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基于空时自适应处理的GPS调零技术应用研究

项建弘

  空时自适应处理被广泛用于信号检测技术,如雷达、声纳、卫星通信、地震等领域。论文的重点是研究卫星接收端的调零天线自适应信号处理技术。空时自适应调零天线技术是从空、时二维分析输入信号的特征,在不增加阵元个数的情况下,大大增加了天线阵的自由度,从而能够增加抑制干扰信号的数量,尤其是提高了卫星接收端抵抗多个宽带干扰的能力。由于空时自适应处理需要对庞大的矩阵数据进行计算,而处理器很难做到,因此以降低计算量为目的信号处理算法是当前研究的热点。 本文以GPS接收系统为对象,探讨了空时自适应处理(Space-time adaptive processing, STAP)算法和空时自适应抗干扰技术,并对其抗干扰性能进行了深入研究,取得如下一些进展: (1)建立了具有自适应抗干扰功能的调零天线系统模型,并采用了递推最小二乘(RLS)算法实现了空域调零抗干扰技术。模型包括了卫星信号和干扰信号模型、天线模型、射频处理模型、信号处理模型等。通过理论分析和仿真,研究了各模型的指标和性能。在实现了空域调零天线后,研究了天线阵元间互耦和通道不一致性对自适应算法的影响,得到了相应的技术指标。 (2)依据最小均方误差准则,以FROST空时阵列模型为基础,提出了空时最小均方(Space-time least-mean-squares, STLMS)算法。该算法是一种随机梯度算法,它具有递归运算过程简单,计算量小,硬件易实现等特点。该算法可以根据入射干扰信号的幅度,相位信息自适应地调节权值。算法通过增加调零天线的空间和时间自由度,将宽带干扰信号在空频域被抑制处理,从而具有抗多个宽带干扰的能力。并且该算法具有较好的收敛性和失调。 (3)空时自适应调零技术具有良好的的抗干扰能力。文章提出了两种方案的空时调零技术,应用了三种自适应处理算法,分别是:RLS算法下的时空级联处理方案,STLMS算法和MSNWF算法下的空时联合处理方案。它们都比空域调零技术增加了抗干扰的能力,提高了调零天线系统信干噪比(SINR),降低了GPS接收机的误码率(BER),改善了接收机的性能。 (4)实现了基于空时自适应处理的GPS调零天线系统。论文介绍了天线阵、射频处理、信号处理等模块的设计思路和技术指标。系统应用FPGA实现了STLMS算法,经过调试实现了调零天线硬件平台。有线测试、无线测试,尤其是联合测试,验证了空时STLMS自适应处理具有良好的抗干扰和保护GPS信号的能力。……   
[关键词]:卫星导航;空时自适应处理;调零天线;阵列信号处理;空时抗干扰
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:哈尔滨工程大学2009年