卫星导航自适应阵列抗干扰性能分析

2017-03-11 by:CAE仿真在线来源:互联网

摘要:方阵、矩形阵和Y 形阵是三种常用的卫星导航抗干扰阵列结构。对天线而言,阵列互耦、单元不一致性是引起阵列抗干扰性能下降的主要因素。论文分析了不同阵列形式、不同阵元间距和不同干扰情况下阵列抗干扰性能。研究表明:采用空域抗干扰,天线因素对阵列抗干扰性能有影响,方正是最佳的阵列结构形式;当采用空时抗干扰算法时,天线因素对于阵列抗干扰性能的影响可以忽略。

1 引言

自适应抗干扰阵列在卫星导航系统中具有广泛的应用,其抗干扰性能与许多因素有关,包括天线结构、射频通道不一致性、抗干扰算法等。对窄带信号一般采用空域抗干扰算法,对于宽带信号通常采用空时抗干扰算法[1]。与天线阵列有关的影响因素有阵列形式、单元个数、阵元间距等。实际上,以上三个因素会引起不同的互耦效应,进而在某一阵列中形成一定程度上的天线不一致性,它直接影响到阵列的抗干扰性能。天线不一致性包括三个方面:

(1)同一天线上不同方向上方向图的幅度相位不一致;

(2)同一天线上频带范围内不同频点上方向图的幅度相位不一致;

(3)各天线之间同一方向

上方向图的幅度相位不一致。对于不同的阵列结构,其天线不一致性的程度不同,表现出不同的抗干扰能力。

论文对方阵、矩形阵和Y 形阵三种阵列结构的抗干扰性能进行了分析,在仿真中引入阵列方向图来模拟阵列接收信号,设置了典形的应用场景,比较了三种阵列在空域抗干扰和空时抗干扰情况的抗干扰性能。

2 单元及阵列模形

设计了一个中心频率为1268.52MHz、带宽为20.46MHz 的右旋圆极化单元。在工作带宽上,单元的反射系数小于-13dB。图1 给出了六种阵列结构,其中(a)(b)为方阵,阵元间距分别为0.4λ和0.3λ;(c)(d)为矩形阵列,阵元间距分别为0.5λ×0.4λ、0.375λ×0.3λ;(e)(f)为Y 形阵,阵元间距分别为0.4λ 和0.3λ。

图1 阵列模形

3 抗干扰性能比较

3.1 抗干扰算法

考虑在实际应用中,卫星信号功率很小,几乎淹没在噪声和干扰信号中,空域抗干扰算法采用以噪声为参考的NRLS 算法[2, 3]。该算法不会减少阵列自由度,既克服了RLS 算法需要参考信号的缺点,又得到了更好的干扰抑制效果。针对宽带干扰,为了获得优良的干扰抑制效果,对NRLS 算法进行了空时二维改造[1]。

3.2 空域抗干扰

首先针对连续波干扰信号进行抗干扰处理。仿真采用三个连续波干扰信号,干信比从10dB 变化到80dB,干扰信号来自于天线方向图的旁瓣,俯仰角4 度。

图2、图3 比较了采用不同阵列结构情况下抑制前后干扰信号电平差,该结果为进行1000 次仿真所得的平均值。