GNSS信號體制抗干擾性能分析

GNSS信號體制抗干擾性能分析一、簡介全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)給世界帶來了更加先進(jìn)和準(zhǔn)確的導(dǎo)航方案?，F(xiàn)在人們只需要佩戴一部手表或者帶有GNSS接收器的手機(jī)，就可以獲取精確的時(shí)間信息以及準(zhǔn)確的導(dǎo)航定位。然而，由于信號傳播特性，GNSS信號極易受到多種干擾影響，因此其抗干擾能力成為一個(gè)非常值得研究的問題。二、GNSS信號體制GNSS信號體制主要由衛(wèi)星發(fā)射機(jī)構(gòu)、信號發(fā)射機(jī)構(gòu)、用戶接收機(jī)構(gòu)組成。1.衛(wèi)星發(fā)射機(jī)構(gòu)衛(wèi)星發(fā)射機(jī)構(gòu)主要有天線、振蕩器和精確的電力控制器組成。在一般情況下，天線是以大規(guī)模陣列的形式設(shè)計(jì)的，極高的增益和選擇性可幫助用戶快速、深度地感知GNSS信號。振蕩器負(fù)責(zé)產(chǎn)生GNSS信號的載波信號和精確的頻率標(biāo)準(zhǔn)，因此，其固有性能對GNSS信號的精度和穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的影響。2.信號發(fā)射機(jī)構(gòu)信號發(fā)射機(jī)構(gòu)主要由數(shù)字信號發(fā)生器、頻率變換器、中頻放大器、轉(zhuǎn)發(fā)器和最終功率放大器等組成。數(shù)字信號發(fā)生器負(fù)責(zé)產(chǎn)生載有導(dǎo)航信息和控制信號的數(shù)字信號，頻率變換器將導(dǎo)航信號和控制信號轉(zhuǎn)換為RF頻段，中頻放大器和轉(zhuǎn)發(fā)器增加信號強(qiáng)度并提供選擇性增益，最終功率放大器將選擇性增益加以放大使信號達(dá)到必要的功率水平。3.用戶接收機(jī)結(jié)構(gòu)用戶接收機(jī)主要由天線、前端、中端、后端和處理器等組成。天線將全球可見衛(wèi)星發(fā)出的GNSS信號捕獲并將信號傳輸給前端，前端將接收到的信號進(jìn)行放大并將其轉(zhuǎn)換為中頻信號，中端使用數(shù)字信號處理技術(shù)對信號進(jìn)行干擾抑制和導(dǎo)航解算，并在信道為分配先后階段提供多種干擾抑制功能，后端將解算后的位置和時(shí)間信息傳輸?shù)教幚砥髦羞M(jìn)行處理。三、GNSS信號干擾GNSS信號干擾主要包括以下五種類型：1.天然干擾天然干擾主要包括空氣和云層等自然障礙物以及電離層等大氣干擾。這些干擾能夠改變GNSS信號的相位、振蕩器頻率，從而導(dǎo)致接收機(jī)中的定位誤差。2.有意干擾有意干擾主要是指設(shè)備發(fā)射出的信號干擾。這些信號干擾可能會(huì)導(dǎo)致誤導(dǎo)、損壞或篡改GNSS信號，從而使接收機(jī)產(chǎn)生錯(cuò)誤的位置信息。這些有意干擾源包括信號假冒器、干擾源、故意發(fā)射無線電發(fā)射機(jī)等。3.多普勒干擾在高空飛行器尤其是在超音速狀態(tài)下，由于自身高速飛行引起的多普勒效應(yīng)也會(huì)對GNSS信號起到干擾作用。由于這種干擾的協(xié)方差分布被認(rèn)為是離散有較強(qiáng)規(guī)律性，因此可以通過處理這些規(guī)律性的組件來進(jìn)行抑制。4.雜波干擾雜波干擾主要由于接收機(jī)前端放大器或其帶寬受到其他無線電設(shè)備（例如電視和雷達(dá)）的干擾而產(chǎn)生的。這種干擾的特征是自然隨機(jī)的，因此使用數(shù)字信號處理技術(shù)可以有效的抑制。5.多途干擾多途干擾主要表現(xiàn)為信號的反射，在信號傳輸中形成多個(gè)路徑，導(dǎo)致接收到一個(gè)或多個(gè)相位不同的波。這種干擾對于GNSS信號來說是一個(gè)顯著的問題，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致接收機(jī)對真實(shí)信號的誤解。四、抗干擾措施GNSS信號由于自身特性和外界干擾的影響，難免會(huì)產(chǎn)生誤差。為了提高GNSS信號的抗干擾能力，以下措施可以采?。?.抗多路徑干擾技術(shù)多路徑干擾會(huì)產(chǎn)生多個(gè)接收到相位差異的波形。為避免多路徑干擾，可以采取以下措施：(1)選擇合適的天線和天線位置；(2)增大接收機(jī)的帶寬，增加天線選擇度；(3)多頻點(diǎn)解算，通過多個(gè)頻率的信息進(jìn)行解算。2.抗雜波干擾技術(shù)數(shù)字信號處理技術(shù)是抵抗雜波干擾的有效手段。例如，自適應(yīng)濾波、空時(shí)自適應(yīng)處理和相關(guān)技術(shù)都可以應(yīng)用于雜波干擾抑制。3.信號鑒別技術(shù)信號鑒別技術(shù)是為了在GPS信號和非GPS信號之間進(jìn)行鑒別。例如，接收到諧振器的信號可以指示它們是真正的GPS信號還是有意發(fā)射的干擾信號。4.信號監(jiān)控技術(shù)信號監(jiān)控技術(shù)可以將接收機(jī)中的信號與地面控制臺上的信號進(jìn)行比較，以便確定是否存在干擾。最初的GNSS信號監(jiān)控技術(shù)包括錄制GNSS信號，后經(jīng)解碼以檢測信號是否被干擾。更高級別的監(jiān)控技術(shù)利用相干積累、時(shí)頻自適應(yīng)處理和跟蹤局面對噪聲抑制。五、結(jié)論GNSS信號抗干擾能力對現(xiàn)代世界的日常生活有著至關(guān)重要的影響。通過技術(shù)進(jìn)步、