因素對陣列抗干擾性能有影響,方正是最佳的陣列結構形式;當采用空時抗干擾算法時,天線因素對于陣列抗干擾性能的影響可以忽略。

1 引言

自適應抗干擾陣列在衛星導航系統中具有廣泛的應用,其抗干擾性能與許多因素有關,包括天線結構、射頻通道不一致性、抗干擾算法等。對窄帶信號一般采用空域抗干擾算法,對于寬帶信號通常采用空時抗干擾算法[1]。與天線陣列有關的影響因素有陣列形式、單元個數、陣元間距等。實際上,以上三個因素會引起不同的互耦效應,進而在某一陣列中形成一定程度上的天線不一致性,它直接影響到陣列的抗干擾性能。天線不一致性包括三個方面:

(1)同一天線上不同方向上方向圖的幅度相位不一致;

(2)同一天線上頻帶范圍內不同頻點上方向圖的幅度相位不一致;

(3)各天線之間同一方向

上方向圖的幅度相位不一致。對于不同的陣列結構,其天線不一致性的程度不同,表現出不同的抗干擾能力。

論文對方陣、矩形陣和Y 形陣三種陣列結構的抗干擾性能進行了分析,在仿真中引入陣列方向圖來模擬陣列接收信號,設置了典形的應用場景,比較了三種陣列在空域抗干擾和空時抗干擾情況的抗干擾性能。

2 單元及陣列模形

設計了一個中心頻率為1268.52MHz、帶寬為20.46MHz 的右旋圓極化單元。在工作帶寬上,單元的反射系數小于-13dB。圖1 給出了六種陣列結構,其中(a)(b)為方陣,陣元間距分別為0.4λ和0.3λ;(c)(d)為矩形陣列,陣元間距分別為0.5λ×0.4λ、0.375λ×0.3λ;(e)(f)為Y 形陣,陣元間距分別為0.4λ 和0.3λ。

圖1 陣列模形

3 抗干擾性能比較

3.1 抗干擾算法

考慮在實際應用中,衛星信號功率很小,幾乎淹沒在噪聲和干擾信號中,空域抗干擾算法采用以噪聲為參考的NRLS 算法[2, 3]。該算法不會減少陣列自由度,既克服了RLS 算法需要參考信號的缺點,又得到了更好的干擾抑制效果。針對寬帶干擾,為了獲得優良的干擾抑制效果,對NRLS 算法進行了空時二維改造[1]。

3.2 空域抗干擾

首先針對連續波干擾信號進行抗干擾處理。仿真采用三個連續波干擾信號,干信比從10dB 變化到80dB,干擾信號來自于天線方向圖的旁瓣,俯仰角4 度。

圖2、圖3 比較了采用不同陣列結構情況下抑制前后干擾信號電平差,該結果為進行1000 次仿真所得的平均值。