衛(wèi)星導(dǎo)航自適應(yīng)陣列抗干擾性能分析

2017-03-11  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

摘 要:方陣、矩形陣和Y 形陣是三種常用的衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾陣列結(jié)構(gòu)。對天線而言,陣列互耦、單元不一致性是引起陣列抗干擾性能下降的主要因素。論文分析了不同陣列形式、不同陣元間距和不同干擾情況下陣列抗干擾性能。研究表明:采用空域抗干擾,天線因素對陣列抗干擾性能有影響,方正是最佳的陣列結(jié)構(gòu)形式;當(dāng)采用空時(shí)抗干擾算法時(shí),天線因素對于陣列抗干擾性能的影響可以忽略。

1 引言

自適應(yīng)抗干擾陣列在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用,其抗干擾性能與許多因素有關(guān),包括天線結(jié)構(gòu)、射頻通道不一致性、抗干擾算法等。對窄帶信號(hào)一般采用空域抗干擾算法,對于寬帶信號(hào)通常采用空時(shí)抗干擾算法[1]。與天線陣列有關(guān)的影響因素有陣列形式、單元個(gè)數(shù)、陣元間距等。實(shí)際上,以上三個(gè)因素會(huì)引起不同的互耦效應(yīng),進(jìn)而在某一陣列中形成一定程度上的天線不一致性,它直接影響到陣列的抗干擾性能。天線不一致性包括三個(gè)方面:

(1)同一天線上不同方向上方向圖的幅度相位不一致;

(2)同一天線上頻帶范圍內(nèi)不同頻點(diǎn)上方向圖的幅度相位不一致;

(3)各天線之間同一方向

上方向圖的幅度相位不一致。對于不同的陣列結(jié)構(gòu),其天線不一致性的程度不同,表現(xiàn)出不同的抗干擾能力。

論文對方陣、矩形陣和Y 形陣三種陣列結(jié)構(gòu)的抗干擾性能進(jìn)行了分析,在仿真中引入陣列方向圖來模擬陣列接收信號(hào),設(shè)置了典形的應(yīng)用場景,比較了三種陣列在空域抗干擾和空時(shí)抗干擾情況的抗干擾性能。

2 單元及陣列模形

設(shè)計(jì)了一個(gè)中心頻率為1268.52MHz、帶寬為20.46MHz 的右旋圓極化單元。在工作帶寬上,單元的反射系數(shù)小于-13dB。圖1 給出了六種陣列結(jié)構(gòu),其中(a)(b)為方陣,陣元間距分別為0.4λ和0.3λ;(c)(d)為矩形陣列,陣元間距分別為0.5λ×0.4λ、0.375λ×0.3λ;(e)(f)為Y 形陣,陣元間距分別為0.4λ 和0.3λ。

圖1 陣列模形

3 抗干擾性能比較

3.1 抗干擾算法

考慮在實(shí)際應(yīng)用中,衛(wèi)星信號(hào)功率很小,幾乎淹沒在噪聲和干擾信號(hào)中,空域抗干擾算法采用以噪聲為參考的NRLS 算法[2, 3]。該算法不會(huì)減少陣列自由度,既克服了RLS 算法需要參考信號(hào)的缺點(diǎn),又得到了更好的干擾抑制效果。針對寬帶干擾,為了獲得優(yōu)良的干擾抑制效果,對NRLS 算法進(jìn)行了空時(shí)二維改造[1]。

3.2 空域抗干擾

首先針對連續(xù)波干擾信號(hào)進(jìn)行抗干擾處理。仿真采用三個(gè)連續(xù)波干擾信號(hào),干信比從10dB 變化到80dB,干擾信號(hào)來自于天線方向圖的旁瓣,俯仰角4 度。

圖2、圖3 比較了采用不同陣列結(jié)構(gòu)情況下抑制前后干擾信號(hào)電平差,該結(jié)果為進(jìn)行1000 次仿真所得的平均值。

圖2 六種陣列抗干擾性能比較

對于寬帶信號(hào)的抗干擾性能比較,此處選擇了兩種情況:一種是三個(gè)干擾信號(hào)均位于天線一致性較差的方向,另一種是三個(gè)干擾信號(hào)位于天線一致性較好的方向。圖4 和圖5 給出了方陣1 在兩種情況下抗干擾仿真結(jié)果。其它陣列結(jié)構(gòu)抗干擾仿真結(jié)果類似。

圖4 天線一致性較差時(shí)的空域抗干擾性能

圖5 天線一致性較好時(shí)的空域抗干擾性能

圖中給出了抗干擾前后輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的頻譜,通過比較可以發(fā)現(xiàn):從總體上看,在抑制窄帶干擾時(shí),方陣的抗干擾能力最優(yōu),矩形陣次之,Y 形陣最差;對于寬帶信號(hào)的抑制,空域抗干擾算法存在缺陷,如果干擾信號(hào)來自天線不一致性較差的方向,則幾乎不能對干擾信號(hào)形成任何抑制。

3.3 空時(shí)抗干擾

分析陣列的空時(shí)抗干擾性能時(shí),空時(shí)抗干擾算法中時(shí)域?yàn)V波器階數(shù)取為3,三個(gè)干擾信號(hào)均位于天線一致性較差的方向。圖6 給出方陣1 的抗干擾仿真結(jié)果。其它陣列結(jié)構(gòu)也具有相似的仿真結(jié)果。

通過仿真發(fā)現(xiàn),采用空時(shí)抗干擾算法時(shí),在陣列具有相同單元數(shù)的情況下,陣列結(jié)構(gòu)、陣元間距、互耦、天線不一致性等因素對陣列的抗干擾性能幾乎沒有影響。當(dāng)然,在陣列的設(shè)計(jì)上需要讓單元能夠正常工作。

4 總結(jié)

論文分析了方陣、矩形陣和Y 形陣三種常用陣列結(jié)構(gòu)在空域?yàn)V波和空時(shí)濾波兩種情況下的抗干擾性能。研究表明:在采用空域抗干擾時(shí),方陣具有最佳的干擾抑制效果;針對寬帶信號(hào)采用空時(shí)抗干擾時(shí),三種陣列結(jié)構(gòu)性能相似,沒有明顯的差別。

作者:黃丘林 焦鵬輝 劉鵬 史小衛(wèi)

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