北斗空时自适应抗干扰子空间投影方法研究

摘要

北斗卫星导航系统作为我国军事应用中的重要战略资源，在未来的应用中必然会面对各种干扰设备的干扰，针对北斗导航系统的抗干扰技术研究，对提高我国国防建设和军事力量有着十分重要的战略意义。
　　阵列信号处理是当前卫星导航抗干扰的一个重要手段，采用空时二维阵列处理技术，具有比单独空域及时域处理更高的自由度，抗干扰能力更强。子空间正交投影方法将接收信号投影到干扰的正交补空间，理论上可以完全滤除干扰，同时在期望信号方向形成波束，但是正交投影同时也削弱了期望信号，子空间斜投影方法能够将信号投影到信号子空间中，在完全滤除干扰的同时，完整的保留了期望信号，提高了阵列输出信干噪比，使空时自适应抗干扰的能力进一步增强。传统空时子空间投影方法采用接收数据协方差矩阵奇异值分解进行子空间的估计，计算量较大，针对这个问题，本文采用多级维纳滤波降维处理特性对子空间进行估计，降低了空时子空间投影抗干扰的计算量，本文还对多级维纳滤波子空间估计方法提出了一种改进的计算型，使得空时子空间投影抗干扰的计算量得到进一步地降低，提高了空时阵列的实时抗干扰处理能力。文章主要研究内容如下：
　　（1）介绍并研究了北斗导航环境下的抗干扰基础内容。介绍了北斗空间信号的结构特性，重点对北斗测距码及QPSK调制方式进行了仿真分析。建立了北斗信号空间环境中的窄带干扰及宽带干扰信号模型，并对干扰进行了仿真。在阵列抗干扰技术部分，介绍了阵列信号处理的基本原理，及常用的自适应阵列最佳权值准则。
　　（2）研究了北斗空时自适应抗干扰的处理性能。介绍了空时自适应抗干扰的阵列处理结构及其基本原理，对常用的自适应滤波算法进行了概述及抗干扰仿真分析。重点分析了空时阵列处理自由度对抗干扰性能的影响，采用基于线性约束最小方差准则的最优波束形成算法，分别对不同延迟单元数、不同阵元数及不同采样快拍数下的空时阵列进行性能仿真。
　　（3）深入研究了北斗空时自适应子空间投影抗干扰方法，分别包括空时子空间正交投影和空时子空间斜投影的抗干扰方法，并与最优波束形成方法及功率倒置方法进行对比仿真研究。讨论了阵列输出信干噪比与输入信噪比、延迟抽头数、阵元数、采样快拍数的变化关系，并考虑了在存在角度失配情况下的子空间投影空时阵列抗干扰性能。
　　（4）针对传统的空时抗干扰子空间投影方法计算量较大的问题，研究了空时降维处理模型及多级维纳滤波方法，利用多级维纳滤波降维处理特性，将该方法运用到空时子空间投影抗干扰的子空间估计中，分别对基于多级维纳滤波处理和基于接收数据协方差矩阵特征值分解的空时子空间正交投影和斜投影方法的对比仿真。本文还提出了一个多级维纳滤波算法的改进型，并分别对基于改进多级维纳滤波处理的空时子空间投影方法与基于原多级维纳滤波处理下的空时子空间投影进行对比仿真研究。
　　北斗导航系统抗干扰技术的研究和发展是顺应当今时代的要求，本文的研究丰富了在北斗抗干扰研究方面的成果，能够为北斗空时子空间投影抗干扰及北斗空时阵列抗干扰性能研究作一定参考。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 本文主要研究内容及章节安排

第2章 北斗空间信号及阵列信号处理技术

2.1 北斗信号结构与特性

2.2 干扰信号

2.3 阵列信号处理技术

2.4 本章小结

第3章 北斗空时自适应抗干扰技术

3.1 空时自适应滤波器

3.2 自适应滤波算法

3.3 空时抗干扰性能分析

3.4 空时处理对北斗信号的影响

3.5 本章小结

第4章 北斗空时子空间投影抗干扰

4.1 投影分析

4.2 子空间正交投影抗干扰

4.3 子空间斜投影抗干扰

4.4 本章小结

第5章 基于MWF的北斗空时子空间投影抗干扰

5.1 空时降维处理模型

5.2 多级维纳滤波器

5.3 基于MWF的北斗空时子空间投影抗干扰

5.4 基于改进MWF的北斗空时子空间投影抗干扰

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢