自適應抗干擾天線(xiàn)在飛行器導航系統中的應用研究

1 引言

大多數衛星導航系統是一個(gè)廣播系統，沒(méi)有自我校正功能，用戶(hù)得到的定位信息的真偽無(wú)法通過(guò)本系統判別，使得對導航信號的干擾變得相對容易。盡管導航系統均采用擴頻技術(shù)，有很高的處理增益，極具隱蔽性。GPS信號電平通常比噪聲電平低20dB左右，很難檢測到。同時(shí)，正因為到達用戶(hù)接收機的信號強度極低，因此通用GPS接收機非常容易被干擾。

自適應天線(xiàn)系統結合數字信號處理技術(shù)和天線(xiàn)與微波技術(shù)，將天線(xiàn)方向圖的零點(diǎn)指向干擾信號，減輕干擾信號對衛星導航系統的影響。它可以提高導航系統不低于30dB的抗干擾能力，并且能同時(shí)對抗多個(gè)方向的干擾。

高速飛行器速度極高，飛行器上的天線(xiàn)系統必須滿(mǎn)足防熱、氣動(dòng)、共形、結構強度以及惡劣的環(huán)境條件等特殊要求。自適應天線(xiàn)系統天線(xiàn)必須與載體共形安裝，天線(xiàn)陣列的排布受到限制，非規則的天線(xiàn)布局對自適應天線(xiàn)系統的性能會(huì )產(chǎn)生較大影響。

2 自適應天線(xiàn)系統簡(jiǎn)介

自適應天線(xiàn)系統主要由天線(xiàn)陣、自適應處理器以及射頻電纜網(wǎng)構成。其中，天線(xiàn)陣由多個(gè)天線(xiàn)單元構成，通常為四個(gè)天線(xiàn)，一個(gè)為主天線(xiàn)，接收有用信號，其余為輔助天線(xiàn)，產(chǎn)生對消干擾的參考信號。自適應天線(xiàn)系統與接收機不需要通信，通過(guò)射頻電纜連接。天線(xiàn)系統組成如圖1。

圖1 自適應天線(xiàn)系統組成圖

自適應天線(xiàn)系統根據天線(xiàn)陣列的輸出情況自動(dòng)調節副通道（副天線(xiàn)對應的射頻通路）的權系數（幅度和相位），使天線(xiàn)系統能根據電磁環(huán)境、衛星導航信號及干擾信號的方向變化自動(dòng)跟蹤所需的信號，自動(dòng)抑制信號，以提高天線(xiàn)接收信號的質(zhì)量，從而具有自適應性。自適應處理器是整個(gè)系統的核心，在自適應處理器中，對信號進(jìn)行數字化自適應處理，利用功率倒置算法完成對干擾信號的消除。

3 自適應天線(xiàn)系統研制概況

3.1 天線(xiàn)陣列研制

根據飛行器的飛行姿態(tài)以及干擾的來(lái)向，確定天線(xiàn)的布局。圖2為衛星導航和干擾來(lái)自于載體下方的天線(xiàn)陣列排布示意圖。

圖2 天線(xiàn)布局示意圖

朝天的天線(xiàn)由一個(gè)單元構成，用于接收衛星信號。朝地的天線(xiàn)由三個(gè)單元構成，用于對消干擾信號。對陣列進(jìn)行了仿真，仿真模型如圖3，當選擇適當的權值時(shí)，陣列仿真結果如圖4。

圖3 飛行器天線(xiàn)系統仿真模型

圖4 形成零點(diǎn)方向圖

從圖中可以看出，采用四元自適應陣列，主天線(xiàn)朝天，三元對消陣列朝地，只要自適應處理機選擇合適的權值，就可以有效的在干擾方向形成增益零點(diǎn)，實(shí)現對消地面干擾的需要；對接收衛星信號的上半球沒(méi)有影響。