北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)

張高巍

摘要：本文探討了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)概述，分析了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)當(dāng)前應(yīng)用狀況，研究了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星;導(dǎo)航系統(tǒng);抗干擾技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN967.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）08-0109-02

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)概述

1.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的概述

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一項(xiàng)高效的定位、導(dǎo)航技術(shù)，目前已被應(yīng)用于我國(guó)的很多城市中。然而，由于我國(guó)領(lǐng)土面積廣闊，不同省市地區(qū)的地形地貌等方面存在一定的差異，而衛(wèi)星導(dǎo)航會(huì)在一定程度上受到環(huán)境條件、電磁波變化等因素的影響，因此在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，很容易受到干擾影響。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)不斷加強(qiáng)對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的研究，確保該系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定地運(yùn)行下去，為使用者提供更加安全的定位導(dǎo)航服務(wù)。

1.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)受到的干擾類型

目前來(lái)看，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所受到的干擾類型可以大致分為兩種類型：（1）欺騙型的干擾方式，即通過(guò)對(duì)非正式基站進(jìn)行操作，向北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)送一系列錯(cuò)誤的信號(hào)，從而導(dǎo)致導(dǎo)航終端的定位信息發(fā)生錯(cuò)誤。（2）壓制型的干擾方式，即通過(guò)操作干擾能力較強(qiáng)的干擾機(jī)，發(fā)出具有一定的干擾性信號(hào)來(lái)對(duì)導(dǎo)航終端進(jìn)行干擾，從而導(dǎo)致衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)無(wú)法對(duì)正確信號(hào)進(jìn)行科學(xué)的處理，進(jìn)而對(duì)接收設(shè)備的功能受到極大的破壞。

1.3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)類型

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外已存在的衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾技術(shù)類型主要包括幾種[1]：（1）空域?yàn)V波抗干擾技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)對(duì)大量陣元進(jìn)行排列，從而將正確信號(hào)與錯(cuò)誤信號(hào)有效進(jìn)行分隔，進(jìn)而將干擾程度降到最低。（2）時(shí)域?yàn)V波抗干擾技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行科學(xué)的處理，從而對(duì)分貝較大的干擾信號(hào)產(chǎn)生較強(qiáng)的削弱效果，該技術(shù)能夠?qū)晤l、窄帶等類型的干擾信號(hào)產(chǎn)生很好的抑制效果，但與此同時(shí)，該技術(shù)也會(huì)對(duì)原本的信號(hào)產(chǎn)生一定的影響，從而對(duì)信號(hào)的接收產(chǎn)生較大的不良影響。（3）空時(shí)自適應(yīng)濾波抗干擾技術(shù)。該技術(shù)的原理就是在二維空間內(nèi)對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行抑制和處理，很好地彌補(bǔ)了空域?yàn)V波抗干擾技術(shù)中所存在的缺陷。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)當(dāng)前應(yīng)用狀況

2.1 濾波技術(shù)的應(yīng)用情況

濾波技術(shù)分為以陣列天線為基礎(chǔ)的空域?yàn)V波抗干擾技術(shù)及空時(shí)二維濾波抗干擾技術(shù)，以及以單天線為基礎(chǔ)的頻域?yàn)V波抗干擾技術(shù)和時(shí)域?yàn)V波抗干擾技術(shù)。在應(yīng)用過(guò)程中，濾波技術(shù)當(dāng)前所存在的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

（1）空域?yàn)V波技術(shù)的應(yīng)用。該技術(shù)通過(guò)處理器與天線陣之間的連接，來(lái)實(shí)現(xiàn)降低干擾信號(hào)的功能，然而該技術(shù)存在的缺陷為其自身移項(xiàng)機(jī)的精準(zhǔn)度有限，因此會(huì)對(duì)最終所測(cè)得的相位結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。此外，該技術(shù)所能處理的干擾信號(hào)數(shù)量有限，在高強(qiáng)度的工作環(huán)境下，其自身的性能損耗相對(duì)來(lái)說(shuō)比較明顯。（2）空時(shí)二維濾波技術(shù)的應(yīng)用。該技術(shù)相對(duì)于空域?yàn)V波技術(shù)來(lái)說(shuō)做出了一定的調(diào)整，即在各陣源內(nèi)加設(shè)一定量的延遲抽頭。這樣一來(lái)，能夠使整個(gè)天線陣的自由度得到明顯的增強(qiáng)，進(jìn)而有效提高系統(tǒng)的抗干擾能力。（3）頻域?yàn)V波技術(shù)的應(yīng)用。該技術(shù)是利用傅立葉變換來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，相較于其他抗干擾技術(shù)來(lái)說(shuō)，此類技術(shù)的處理過(guò)程更加簡(jiǎn)便，所能提供的零態(tài)深度及處理范圍也更加廣泛。然而頻域?yàn)V波技術(shù)對(duì)帶寬不同的干擾信號(hào)來(lái)說(shuō)，其抑制效果往往也不同，對(duì)于窄帶的抑制能力明顯要強(qiáng)于對(duì)寬帶的抑制。（4）時(shí)域?yàn)V波技術(shù)的應(yīng)用。該技術(shù)是通過(guò)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行接收和處理，從而完成對(duì)三十分貝以上窄帶干擾信號(hào)的抑制。該技術(shù)往往可以同時(shí)對(duì)大量的窄帶信號(hào)進(jìn)行處理，但是在對(duì)寬帶信號(hào)的處理方面明顯不具有優(yōu)勢(shì)。

2.2 波束形成技術(shù)的應(yīng)用情況

波束形成技術(shù)是通過(guò)對(duì)陣列天線進(jìn)行利用，以提高正確信號(hào)在傳播過(guò)程能夠受到增益的效果，進(jìn)而對(duì)其他干擾信號(hào)起到很好的抑制作用。相較于濾波抗干擾技術(shù)的應(yīng)用，波束形成技術(shù)具有更強(qiáng)大的性能，能夠明顯降低濾波技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中所出現(xiàn)的誤差，從而做到更加精準(zhǔn)地導(dǎo)航。除此之外，波束形技術(shù)還能減小設(shè)備自身的受損程度，確保衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠具有更加強(qiáng)大的抗干擾能力。

3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

3.1 波束形成抗干擾技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

干擾信號(hào)及衛(wèi)星信號(hào)混合而成的信號(hào)在經(jīng)過(guò)微波電路中以后，會(huì)共同經(jīng)過(guò)一系列的數(shù)字變換，最后通過(guò)波束形成技術(shù)使得干擾信號(hào)被分離出來(lái)。與此同時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理能夠獲取相應(yīng)的控制權(quán)值，進(jìn)而對(duì)多重?cái)?shù)據(jù)信息進(jìn)行分析組合，確保正確的衛(wèi)星信號(hào)能夠得到明顯的加強(qiáng)，并同時(shí)在干擾信號(hào)的方向產(chǎn)生較大的抑制效果。最后，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)混合信號(hào)再次進(jìn)行變換，從而輸出相應(yīng)的中頻信號(hào)。波束形成抗干擾技術(shù)能夠同時(shí)對(duì)大量的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行控制，在其應(yīng)用過(guò)程中，技術(shù)人員需要對(duì)相關(guān)的動(dòng)態(tài)放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并選擇能夠?qū)υ鲆孢M(jìn)行自動(dòng)控制的技術(shù)，從而確保微波射頻通路能夠持續(xù)呈現(xiàn)飽和的狀態(tài)，進(jìn)而能夠?qū)π鸥稍氡冗M(jìn)行優(yōu)化[2]。

3.2 濾波抗干擾技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

濾波抗干擾技術(shù)需要通過(guò)頻域窄帶及空時(shí)自適應(yīng)寬帶干擾抑制技術(shù)的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中頻域窄帶干擾技術(shù)能夠?qū)ψ兓^快的干擾信號(hào)及時(shí)給出相應(yīng)的解決措施，適用于抑制一些功率大、變化快的窄帶干擾信號(hào)。而空時(shí)自適應(yīng)寬帶干擾技術(shù)則分為兩種類型，即無(wú)約束空時(shí)自適應(yīng)技術(shù)及有約束空時(shí)自適應(yīng)技術(shù)。其中無(wú)約束型可以在并未預(yù)知衛(wèi)星方向的情況下對(duì)干擾信息進(jìn)行抑制，而當(dāng)外部干擾消失后，通過(guò)該技術(shù)可以創(chuàng)造出相應(yīng)的增益方向圖;而對(duì)于約束型技術(shù)來(lái)說(shuō)，則可以對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行定位跟蹤，并在已知衛(wèi)星位置及方向的情況下，對(duì)外部干擾信息提前做好相應(yīng)的防御工作[3]。

3.3 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)終端抗干擾技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的終端主要由接收機(jī)及抗干擾天線兩部分共同組成。其中抗干擾天線用來(lái)對(duì)衛(wèi)星所發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行接收，然后經(jīng)過(guò)射頻部分對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并得到相應(yīng)的中頻模擬信號(hào)，再經(jīng)變換后進(jìn)入自適應(yīng)處理單元、頻域窄帶濾波，并對(duì)相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，得到一定的加權(quán)值。在此之后，系統(tǒng)將會(huì)對(duì)天線方向圖按天線各單元的權(quán)重值進(jìn)行控制，從而使衛(wèi)星信號(hào)干燥比得到一定的提高，但由于窄帶干擾和有用信號(hào)來(lái)向相同，在干擾方向上形成零線，該方向的正確信號(hào)會(huì)被抑制。總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)采用頻域窄帶干擾控制和空時(shí)自適應(yīng)陷波處理能夠有效減少衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)終端干擾的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的不斷發(fā)展，目前北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，然而在此過(guò)程中，我國(guó)的導(dǎo)航技術(shù)仍存在某些不足之處。因此，相應(yīng)的研發(fā)技術(shù)人員應(yīng)不斷加強(qiáng)對(duì)抗干擾技術(shù)的創(chuàng)新和研究，確保衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)水平能夠得到質(zhì)的飛躍，從而為人們提供更加精準(zhǔn)安全的定位導(dǎo)航服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王曉君，張偉，杜萌萌.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用及其抗干擾技術(shù)[J].河北工業(yè)科技，2014（3）：234-238.

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[3] 劉小波，練燦明.北斗導(dǎo)航終端抗干擾技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016（6）：167-168.

Research and Implementation of Anti-jamming Technology for Beidou Satellite Navigation System

ZHANG Gao-wei

（Chinese People's Liberation Army 92785 Troops，Qinhuangdao Hebei? 066000）

Abstract：This paper discusses the overview of anti-jamming technology of Beidou satellite navigation system， analyses the current application status of anti-jamming technology of Beidou satellite navigation system， and studies the realization of anti-jamming technology of Beidou satellite navigation system.

Key words：Beidou satellite; navigation system; anti-jamming technology