共形北斗天线空时自适应算法研究(2)
参 考 文 献 33
1 绪论
1. 1 研究背景
全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）是利用人造卫星作为中继站，转发无线信号，由接收机接收来自多颗卫星的有用信号进行分析，从而实现实时定位、速度测定和授时功能。在军用上主要应用在机舰导航、精确制导等，民用方面则多用于各种导航系统。
GNSS包括全球四大导航系统：美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的GALILEO和中国的北斗导航系统。GPS是全球第一个成熟的卫星导航系统，目标是为海陆空三军提供实时、全天候、全球性的导航服务。从上世纪70年代开始研发新一代的定位系统，至90年代24颗卫星布设完成，已经可以提供全球导航定位服务【1】。现阶段美国将启动GPSⅢ计划，由原来的24颗中轨卫星改为全新的33颗高轨加静止轨道卫星。GPSⅢ全部卫星在轨运行将在2015-2020年实现【2】。21世纪初随着俄罗斯经济的好转，GLONASS的建设重新启动，根据2012年10月俄罗斯联邦太空署信息中心提供的数据，目前有24颗卫星正常工作、3颗文修中、3颗备用、1颗测试中。GALILEO系统起步较晚，2011年其卫星首发成功，欧盟希望在2019年完成全部 30颗卫星的发射【3】。
中国的北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System,BDS）是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。从国家安全角度来看，北斗系统将成为重要的军事保障。由于北斗系统起步较晚，相比GPS系统反而拥有更精确的定位能力，并且有特色的短信通信功能【4】。北斗系统由空间段、地面段、用户段构成，空间段计划有35颗卫星。目前，“北斗二代”发射成功后，进入了空间组网的高峰期。根据规划，北斗系统将在2020年形成全球覆盖能力，完成全球定位和服务工作【5】。
1. 2 国内外研究概况
1.3 课题研究内容
本课题从自适应阵列抗干扰的基本原理入手，对自适应处理的信号特点、阵列模型及优化准则进行研究。主要的优化准则包括最大信干噪比准则（MSINR）、最小均方误差准则（MMSE）、最小噪声方差（MNV）。选择MNV准则进行研究，并针对加约束后的线性约束最小方差准则（LCMV），延伸到功率倒置算法（PI）。利用其算法本身的简洁性，在单约束条件下实现全空间范围的干扰抑制。MATLAB仿真结构良好，但在实际系统中涉及矩阵求逆，计算复杂且实时性差，于是在PI准则下，计算过程采用迭代的方法逼近精确解。
在空域抗干扰实现后，又进行了空时联合的抗干扰仿真，基本准则和算法与前面一致，但空时处理会带来很大的计算量，为了减少计算复杂度，采用了降秩的相关相减多级文纳滤波方法（CSA-MWF），仿真也得到了良好的性能。
最后把前端平面天线阵列改为半球面共形阵，共形阵不能用线性的方法综合出方向图，需要将单元方向图信息导入Matlab程序进行方向图拟合。由于工作量较大，本文只对全向单元情况下的阵列模型进行仿真，得到了良好的抗干扰效果。
2 自适应阵列处理理论
自适应阵列处理即空域自适应滤波，采用多天线接收信号，与时域FIR滤波器类似，是一种空间采样技术。每个接收单元对应一个独立的接收通道，接收下来的信号经过射频通道，进行模数转换、下变频为数字中频信号。核心部分是经过一定的算法运算得到最优权值【11】，在数字处理模块对每一路的信号进行加权再相加，经过上变频和数模转换之后馈入接收机。最终接收天线方向图在干扰方向形成很深的“零陷”，从而抑制干扰【8】。这一部分主要对自适应阵列的天线结构和阵列信号处理过程进行介绍。
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