導航設(shè)備抗電磁干擾方法的研究

鄭秀成　馬利雙　霍權(quán)　鄭智維

摘 要：隨著電磁環(huán)境日益惡化，導航設(shè)備除了具備一般抗電磁噪聲干擾的能力外，還要具備抗蓄意制造的強電磁干擾能力。基于此，本文重點分析研究導航設(shè)備抗電磁干擾方法，僅供相關(guān)部門進行參考借鑒。

關(guān)鍵詞：導航設(shè)備;電磁干擾;研究

無線電技術(shù)的快速發(fā)展，給社會帶來的效益巨大，在為人們提供極大方便的同時，但隨之而來的電磁干擾產(chǎn)生負面影響也越發(fā)明顯。過度的電磁干擾會加劇電磁環(huán)境的惡化程度，進而影響導航設(shè)備的正常運行。面對復雜的電磁環(huán)境，導航設(shè)備如何抗干擾，增強系統(tǒng)自身的抗干擾性能和抗摧毀性水平，需要引起相關(guān)部門的高度關(guān)注。

1 時域抗干擾方法

在時域抗干擾方法中主要采取的是干擾抑制算法，包括有兩種類型，分別為時域干擾抑制算法和變換域干擾抑制算法。前者在實現(xiàn)的過程中引用了自適應(yīng)濾波技術(shù)，該技術(shù)在評估干擾信號時產(chǎn)生的均方誤差相對較低，最后可利用輸入信號將誤差消除，在一定程度上對相對寬度不足5%的干擾信號進行了抑制。

頻域干擾抑制算法在變換域干擾抑制算法中應(yīng)用的頻率最高。將DFT或FFT算法在頻域上進行變換，分別對信號、干擾譜特征進行分次，找出兩者的差異化特征，進而清除干凈接收信號譜中的干擾信號。這個過程的實現(xiàn)需要借助于頻域加權(quán)矢量法，在確定干擾頻帶的具體位置時參考了輸入信號的功率譜密度，并通過加權(quán)方法對干擾信號進行處理，之后就會在一定程度上抑制干擾頻道。對于頻域干擾抑制算法來說，為最大限度的避免或者降低因數(shù)據(jù)截短造成的頻譜泄露，需對旁瓣電平較小的數(shù)據(jù)窗進行充分利用。與此同時，使用數(shù)據(jù)加窗會有一定的弊端存在，也就是影響信號的真實度，最終作用到信噪比上。

結(jié)合干擾抑制能力，頻域干擾抑制技術(shù)可抑制信號帶寬超過自適應(yīng)濾波干擾抑制技術(shù)可抑制的帶寬，在具體實現(xiàn)的過程中會有很大的難度存在，遠遠高于自適應(yīng)濾波干擾抑制技術(shù)。

2 空時自適應(yīng)抗干擾方法

實際上，對于空時自適應(yīng)算法來說，其在發(fā)展演變的過程中共經(jīng)歷了四個階段：第一階段主要是梯度算法的空間一維處理，主要在上世紀50年代初到60年代末;20世紀70年代初期到中期是第二階段，實現(xiàn)了對空時二維的自適應(yīng)處理，同時還能處理寬帶信號，但仍舊是在梯度算法的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的;20世紀70年代中期到80年代中期是第三階段，通過矩陣求逆的算法，使得收斂速度快速增強;20世紀80年代中期到90年代中期則是第四階段，主要是在大維數(shù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，降低自由度，也就是降維處理，該階段的運算量得到了快速下降，同時收斂速度則大幅度增強。其中主成分法是最具有代表性的方法，互譜度量法和多級維納濾波法也得到了廣泛應(yīng)用。近年來，波束控制盒波束成形的實現(xiàn)，除了在對來向形成深陷進行干擾外，還能抑制干擾衛(wèi)星信號方向形成高增益波束，增強衛(wèi)星信號，使得衛(wèi)星抗干擾能力得到了提升。

空時抗干擾方法對陣列天線進行了應(yīng)用，結(jié)合衛(wèi)星導航信號的特征來抵消干擾，有效確保了信號的真實性水平。將不同的陣元在同一時間延遲節(jié)點上進行組合，就形成了空域自適應(yīng)濾波，以準確分辨出空間干擾源，也就如同空域零陷抑制空域干擾。同一天線陣元，不同級別的時延基本類似于時域FIR濾波，其的干擾抵消主要結(jié)合了自適應(yīng)濾波原理。空時聯(lián)合處理在對信號進行干擾抑制時需在空域或頻域的二維面來實現(xiàn)。換句話說就是在空時域中引入了空域濾波，或者是在空時二維濾波中對時域濾波進行推廣。

3 空域抗干擾方法

空域抗干擾方法也就是智能天線干擾，其涵蓋了自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)和多波束天線技術(shù)。自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)是在不同的位置安放干擾站，當調(diào)零天線的波束數(shù)量或調(diào)零個數(shù)沒有干擾站數(shù)量高時，且全部在波束內(nèi)進行分布，此時就能起到干擾的作用。如果將若干個干擾站相互配合來開展間斷性的閃爍干擾，打破其形成指向干擾的天線方向圖條件，會對這種抗干擾方法進行破壞，進而起到抗干擾的作用。而抗窄帶或單頻干擾方法則是對空時聯(lián)合或頻域濾波進行充分利用，對外界多種干擾抑制，可在確保陣元保持不變時，提升陣的自由度水平，在設(shè)計陣的過程中，為選擇最優(yōu)的準則提供了便利。需要引起注意的時，空時處理不僅可以提升抗干擾能力，同時還會大幅度提高計算強度。

多波束天線主要是對波束形成的網(wǎng)絡(luò)進行利用，向陣列單元發(fā)放對應(yīng)的信號振幅和相位，此時將會產(chǎn)生一定量的銳波束，通過在特定區(qū)域內(nèi)將波束疊加起來，就會有特定形狀的成形波束出現(xiàn)，可有效提升衛(wèi)星導航的抗干擾能力。在實現(xiàn)一對多的通信時可以結(jié)合多波束天線，主要將多顆衛(wèi)星星歷同時注入到地面控制系統(tǒng)與多波束天線中。

自適應(yīng)調(diào)零天線則可以根據(jù)敵方與我方之間的信號振幅、頻率、空間方位等的差異性，利用自適應(yīng)加權(quán)處理技術(shù)對天線各陣元進行處理，并實現(xiàn)對天線陣方向圖的自動控制和優(yōu)化，此時會有深度調(diào)零在干擾方向上產(chǎn)生，外界干擾對接收信號的影響相對較小，調(diào)零深度大都在25dB～30dB之間，其優(yōu)點是可對鄰道干擾、寬帶干擾、同頻干擾、窄帶干擾等不同類型的干擾進行抑制。

4 GPS/INS組合導航

GPS/INS組合導航定位系統(tǒng)就是將GPS系統(tǒng)與慣性系統(tǒng)的結(jié)合體，其組成結(jié)構(gòu)主要包括磁力計、加速度計、陀螺等，可增強導航信息的豐富度水平。該系統(tǒng)有效彌補了對單一設(shè)備的使用不足，再加上具有較強三維定位、三維測速、方位測量等的能力，提升了系統(tǒng)的抗干擾水平，投入的成本費用也相對較低。組合導航系統(tǒng)可定位武器系統(tǒng)，將兩者的優(yōu)勢進行結(jié)合，根據(jù)GPS長期穩(wěn)定性和適中精度的特征，完善了INS的不足，通過利用慣導系統(tǒng)的姿態(tài)信息和角度信息，進一步提升了GPS接收機天線的定向操縱性能，可在極短的時間內(nèi)對GPS衛(wèi)星信號重新捕捉，同時還能對慣導系統(tǒng)的位置誤差、速度誤差等參數(shù)進行校正，優(yōu)化了整個組合制導系統(tǒng)，效費比相對較高。

參考文獻：

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[2]周利利.手持導航設(shè)備的電磁干擾定位和整改[J].電腦知識與技術(shù)，2009（04）.

作者簡介：鄭秀成（1983-），男，漢族，黑龍江慶安縣人，本科，從事工作或研究方向：導航定位工程。