基于混合擴頻的導航衛星抗干擾技術(shù)

摘要：隨著(zhù)衛星導航系統在軍事上的廣泛應用，研究導航系統的抗干擾技術(shù)已經(jīng)成為當務(wù)之急。文中創(chuàng )新的將跳時(shí)技術(shù)與現有導航系統相結合，提出基于直擴／跳時(shí)(DS／TH)混合擴頻的導航衛星系統方案。并分別在4種衛星導航干擾模式下，對此方案進(jìn)行了抗干擾性能仿真及分析。結果表明在信噪比為-33 dB誤碼率為10-4時(shí)，該方案抗干擾性能比傳統導航信號至少提高17 dB，尤其對于抗脈沖干擾，其性能可以改善20 dB左右。
關(guān)鍵詞：衛星導航；跳時(shí)；混合擴頻；抗干擾

衛星導航信號在眾所周知的頻率上發(fā)射，調制方式廣為人知，傳輸功率小，信噪比較低，這些成為其易受干擾的重要原因。造成衛星導航信號容易被干擾的最直接原因就是發(fā)射的信號太弱，如果采用混合擴頻體制，則可加大信號的增益。本文著(zhù)重研究將跳時(shí)與直擴技術(shù)相結合應用到衛星導航中，利用跳時(shí)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)時(shí)間的合理分配來(lái)避開(kāi)附近發(fā)射機的強干擾，從而提高系統的抗干擾性能。

1 系統方案設計
1．1 系統整體框圖
跳時(shí)技術(shù)把時(shí)間軸分成若干時(shí)隙，由跳時(shí)碼決定在哪個(gè)時(shí)隙來(lái)發(fā)送信號。跳時(shí)系統能夠用合理的時(shí)間分配來(lái)避開(kāi)附近發(fā)射機的強干擾。但跳時(shí)系統對定時(shí)要求嚴格，簡(jiǎn)單的跳時(shí)抗干擾性能不強，所以很少單獨使用，通常與其他方式相結合，組成各種混合方式。將DS／TH混合擴頻技術(shù)與現有的導航衛星相結合，構成一種新穎的基于混合擴頻體制的衛星導航系統，以增強抗干擾能力?？紤]可實(shí)現性和前向兼容性，
此系統在設計時(shí)盡可能地保留了原有導航系統體制，如直擴部分的處理方式和參數等，直接從原系統繼承。DS／TH導航系統框圖如圖1所示。

在此系統中共存在有兩類(lèi)PN碼序列：直擴序列和跳時(shí)序列。導航信號在經(jīng)過(guò)DS碼擴頻后，將其直擴后的每一碼片分成若干時(shí)隙，根據跳時(shí)序列{Cj}選擇時(shí)隙來(lái)發(fā)送導航信號，從而實(shí)現跳時(shí)。
系統發(fā)射機的輸出信號可表示為：

其中f0為載波頻率，Td為導航信號一比特持續時(shí)間，Ts為直擴后的每一碼片長(cháng)度，Nd為直擴倍長(cháng)度，Tc為每一時(shí)隙長(cháng)度，Nc為時(shí)隙個(gè)數，D(t)為導航電文，P(t)為直擴碼，C(t)則用來(lái)進(jìn)行跳時(shí)。碼片持續時(shí)間變短，為保證功率相等，幅度要變?yōu)樵瓉?lái)的倍。通過(guò)上述分析可知，在DS／TH系統中，直擴碼決定信號幅度的大小，跳時(shí)碼則用來(lái)決定信號的發(fā)送時(shí)刻。
1．2 系統跳時(shí)序列的研究
在DS／TH系統中，直擴碼部分參數都從原衛星導航系統繼承，而對于跳時(shí)部分，則需進(jìn)行詳細的研究，使系統能在抗干擾方面達到最優(yōu)效果。系統主要涉及跳時(shí)序列的3個(gè)主要參數，時(shí)隙、周期以及漢明自相關(guān)。
1．2．1 跳時(shí)時(shí)隙
DS／TH系統總的處理增益為：
GDS／TH=GDS+GTH=GDS+10·log(1／D) (4)
其中D為跳時(shí)所設置的占空比，D=1／Nc(Nc為時(shí)隙數)，所以Nc越大，DS／TH系統的處理增益越大，抗干擾性能越好?？垢蓴_性能與時(shí)隙個(gè)數Nc是成正比的。但系統帶寬會(huì )隨著(zhù)時(shí)隙數的增大而變寬，因此必須根據實(shí)際情況來(lái)決定其大小。
1．2．2 跳時(shí)周期
跳時(shí)周期的增大，使相同的功率被分散到了更多的譜線(xiàn)中，信號的幅度變小，對功率譜起到了平滑作用，從而也減少了較強功率譜線(xiàn)數目。通常為了提高時(shí)隙利用率，主要采用全時(shí)隙跳時(shí)序列，即跳時(shí)序列最大值Nk=Np-1，Np=Nc。
1．2．3 漢明自相關(guān)
為實(shí)現對跳時(shí)碼的捕獲，跳時(shí)序列必須具有較好的自相關(guān)性能，同時(shí)異相自相關(guān)越小越好。文中主要討論剩余類(lèi)跳時(shí)序列。二次同余序列、三次同余序列和雙曲同余序列是目前性能優(yōu)良的3類(lèi)同余跳時(shí)序列。其中，二次同余序列的自相關(guān)性能最好，異相自相關(guān)值最小，所以在基于DS／TH混合擴頻的衛星導航系統中選用了二次同余序列作為跳時(shí)序列。
1．3 系統整體參數
本系統的研究目標是將跳時(shí)和直擴相結合的混合擴頻體制應用到導航系統中，大幅度提高擴頻處理增益，將信號頻帶擴展到400 MHz，不僅使系統的抗干擾能力大大增強，而且使信號能夠以非常低的功率譜密度隱蔽在其它系統信號之中或是重疊發(fā)射成為可能，從根本上改善系統的頑存性。

DS／TH導航衛星系統的射頻帶寬為2RcxNc，其中Rc為直擴碼的碼片速率，Rc=10．23 MHz，Nc為跳時(shí)時(shí)隙數。對于二次同余序列，時(shí)隙數必須為一素數，為使系統帶寬達到400 MHz，跳時(shí)時(shí)隙Nc=19。系統的整體參數如表1所示。