基于功率倒置算法的GPS抗干扰实时系统实现

GPS导航系统的信号干扰及其解决方案研究一、GPS导航系统概述GPS(Global Positioning System)，全球定位系统，是一种基于卫星发射的信号进行位置、速度等导航信息的定位和速度测量系统。

GPS发射的信号经过三个部分进行测量和定位：空间部分、控制部分和用户部分。

GPS可以用于军事、航空、海洋、测量等各个领域。

二、GPS信号干扰介绍当使用GPS进行定位和导航时，有时会受到许多外部因素的影响，如障碍物，大气层，天气，射频干扰等。

射频干扰是一种电磁兼容性问题，通常表现为电信号或电磁波的传输或辐射，导致接收器性能下降，数据错误等问题。

通常，射频干扰可分为以下几类：1.情况1由其他发射设备的频率误差或扰动产生的干扰。

针对这种干扰情况，需要加强对GPS接收器的滤波器设计。

2.情况2设备之间的干扰，尤其是GPS接收设备和移动通信设备之间的干扰。

这种干扰情况通常还涉及移动通信设备的基站、天线等硬件系统，使GPS接收设备受到强电磁波干扰，导致定位接收机的性能严重受损。

3.情况3由于某些特殊环境产生的信号干扰，如雷电、电力线、工业射频等因素产生的干扰。

在面对这种环境干扰的时候，需要采取减少电气设备或工业射频干扰的措施，以减少GPS接收机的干扰。

三、GPS信号干扰的影响1.导致定位不准确GPS信号干扰会影响卫星信号接收的质量，从而导致导航和定位不准确。

2.导致信号丢失GPS信号干扰严重的时候，会导致卫星信号的丢失，使变得无法定位导航。

3.导致接收端性能下降GPS信号干扰也会导致GPS接收机的性能下降，如信噪比和接收灵敏度降低等。

四、GPS信号干扰的解决方案为了解决GPS信号干扰问题，我们可以采用以下方法:1.进行硬件设计加强GPS接收器的滤波器设计是解决GPS信号干扰的重要手段之一。

此外，合理配置天线系统、选择合适的接收模式以及保持接收机清洁以防止损坏等措施都有助于避免接收机的干扰。

2.加强软件升级软件升级也是解决GPS信号干扰的重要方法之一。

GPS接收机天线阵列抗干扰算法研究及其FPGA实现的开题报告尊敬的指导教师：我打算在我的研究方向中开展以下课题：“GPS接收机天线阵列抗干扰算法研究及其FPGA实现”。

1. 研究背景和意义：众所周知，GPS系统是一种广泛使用的卫星导航系统，用于在全球范围内确定位置和时间，以及提供关键的定位和时间服务。

然而，由于天线阵列接收机受到各种干扰源的影响，如电源噪声、天气等因素，高精度的定位会受到很大的干扰。

因此，对GPS接收机天线阵列的抗干扰算法进行研究是十分必要的。

2. 研究内容：本研究主要涉及以下内容：（1）针对单一站和多站天线阵列的GPS接收机的抗干扰算法实现和比较。

（2）研究经典的GPS抗干扰算法，如自适应滤波及其改进算法，并对比其性能和效果。

（3）基于FPGA实现抗干扰算法，提高算法处理速度和安全性，保证高精度定位。

（4）通过实验验证算法的有效性。

3. 研究方法：本研究将采用以下研究方法：（1）分析GPS接收机的原理和工作流程，掌握天线阵列抗干扰算法的基本概念。

（2）研究GPS接收机天线阵列的抗干扰算法，包括自适应滤波、最小二乘法等算法。

（3）使用Matlab/Simulink软件建立天线阵列接收机算法仿真模型，验证算法的有效性和鲁棒性。

（4）研究FPGA技术，并通过VHDL代码实现算法，提高算法处理速度和性能。

（5）开发基于FPGA的硬件平台，进行实验验证算法的有效性和可行性。

4. 研究进展和计划：目前，我已经阅读了关于GPS接收机天线阵列的相关文献，并对GPS接收机的工作原理及其天线阵列的抗干扰算法有了一定的了解。

接下来，我将开始根据上述研究方法进行具体的研究工作，包括进一步深入研究GPS接收机天线阵列的抗干扰算法、建立仿真模型、研究FPGA技术及硬件实现等方面。

预计在以下时间节点开展研究工作：（1）1-2月：研究GPS接收机天线阵列抗干扰算法的相关文献，了解其基本概念和方法。

（2）3-4月：使用Matlab/Simulink软件建立仿真模型，验证算法的有效性和鲁棒性。

GPS信号和干扰仿真系统的设计与实现[S]英文题名 Design and Implement of the GPS Signal and Interference Simulation System 专业电子与通信工程关键词 GPS; 场景仿真; C/A码; Matlab; 多普勒; 干扰; 天线阵; FPGA; AD9957; 英文关键词 GPS; Scene Simulation; C/A code; Matlab; Doppler; interference; Attenna Array; FPGA; AD9957; 中文摘要近年来,卫星导航定位系统在各个领域发挥越来越重大的作用,除了在军事领域的应用之外,GPS技术已经广泛地渗透到经济建设和科学实验的各个领域。

本文取材于“GPS联合空时抗干扰接收机”研究课题,重点研究了GPS信号和干扰仿真系统的设计与实现,为“GPS联合空时抗干扰接收机”这一课题研究提供信号和干扰仿真场景。

本文从GPS信号和干扰的仿真设计方案出发,首先讨论了GPS接收信号产生的原理,深入研究了用户可见卫星的实时判断方法、GPS信号和干扰的特征及仿真生成方法、GPS信号多普勒原理、均匀圆天线阵接收GPS信号和干扰的原理等方面的内容。

其次,详细研究了GPS信号和干扰的Matlab仿真方法和步骤,在Matlab仿真设计与实现中,实现了单颗GPS卫星信号的仿真生成,以及多颗GPS卫星混合信号的仿真生成;实现了高斯白噪声以及几种常见类型干扰信号的仿真生成;实现了多普勒频移和均匀圆天线阵接收信号/干扰的仿真生成。

最后,从仿真系统的实现原理和要求出发,在FPGA中用VHDL语言实现C/A码及干扰的仿真输出,通过FPGA控制AD9957实现了数字正交上变频,通过硬件电路调试,最终在硬件平台上实现了GPS信号、高斯白噪声... 英文摘要 Nowadays, Satellite Navigationg and Position System is playing a more and more important role in all fields. Besides the military field, Global Position System has been used widely in many files including economics and science e xperiments.Based on“GPS STAP Anti-jamming Receiver”project, this thesis focuses on design and implement of the GPS signal and interference simulation system, provides simulation scene of signal and interference to“GPS STAP Anti-jamming Receiver”. Accroding to the Design of the GP... 摘要 10-11 ABSTRACT 11 第一章绪论 12-16 1.1 GPS系统研究发展历程及现状分析 12-13 1.2 课题研究背景及选题意义 13-14 1.3 研究目标和主要内容 14-16 第二章 GPS 信号和干扰产生的原理 16-37 2.1 GPS信号产生的原理 16-27 2.1.1 可见卫星的实时判断 16-20 2.1.2 GPS信号的频率特性及其调制方式 20-22 2.1.3 C/A码的生成原理及实现方式 22-23 2.1.4 GPS系统中的多普勒频移 23-25 2.1.5 GPS信号的产生 25-27 2.2 GPS干扰信号建模 27-34 2.2.1 GPS干扰信号特性 27-28 2.2.2 GPS干扰信号的对象 28-29 2.2.3 GPS干扰信号的不同类型干扰 29-30 2.2.4 干扰对GPS有用信号的影响 30 2.2.5 不同类型干扰的干扰效果 30-31 2.2.6 不同干扰类型的生成方法 31-34 2.3 均匀圆天线阵在GPS接收机中的应用 34-36 2.4 本章小结 36-37 第三章GPS信号和干扰的Matlab仿真 37-49 3.1 Matlab仿真实现卫星轨道模型 37-40 3.1.1 轨道建模算法分析 37-38 3.1.2 GPS卫星星座编程实现 38-39 3.1.3 仿真结果 39-40 3.2 GPS信号的Matlab仿真实现 40-44 3.2.1 C/A码的生成算法分析 40-42 3.2.2 多普勒频移的实现 42-43 3.2.3 GPS信号的仿真生成 43-44 3.3 GPS干扰信号的Matlab仿真实现 44-47 3.3.1 宽带噪声干扰的Matlab编程设计与实现 44-45 3.3.2 AR随机过程窄带干扰的Matlab编程的设计与实现45-46 3.3.3 单频干扰的Matlab编程实现 46-47 3.4 天线阵各阵元接收信号的仿真实现 47-48 3.4.1 UCA各阵元接收信号仿真的设计流程 47 3.4.2 仿真程序编写47 3.4.3 仿真结果分析 47-48 3.5 本章小结 48-49 第四章仿真系统软件部分的FPGA实现 49-68 4.1 FPGA的应用与设计49-52 4.1.1 FPGA的设计流程 49-50 4.1.2 Virtex-4 系列FPGA的性能特点和基本结构 50-52 4.2 仿真系统的实现方案 52-56 4.2.1 仿真系统的实现原理 52-55 4.2.2 仿真实现的硬件平台 55-56 4.3 用FPGA实现C/A码的仿真输出 56-58 4.3.1 C/A码的FPGA实现原理56-57 4.3.2 不同卫星C/A码的产生 57-58 4.4 用FPGA实现干扰的仿真输出 58-61 4.4.1 高斯白噪声的FPGA实现 58-59 4.4.2 低通滤波器的FGPA设计实现 59-61 4.5 AD9957 实现信号的数字正交上变频 61-65 4.5.1 AD9957 概述 61-62 4.5.2 AD9957 实现数字正交上变频 62-65 4.6 GPS信号和干扰的中频输出 65-67 4.6.1 仿真输出GPS发送信号 65 4.6.2 仿真输出GPS接收信号 65-67 4.6.3 在调试中碰到的问题67 4.7 本章小结 67-68 第五章总结与展望 68-70 5.1 论文工作总结 68 5.2 论文工作展望 68-70 致谢 70-71 参考文献 71-73 作者在学期间取得的学术成果 73-74 附录A 卫星在ECEF坐标系中的坐标求解74-75 附录B 用户在ECEF坐标系中的坐标求解 75-76 附录C GPS粗码的码相位分配和码序列初始段 76-77 附录D AD9957 部分的VHDL编写程序如下 77-78 3.1.1 轨道建模算法分析 37-38 3.1.2 GPS卫星星座编程实现 38-39 3.1.3 仿真结果 39-40 3.2 GPS信号的Matlab仿真实现 40-44 3.2.1C/A码的生成算法分析 40-42 3.2.2 多普勒频移的实现 42-43 3.2.3 GPS信号的仿真生成 43-44 3.3 GPS干扰信号的Matlab仿真实现 44-47 3.3.1 宽带噪声干扰的Matlab编程设计与实现 44-45 3.3.2 AR随机过程窄带干扰的Matlab 编程的设计与实现 45-46 3.3.3 单频干扰的Matlab编程实现46-47 3.4 天线阵各阵元接收信号的仿真实现 47-48 3.4.1 UCA各阵元接收信号仿真的设计流程47 3.4.2 仿真程序编写 47 3.4.3 仿真结果分析 47-48 3.5 本章小结 48-49 第四章仿真系统软件部分的FPGA实现 49-68 4.1 FPGA的应用与设计 49-52 4.1.1 FPGA 的设计流程 49-50 4.1.2 Virtex-4 系列FPGA的性能特点和基本结构 50-52 4.2 仿真系统的实现方案 52-56 4.2.1 仿真系统的实现原理 52-55 4.2.2 仿真实现的硬件平台 55-56 4.3 用FPGA实现C/A码的仿真输出 56-58 4.3.1 C/A码的FPGA实现原理 56-57 4.3.2 不同卫星C/A码的产生 57-58 4.4 用FPGA 实现干扰的仿真输出 58-61 4.4.1 高斯白噪声的FPGA实现58-59 4.4.2 低通滤波器的FGPA设计实现 59-61 4.5 AD9957 实现信号的数字正交上变频 61-65 4.5.1 AD9957 概述 61-62 4.5.2 AD9957 实现数字正交上变频 62-65 4.6 GPS信号和干扰的中频输出 65-67 4.6.1 仿真输出GPS发送信号 65 4.6.2 仿真输出GPS接收信号 65-67 4.6.3 在调试中碰到的问题 67 4.7 本章小结 67-68 第五章总结与展望 68-70 5.1 论文工作总结 68 5.2 论文工作展望 68-70 致谢 70-71 参考文献 71-73 作者在学期间取得的学术成果73-74 附录A 卫星在ECEF坐标系中的坐标求解 74-75 附录B 用户在ECEF坐标系中的坐标求解 75-76 附录C GPS粗码的码相位分配和码序列初始段 76-77 附录D AD9957 部分的VHDL编写程序如下 77-78 3.1.1 轨道建模算法分析 37-38 3.1.2 GPS卫星星座编程实现 38-39 3.1.3 仿真结果 39-40 3.2 GPS信号的Matlab仿真实现 40-44 3.2.1 C/A码的生成算法分析 40-42 3.2.2 多普勒频移的实现 42-43 3.2.3 GPS信号的仿真生成 43-44 3.3 GPS干扰信号的Matlab仿真实现 44-47 3.3.1 宽带噪声干扰的Matlab编程设计与实现 44-45 3.3.2 AR随机过程窄带干扰的Matlab编程的设计与实现45-46 3.3.3 单频干扰的Matlab编程实现 46-47 3.4 天线阵各阵元接收信号的仿真实现 47-48 3.4.1 UCA各阵元接收信号仿真的设计流程 47 3.4.2 仿真程序编写47 3.4.3 仿真结果分析 47-48 3.5 本章小结 48-49 第四章仿真系统软件部分的FPGA实现 49-68 4.1 FPGA的应用与设计49-52 4.1.1 FPGA的设计流程 49-50 4.1.2 Virtex-4 系列FPGA的性能特点和基本结构 50-52 4.2 仿真系统的实现方案 52-56 4.2.1 仿真系统的实现原理 52-55 4.2.2 仿真实现的硬件平台 55-56 4.3 用FPGA实现C/A码的仿真输出 56-58 4.3.1 C/A码的FPGA实现原理56-57 4.3.2 不同卫星C/A码的产生 57-58 4.4 用FPGA实现干扰的仿真输出 58-61 4.4.1 高斯白噪声的FPGA实现 58-59 4.4.2 低通滤波器的FGPA设计实现 59-61 4.5 AD9957 实现信号的数字正交上变频 61-65 4.5.1 AD9957 概述 61-62 4.5.2 AD9957 实现数字正交上变频 62-65 4.6 GPS信号和干扰的中频输出 65-67 4.6.1 仿真输出GPS发送信号 65 4.6.2 仿真输出GPS接收信号 65-67 4.6.3 在调试中碰到的问题67 4.7 本章小结 67-68 第五章总结与展望 68-70 5.1 论文工作总结 68 5.2 论文工作展望 68-70 致谢 70-71 参考文献 71-73作者在学期间取得的学术成果 73-74 附录A 卫星在ECEF坐标系中的坐标求解74-75 附录B 用户在ECEF坐标系中的坐标求解 75-76 附录C GPS粗码的码相位分配和码序列初始段 76-77 附录D AD9957 部分的VHDL编写程序如下 77-78。

中图分类号:TN973 3 文献标志码:A 文章编号:CN51-1694(2008)01-0055-03收稿日期:2007-06-26;修回日期:2007-07-30作者简介:宋志勇(1983-),男,湖南长沙人,硕士研究生,研究方向为通信抗干扰技术、军用无线通信与网络;李江域(1984-),男,湖南长沙人,硕士研究生,研究方向为通信抗干扰技术、军用无线通信与网络。

功率倒置阵列自适应算法的FPGA 实现宋志勇,李江域,于春瑞,韩方景(国防科学技术大学电子科学与工程学院,长沙410073)摘要:自适应阵列是一种有效的抗干扰措施。

功率倒置(power inversion)阵列不需要预先知道有用信号的特性和入射方向等先验信息,实现简单,在雷达、扩频通信等强干扰、弱信号的环境中得到了广泛应用。

文章提出了功率倒置阵列自适应算法的FPGA 实现方法,测试表明该方法能有效抑制强干扰,显著提高通信质量。

关键词:自适应阵列;功率倒置;FPGAA FPGA Based Implementation of Power Inversion AlgorithmSONG Zhi yong,LI Jiang yu,YU Chun rui,HAN Fang jing(College of Electronic Science and Engnineering,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China)Abstract:The adaptive array is a useful technique to restrain interference.The power inversion array has been used in radar and spread spectrum communication broadly while no need to know the infor mation of the characteristic and coming direction of the useful signals in advance.An FPGA Based implementation of power inversion algorith m is introduced.The experiment shows that this method can restrain interference availably and improve the effect of communication.Key words:adap tive antenna array;p ower inversion;FPGA1 引言对于压制性干扰(即干扰比有用信号大得多时),由于自适应天线抗干扰系统的阵接收信号的信干比极低,LMS 算法的参考信号提取变得很难实现,算法的收敛速度和抗干扰性能下降很多,因而LMS 算法已经不再适合。

GPS卫星接收机的自适应抗干扰处理器设计
李达;贺宁蓉;王永芳;孙迅
【期刊名称】《遥测遥控》
【年(卷),期】2009(030)003
【摘要】介绍自适应抗干扰器抗干扰原理,并在功率倒置算法推导基础上,提出GPS 卫星接收机自适应抗干扰处理器的设计实现方案.计算机仿真实现处理器所采用的自适应抗干扰算法,并分析算法的抗干扰性能.仿真结果表明,功率倒置算法适用于GPS卫星接收机抗干扰处理.抗干扰处理器的实际抗干扰能力测试结果表明,GPS卫星接收机自适应抗干扰处理器能显著提高普通GPS接收机的抗干扰能力.
【总页数】5页(P17-21)
【作者】李达;贺宁蓉;王永芳;孙迅
【作者单位】北京遥测技术研究所,北京,100076;北京遥测技术研究所,北
京,100076;北京遥测技术研究所,北京,100076;北京遥测技术研究所,北京,100076【正文语种】中文
【中图分类】TN973.3
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1.BDS/GPS双模自适应抗干扰接收机关键技术研究与设计 [J], 李方能;许江宁;吴苗;李豹
2.GPS卫星接收机的自适应抗干扰设计 [J], 曾欣;郑建生;俞诗鲲
3.GPS接收机抗干扰自适应天线的设计 [J], 冯起;朱畅;袁乃昌
4.ADS-B自适应抗干扰接收机监控软件的设计实现 [J], 吴仁彪; 张露露; 胡铁乔
5.基于DSP技术的GPS接收机天线自适应抗干扰模块的设计与实现 [J], 卢昕;熊昌仑;郑建生;宗战华
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基于G-S算法的GPS接收机抗干扰技术研究
魏亮;刘琳琳;刘洋;段召亮;赵胜
【期刊名称】《无线电工程》
【年(卷),期】2013(43)4
【摘要】随着卫星导航技术的发展,全球定位系统(Global Positioning System,GPS)抗干扰能力差的缺点日益突出,对于能有效用于工程应用的抗干扰技术的研究显得尤为重要.针对在抗干扰算法中常用的最小均方误差(Least Mean Square,LMS)和采样矩阵求逆(Sample Matrix Inversion,SMI)算法的数值特性不佳和矩阵病态化的缺陷,提出采用GramSchmidt正交化算法.对Gram-Schmidt进行了仿真分析,证明Gram-Schmidt算法能有效避免LMS和SMI算法的问题,并且只用很少的样本就可以得到较好数值特性.
【总页数】3页(P35-36,47)
【作者】魏亮;刘琳琳;刘洋;段召亮;赵胜
【作者单位】河北省卫星导航技术与装备工程技术研究中心,河北石家庄050081【正文语种】中文
【中图分类】TN391.4
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1.基于解重扩算法的GPS抗干扰实时接收机研究 [J], 吴仁彪;李晓;胡铁乔;卢丹
2.BDS/GPS双模自适应抗干扰接收机关键技术研究与设计 [J], 李方能;许江宁;吴苗;李豹
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2020,35(6)电子信息对抗技术Electronic Information Warfare Technology 中图分类号:TN973.3 文献标志码:A 文章编号:1674-2230(2020)06-0059-05收稿日期:2020-01-16;修回日期:2020-03-11作者简介:李成城(1996 ),男,硕士研究生㊂卫星导航自适应调零天线抗干扰技术李成城,李鹏程(电子信息控制重点实验室,成都610036)摘要:自适应调零抗干扰技术可以很大程度改善导航抗干扰性能,也是目前导航抗干扰技术中不可或缺的,其研究意义重大㊂首先介绍功率倒置算法,并推导验证功率倒置算法基于参考信号最小均方误差模型和线性约束最小功率模型的统一性;最后提出一种同心圆形阵列,并仿真对比Y 形阵,发现功率倒置算法下同心圆形阵列模型具有更优秀的抗干扰性能㊂关键词:自适应调零天线;功率倒置;最小均方误差;线性约束最小功率;同心圆形阵列DOI :10.3969/j.issn.1674-2230.2020.06.017Anti -Jamming Technology of Adaptive Nulling Antenna of Satellite NavigationLI Chengcheng,LI Pengcheng(Science and Technology on Electronic Information Control Laboratory,Chengdu 610036,China)Abstract :The adaptive nulling anti-jamming technology can greatly improve the navigation anti -jamming performance.It is also indispensable in the current navigation anti-jamming technolo⁃gy.Firstly,the power inversion algorithm is introduced,and the unity of the power inversion al⁃gorithm based on the minimum mean square error model of the reference signal and the linearly constrained minimum power model is derived.Finally,a concentric circular array is proposed,and the Y-shaped array is compared with the simulation.It is found that the concentric circular array model under the power inversion algorithm has better anti-interference performance.Key words :adaptive nulling antenna;power inversion;minimum mean square error;linear con⁃strained minimum power;concentric circular array1　引言我们知道导航信号是由远在两万多公里之外的卫星发射的,这么远的距离让信号的强度衰减得很多,再加上卫星在太空运行本身不可能发射很高强度的信号,所以等信号到达接收机时,已经十分微弱了㊂实际上信号到达地表时,功率仅为-155~160dBW㊂再加上导航信号深深地淹没在地表复杂的电磁环境中,信噪比极低㊂这样一来导航接收机便极易受到干扰信号的影响[1-2]㊂针对这种情况,各式各样的抗干扰技术也随之出现,其中就包括自适应调零抗干扰技术㊂在自适应调零天线的研究中,自适应算法意义重大,而功率倒置(Power Inversion,PI)算法就是其中应用最广泛的㊂功率倒置算法是一种不需要先验信息的算法,其对强干扰信号具有优秀的干扰性能,可以使得接收机抗干扰能力提高40~50dB [3-4]㊂本文介绍了功率倒置算法,并验证了两种模型的统一性,通过仿真,对比分析了同心圆形天线与常规均匀圆形天线这两种阵型天线的抗干扰性95李成城,李鹏程卫星导航自适应调零天线抗干扰技术投稿邮箱:dzxxdkjs@能差异,最终选取性能更加优异的同心圆形天线阵进行后续仿真,为今后的工程实现奠定了基础㊂2　功率倒置算法 功率倒置算法应用广泛,一般的分析模型有两种:基于参考信号的最小均方误差模型㊁线性约束最小功率模型[5]㊂采用M 个天线阵元构成图1所示的功率倒置阵列的简化模型㊂图1　功率倒置阵列天线模型其中:X =[x 1,x 2, ,x M ]T分别表示M 个阵列的接受信号矢量㊂加权矢量W 表示为:W =[w 1,w 1, ,w M ]T(1)其中:w i 表示第i 个阵元的加权值,那么天线输出Y 则表示为:Y =W H X(2)2.1　线性约束最小功率模型根据LCMV 准则,W Hs =1,其中s 为约束矢量,一般取s =[1,0, ,0]T 可得w 1=1㊂这样实际上等于限制第一路加权值w 1=1,调整剩下的M -1路加权值[w 2,w 3, ,w M ]使得输出功率最小从而得到最佳权值㊂公式描述为:min WE {|Y 2|}(3)s.t.W H s =1,s =[1,0, ,0]T(4)由式(3)㊁(4)可构成拉格朗日函数[6]:L (w )=W H R xx W +λ(W H s -1)(5)其中:λ为拉格朗日乘子,R xx =E {XX H }为输入信号的自相关矩阵,令其梯度为零,即:▽W L (W )=0(6)可得:W opt =αR -1xx s(7)α=(s T R -1xx s )-1(8)其中:W opt 表示最优权值,α为一常数㊂ 2.2　基于参考信号的最小均方误差模型选取第一路阵元的输入作为参考信号,即d =x 1,用剩下的M -1路的输出去估计参考信号㊂M -1路输出Y M -1可以表示为:Y M -1=W H M -1X M -1(9)其中:W M -1=[w 2,w 3, ,w M ]T (10)X M -1=[x 2,x 3, ,x M ]T(11)输出均方误差ξ表示为:ξ=E [|e 2|]=E ⌊|(x 1-W H M -1X M -1)2|」=E {x 21}-2W H M -1R a +W HM -1R b W M -1(12)其中:R b =E [W M -1W H M -1]表示除阵元1以外的剩下M -1阵元上信号的自相关,R a =E [X M -1x *1]表示第一个阵元与剩下M -1个阵元上信号的互相关㊂ξ对W M -1求梯度并令其为零:▽W M -1ξ=-2R a +2R b W M -1=0(13)可以推出:W =R -1b R a(14)所以阵列最终的权值表示为:W opt =1R -1b R éëêêùûúúa (15)2.3　两种模型的统一性R xx 和R b 关系可表示如下:R xx =R 11R H a R aR éëêêùûúúb (16)其中:R 11=E [x 1x H1]表示固定支路的输入功率,R xx逆矩阵可以则可表示如下:R -1xx=Z 11G H (M -1)×1G (M -1)×1Q (M -1)×(M -1éëêêùûúú)(17)其中:Q (M -1)×(M -1)是(M -1)×(M -1)维矩阵,G (M -1)×1是(M -1)×1维列向量,Z 11为一常数㊂我们知道R xx ㊃R -1xx =I ,所以可以推出:G (M -1)×1=-Z 11R -1b R a(18)由约束向量s 定义可知,s T R -1xx s 得到的就是R -1xx 矩阵第一行第一列上的元素,所以Z 11=s T R -1xx s ㊂那么可以得到:W opt2=R -1xx s s T R -1xx s =1Z 11Z 11G (M -1)éëêêùûúú×1=1-R -1b R éëêêùûúúa =W opt (19)其中:W opt2表示基于参考信号的最小均方误差模6电子信息对抗技术·第35卷2020年11月第6期李成城,李鹏程卫星导航自适应调零天线抗干扰技术型下的最佳权值,由此可见两种PI 模型其实是等价的,只是使用范围有些区别,一般来说基于参考信号的最小均方误差模型比较适合工程应用,而另一个则一般用于理论分析㊂3　功率倒置算法仿真3.1　不同布阵形式的性能分析我们知道对于自适应天线来说,布阵形式对抗干扰的性能也有着不小的影响,而天线的布阵方式多种多样,好的布阵形式可以保证天线抗干扰性能的提高[7-8]㊂所以,根据抗干扰环境选择合适的布阵形式是非常重要的㊂本章对两种布阵形式的天线阵进行仿真,天线布阵示意如图2㊂图2　七元同心圆形阵和Y 形阵示意图如图,Y 形阵六个阵元均匀地排列在一个圆上,剩下一个阵元处于圆心处,其半径为d ,同心圆形阵列六个阵元均匀地排列在两个同心圆上,还有一个阵元在圆心处,其内圆半径为d ,外圆半径为2d ㊂为了避免产生栅瓣,同时考虑到耦合效应,所以阵元间距选为半波长,即d =λ/2㊂仿真设定信号功率-130dBm,信号来向(30°,60°)㊂干扰信号为窄带干扰信号,功率-60dBm,信号来向(100°,40°)噪声环境功率设为-110dBm㊂分别使用上述两种阵型进行仿真,仿真结果如下:(a)天线零陷方向图(b)天线零陷俯视图图3　七元Y形阵列对单个干扰抑制结果(a)天线零陷方向图(b)天线零陷俯视图图4　七元同心圆形阵列对单个干扰抑制结果从图中可以看出两种阵列均在干扰的方向处产生了零点,但是零点的深度有所不同㊂同心圆形阵列零陷深度略高于Y 形阵列,两者区别不大㊂同时,当我们观察俯视图的时候,我们可以发现两种阵型在零点附近的方向图的深度也是有所不同㊂均匀圆阵在零点附近的一定区域内都有不小的深度,而同心圆形阵相较之下则深度小了很多,说明同心阵波束指向性和干扰抑制性更好㊂综合来看,同心圆形阵的抗干扰性能一定程度上是优于均匀圆形阵的,所以,最终我们选择同心圆16李成城,李鹏程卫星导航自适应调零天线抗干扰技术投稿邮箱:dzxxdkjs@形阵作为布阵方式㊂3.2　多干扰源抗干扰性能分析我们知道自适应天线的自由度为阵元数减1[9],所以对于七阵元的天线阵来说,其理论上最多可以产生六个零点㊂使用MATLAB 仿真,干扰信号1㊁2㊁3㊁4入射角度分别为(100°,40°)㊁(50°,60°)㊁(150°,50°)㊁(120°,60°)㊂使用干扰信号1和2进行干扰,仿真结果如图5㊂使用干扰信号1㊁2㊁3进行干扰,仿真结果如图6㊂分别使用干扰信号1㊁2,干扰信号1㊁2㊁3,干扰信号1㊁2㊁3㊁4作为干扰输入,仿真结果如图5~7㊂(a)天线零陷方向图(b)天线零陷俯视图图5　七元同心圆阵对两个干扰抑制结果(a)天线零陷方向图(b)天线零陷俯视图图6　七元同心圆阵对三个干扰抑制结果(a)天线零陷方向图(b)天线零陷俯视图图7　七元同心圆阵对四个干扰抑制结果通过以上仿真结果,我们看到天线方向图均在干扰方向产生零点,说明基于PI 的七元同心圆调零天线可以同时抑制多个干扰信号㊂4　结束语 本文介绍了功率倒置算法,并推导论证了基于参考信号的最小均方误差模型㊁线性约束最小功率模型等两种模型的统一性,并给出一种同心圆形的布阵方式,通过信号级仿真,并对比Y 形26电子信息对抗技术㊃第35卷2020年11月第6期李成城,李鹏程卫星导航自适应调零天线抗干扰技术阵,验证了功率倒置算法的抗干扰能力,同时得出同心圆形阵在同等阵元数目的条件下有更优异抗干扰性能的结论㊂本文研究内容为后续的自适应调零抗干扰的深入研究奠定了基础㊂参考文献:[1]　熊志昂,李瑞红,赖顺香.GPS技术与工程运用[M].北京:国防工业出版社,2005.[2]　王超,吴德伟.自适应调零天线GPS抗干扰技术简析[J].全球定位系统,2003,(6):15-17. [3]　杨明.自适应调零GPS导航系统抗干扰性能仿真[J].无线电通信技术,2017(6):64-67. [4]　李鹏程,冉一航,王淑君,等.基于PI算法的自适应调零天线抗干扰技术研究[J].电子科学技术(北京),2016,3(4):471-474.[5]　石荣,邓科,李洲,等.两种功率倒置阵列天线调零模型的等效性分析[J].全球定位系统,2014,39(4):4-7.[6]　龚耀寰.自适应滤波[M].2nd ed.北京:电子工业工业出版社,2003.[7]　吕翠改,成传湘,陈国通,等.基于RLS与LMS算法的功率倒置阵列性能评估[J].西安邮电大学学报,2013(1):52-55,59.[8]　ROY N A,LARRY L H,KENNETH D S.AdaptiveMain-Beam Nulling for Narrow-Beam Antenna Arrays[J].IEEE Transactions on Aerospace&ElectronicSystems,1980,16(4):509-516.[9]　孙文超.导航接收机空时抗干扰算法的设计与实现[D].西安:西安电子科技大学,2015.(上接第45页) 本文通过模拟场景验证了电子对抗事件情报处理方法㊂模拟的场景为:某国家在某预定海域开展一项科研试验㊂利用电子对抗事件建模方法对该场景建模,模型主要描述了场景的电子目标国别㊁型号㊁位置㊁时间㊁雷达辐射源型号㊁信号样式㊁工作参数及其对应规则等㊂将模型规则符号化为EPL语言加载到事件处理引擎中,并利用上述框架对模拟数据进行事件情报处理,处理结果如图6所示㊂图中按照时序给出了事件情报处理结果,其中不仅能看出事件检测结果,还能清晰表征出事件状态切换状态㊂结果中包括特定目标两次进行试验事件和结束试验事件,以及每次事件生成时对应的目标国别㊁型号㊁位置㊁时间㊁辐射源型号㊁信号参数和工作模式等信息,这些信息均满足模型中的定义条件㊂事件情报处理结论可以通过表格和态势显示直观呈现给用户,实现认知层的情报产出㊂7摇结束语 本文主要基于工程经验和专家规则提炼电子对抗事件模型,利用电子对抗态势处理系统上报的实时态势数据,进行数据综合处理和事件情报规则检验,形成电子对抗事件情报,并将产生的电子对抗事件情报发送给态势处理系统,用于实时告警和辅助决策㊂该方法可以通过对电子目标战技性能㊁典型参数㊁信号样式㊁工作模式等要素的建模检测,实现对电子目标行为分析和预测㊂电子对抗事件情报处理方法实现电子对抗态势数据从传统的目标参数描述到事件状态和过程描述的提升,事件情报处理结果可以直接用于辅助联合作战指挥决策;通过一种跨平台㊁跨语言的电子对抗事件情报数据交互方法和处理引擎,实现了数据的高速传输和事件情报的快速生成处理,提供了自动化的电磁态势判读手段,相比传统的人工判读可以显著提高电磁态势判读效率和结果稳定性㊂参考文献:[1]　何恒靖,赵伟,黄松岭.复杂事件处理技术的应用现状及展望[J].计算机工程,2017,43(1):20-25. [2]　王娟.复杂事件处理技术在企业级数据处理中的应用[D].广州:华南理工大学,2012.[3]　李敏.基于分布式事件分发的复杂事件处理引擎的设计与实现[D].北京:北京邮电大学,2014. [4]　李洋.基于复杂事件处理的系统监控事件关联的研究与实现[D].上海:东华大学,2012. [5]　阴晓加,鞠时光,王英杰.基于复杂事件处理机制的RFID数据流处理方法[J].计算机应用,2009,29(10):2786-2790.[6]　王洪亚,张华庆,刘晓强.多核平台下Esper数据流管理系统性能分析研究[J].计算机工程,2016,42(9):15-20.[7]　蔡昭权,索剑,汪华斌,等.基于Esper和Nagios的网络监控系统设计与实现[J].计算机工程与科学,2012,34(9):8-11.36。