共形阵列天线的波束赋形设计与研究--《西北工业大学》2007年硕士论文
共形阵列天线的波束赋形设计与研究
【摘要】：随着阵列天线技术的发展，可与宇航飞行器、导弹、卫星等载体表面相共形的天线阵列在不破坏载体的外形结构及空气动力学特性的同时，可以满足天线工作的性能，成为天线领域一个研究热点。
本文主要对共形阵的波束赋形方法进行研究。首先总结讨论了三种常用的阵列形式，对它们的方向图函数特性进行了分析，介绍了两种常用的方向图综合方法。接着研究自适应天线阵理论和基于自适应理论的波束赋形算法，这种算法对阵元的方向性和空间分布没有限制，能够根据不同的要求，有效的对阵列方向图进行控制，并使用该算法对线阵和圆环阵列进行波束赋形设计；通过局部坐标变换引入共形阵列方向图函数的求解方法，建立圆柱共形阵列模型，对均匀激励的圆柱共形阵列的方向图进行分析和仿真，总结阵列参数对天线系统性能影响的特点。最后基于自适应天线阵理论，研究共形阵的赋形算法，并给出一种用于共形阵列天线三维方向图的波束赋形算法。该方法通过迭代获得一组最优阵元激励幅相加权值，可以同时在方位面和俯仰面对阵列主波束的方向、形状和副瓣电平进行控制。通过对圆柱共形阵列进行仿真计算得到满足设计要求的三维平顶波束和余割平方波束方向图，并将自适应天线阵理论应用到扇形圆柱阵列和圆台阵列的赋形设计中，证明这种算法可以对任意阵元构成的复杂排列的阵列进行有效的波束赋形和副瓣电平控制。
【关键词】：
【学位授予单位】：西北工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2007【分类号】：TN820.15【目录】：
Abstract5-8
第一章 绪论8-14
1.1 研究背景及意义8-9
1.2 阵列天线综合方法的发展9-11
1.2.1 阵列天线的综合方法9-10
1.2.2 共形阵列天线综合方法的研究概况10-11
1.3 自适应阵列技术的发展11-12
1.4 本文研究的主要内容12-14
第二章 天线阵列的综合14-22
2.1 阵列天线研究14-18
2.1.1 直线阵列14-16
2.1.2 平面阵列16-17
2.1.3 圆形阵列17-18
2.2 传统的天线阵综合方法18-20
2.2.1 契比雪夫多项式综合方法18-19
2.2.2 泰勒综合方法19-20
2.3 本章小结20-22
第三章 基于自适应理论的方向图综合方法22-31
3.1 自适应天线原理22-24
3.2 基于自适应理论的方向图综合方法24-30
3.2.1 基于最大信噪比准则的自适应方向图综合方法24-25
3.2.2 基于最小均方差准则的自适应方向图综合方法25-27
3.2.3 算例仿真27-30
3.3 本章小结30-31
第四章 共形阵列的建模与分析31-40
4.1 共形阵方向图函数的建立方法31-33
4.1.1 一般阵列方向图函数的求解方法31-32
4.1.2 共形阵方向图函数的求解方法32-33
4.2 圆柱共形阵列方向图特性分析33-39
4.2.1 圆柱共形阵列方向图函数33-37
4.2.2 引入有向阵元的圆柱共形阵列37-39
4.3 本章小结39-40
第五章 自适应理论在共形阵列综合中的应用40-50
5.1 共形阵列波束赋形设计40-44
5.1.1 圆柱阵列的赋形设计40-43
5.1.2 引入有向阵元的圆柱阵列的赋形设计43-44
5.2 共形阵列的三维波束赋形设计44-49
5.2.1 圆柱阵列的三维波束赋形44-45
5.2.2 引入有向阵元的圆柱阵列三维波束赋形设计45-49
5.3 本章小结49-50
第六章 扇形圆柱阵列和圆台阵列的波束赋形设计50-57
6.1 扇形圆柱阵列50-54
6.1.1 扇形阵列的方向图特性50-51
6.1.2 扇形圆柱阵列51-52
6.1.3 扇形圆柱阵列的赋形设计52-54
6.2 圆台共形阵列54-56
6.3 本章小结56-57
第七章 结束语57-58
参考文献58-62
发表论文情况62-63
欢迎：、、)
支持CAJ、PDF文件格式
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库
李楠;[D];太原理工大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库
丁君;王珺;郭陈江;许家栋;;[J];微波学报;2005年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库
尹柳中;刘运林;卫涛;;[J];四川理工学院学报(自然科学版);2007年01期
苏雁泳;吴华明;徐媛媛;毕林林;;[J];通信技术;2010年12期
丁君;王珺;郭陈江;许家栋;;[J];微波学报;2005年06期
王伟;曹祥玉;王帅;刘涛;;[J];微波学报;2008年06期
宁晓菊;梁军利;张远航;;[J];现代电子技术;2006年11期
姚旭;曹祥玉;陈沫;;[J];现代电子技术;2008年08期
卜安涛,史小卫,李平;[J];西安电子科技大学学报;2003年06期
邓敬亚;张小苗;尹应增;刘其中;;[J];西安电子科技大学学报;2011年05期
田可;李彪;杨向华;;[J];现代雷达;2009年03期
包子阳;陈客松;何子述;韩春林;;[J];现代雷达;2009年04期
中国重要会议论文全文数据库
赵艳秋;宗鹏;滕飞;刘斌;;[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库
齐飞林;[D];西安电子科技大学;2010年
余川;[D];电子科技大学;2002年
杨世海;[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
谢玉堂;[D];中国科学技术大学;2006年
陈客松;[D];电子科技大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库
杨继波;[D];电子科技大学;2011年
贾学翠;[D];大连海事大学;2011年
王红哲;[D];河南大学;2003年
杨林;[D];哈尔滨工程大学;2004年
刘宏奏;[D];西南交通大学;2006年
杜晓玉;[D];河南大学;2006年
黄茜;[D];电子科技大学;2006年
王岩;[D];南京航空航天大学;2006年
毕佳明;[D];哈尔滨工业大学;2006年
王玮;[D];哈尔滨工业大学;2006年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库
李金花,金荣洪,盛严慈;[J];上海交通大学学报;2003年03期
孙承意,谢克明,程明琦;[J];太原理工大学学报;1999年05期
杨丽娜,丁君,郭陈江,许家栋;[J];微波学报;2005年02期
李绪平;赵交成;段霞霞;张金刚;;[J];微波学报;2007年06期
孙立朝;王布宏;段艳丽;;[J];微计算机信息;2009年23期
夏冬玉,秦建军,张厚,刘其中;[J];现代电子技术;2003年11期
韩明华,袁乃昌;[J];现代雷达;1998年06期
谢克明;邱玉霞;;[J];系统工程与电子技术;2007年02期
王玉峰;李岳霖;曹志华;柯林;庞伟正;;[J];应用科技;2006年11期
沈伟利;[J];郑州铁路职业技术学院学报;2005年01期
中国硕士学位论文全文数据库
赵雅靓;[D];河南大学;2005年
李颖;[D];国防科学技术大学;2004年
韩荣苍;[D];电子科技大学;2006年
王玉峰;[D];哈尔滨工程大学;2007年
杨钊;[D];北京邮电大学;2008年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库
杜清亮;[D];太原理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库
张莉,李世智;[J];系统工程与电子技术;1993年07期
&快捷付款方式
&订购知网充值卡
400-819-9993
《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司
同方知网数字出版技术股份有限公司
地址：北京清华大学 84-48信箱 知识超市公司
出版物经营许可证 新出发京批字第直0595号
订购热线：400-819-82499
服务热线：010--
在线咨询：
传真：010-
京公网安备74号天线原理_图文_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
文档贡献者
评价文档：
大小：1.45MB
登录百度文库，专享文档复制特权，财富值每天免费拿！
你可能喜欢GPS接收机抗干扰自适应天线的设计85
上亿文档资料，等你来发现
GPS接收机抗干扰自适应天线的设计85
第３１卷第７期２００９年７月；文章编号：１００１―５０６ｘ（２００９）０７―１；系统工程与电子技术；ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅ；Ｖ０１．３１Ｎｏ．７；Ｊｕｌ．２００９；ＧＰＳ接收机抗干扰自适应天线的设计；起，朱畅，袁乃昌；（国防科技大学电子科学与工程学院，湖南长沙４１０；要：针对自适应算法实现过程中运算量大的问题，提出；方法；关键词：卫
第３１卷第７期２００９年７月文章编号：１００１―５０６ｘ（２００９）０７―１５５６―０４系统工程与电子技术ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＶ０１．３１Ｎｏ．７Ｊｕｌ．２００９ＧＰＳ接收机抗干扰自适应天线的设计冯起，朱畅，袁乃昌（国防科技大学电子科学与工程学院，湖南长沙４１００７３）摘要：针对自适应算法实现过程中运算量大的问题，提出了数字与模拟相结合实现功率倒王自适应处理的方法。这种方法减小了数字信号处理部分的计算量，并为有用信号提供了一个独立的射频通道，提高了系统处理的实时性，而且降低了系统的复杂程度。通过实验验证了功率倒置阵的抗干扰特性，给出了在不同的角度上存在干扰信号时系统的稳态方向图的测试结果。与ＧＰＳ接收机的对接测试表明，该自适应天线系统能大大提高接收机的抗干扰能力，而且易于对现有接收机进行升级。关键词：卫星导航；自适应阵；功率倒置；ＧＰＳ接收机中图分类号：ＴＮ９７３文献标志码：ＡＤｅｓｉｇｎｏｆａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇａｄａｐｔｉｖｅａｎｔｅｎｎａｓｆｏｒＧＰＳｒｅｃｅｉｖｅｒｓＦＥＮＧＱｉ，ＺＨＵＣｈａｎｇ，ＹＵＡＮＮａｉ―ｃｈａｎｇ（Ｃｏｌｌ．ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖ。ｏｆＤｅ“ｒｉｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅａｎａｌｏｇａｎｄｄｉｇｉｔａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ａｎｅｗｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒ―ｉｎｖｅｒｓｉｏｎａｄａｐ―ｔｉｖｅａｒｒａｙｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．ＤｕｅｔＯｔｈｅｎｅｗｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｐｅｒｆｃｌｒｍａｎｅｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｗｈｉｌｅｔｈｅａｒｒａｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ．Ａｐｏｗｅｒ―ｉｎｖｅｒｓｉｏｎａｄａｐｔｉｖｅａｒｒａｙｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｔｅｓｔｅｄ．Ｓｏｍｅｔｒａｔｅｐａｔｔｅｒｎｓｔｈａｔｉｌｌｕｓ―ｔｈｅａｎｔｉ－：ａｍｍｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｎａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｉｎｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅａｎｅｃｈｏｉｃｃｈａｍｂｅｒ．Ａｎｅｘｐｅｒｉ―ａｒｅｍｅｎｔｉｓｄｏｎｅｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅａｒｒａｙｗｏｒｋｉｎｇｗｉｔｈａＧＰＳｒｅｃｅｉｖｅｒ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓａｔｅｌｌｉｔｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎ；ａｄａｐｔｉｖｅａｒｒａｙ；ｐｏｗｅｒ－ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ；ＧＰＳｒｅｃｅｉｖｅｒ０引言字与模拟相结合实现功率倒置自适应处理的方法，研制出了实际的自适应天线系统并进行了测试，最后给出了实验的结果。以全球定位系统（ＧＰＳ）为代表的卫星导航系统利用导航卫星提供的信息进行导航与定位。但是，由于卫星信号十分微弱，特别容易受到无意的射频干扰和敌方有意释放的干扰的影响而丧失导航定位功能［１］。自适应天线技术是一种有效的抗干扰措施，设计较好的自适应天线可将ＧＰＳ接收机抗干扰能力提高４０ｄＢ～６０ｄＢ。ｌ功率倒置阵“功率倒置”是指自适应阵将两个接收到的信号的功率比倒置过来的能力。功率倒置阵与Ｈｏｗｅｌｌｓ―Ａｐｐｌｅｂａｕｍ阵本质上是相同的，但是对于功率倒置阵来说，是不需要预先知道有用信号的到达角的［４…。１．１阵列结构功率倒景阵的基本结构如图１所示［６］。阵列的第一支路的加权系数始终为１（或某一固定的ＧＰＳ到达地面的信号功率非常微弱，对于ＢｌｏｃｋＩＩＲ－Ｍ和ＢｌｏｃｋＩＩＦ卫星，ＧＰＳ到达地面时的最小信号功率分别为一１５８．５ｄＢＷ（Ｃ／Ａ码）和一１６１．５ｄＢＷ（Ｐ码）［２］，信号电平深埋在热噪声以下。ＧＰＳ采用扩频通信体制，对于压制式干扰，一般认为Ｃ／Ａ码接收机的抗干扰裕度为２５ｄＢ，Ｐ码接收机的抗干扰裕度在４３ｄＢ左右［３］。即要对ＧＰＳ接收机起到干扰的效果，则干扰信号的功率要比ＧＰＳ导航信号的功率高２５ｄＢ以上。对于这种在强的干扰信号环境中确保弱的有用信号的接收的应用，适合选择功率倒置自适应阵。但是自适应算法的实现运算量很大，对信号处理部分硬件电路要求高，且实时性难以保证。本文提出了一种数收稿日期：２００８一０３―１１ｌ修回日期：２００８―０５一１９。常数）。自适应算法选择［劬，＂ｔ．Ｕ３，…，ｔ％］的最佳值使输出功率最小，从而使阵列方向图在干扰方向形成零点。功率倒置阵的最佳权值由下式决定‰＝口Ｒ－。１５０＊（１）式中，Ｒ。一Ｅ｛善’ＸＴ｝为输入矢量的相关矩阵；‰一［１，０，…，ｏ］１决定了无干扰时阵列的方向图，称为转向矢量（ｓｔｅｅｒｉｎｇｖｅｃｔｏｒ）；口为任意常数。作者简介：冯起（１９８０一），男，博士研究生，主要研究方向为微波干扰与抗干扰技术，自适应天线技术等。Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｅｎｇｑｉ＠ｎｕｄｔ．ｅｄｕ．ｃｎ万方数据第７期冯起等：ＧＰＳ接收机抗干扰自适应天线的设计?１５５７?ＪＩＸｚ‘图１功率倒置阵若记工７一［ｚ２，…，ｚＭ］７９＝Ｅ｛工“ｚｌ｝Ｒ：＝Ｅ（ｘ“苫竹）式中，工７为阵列可调部分的输入矢量。则输入矢量的相关矩阵可表示为下面的分块矩阵如２［：芝］㈣式中，Ｐ。＝Ｅ｛ｘ｝｝为固定支路的输入功率。最佳加权矢量可表示为‰＝ｆ■ｌ（３）Ｌｗ０。Ｊ式中，峨＝［％。…，％。］７为町调部分的最佳加权矢量。将式（２）和式（３）代入式（１），可得Ｒ２’．，乙。一一训?中把第一支路的信号作为需要信号，则功率倒置阵的加权值可采用ＬＭＳ算法实现自适应调整。１．２阵列性能以二元阵为例进行分析，既可以简化分析过程又足以说明问题。设二元阵由两个全方向的阵元组成，考虑空问存在一个干扰信号和一个有用信号的情况。则第ｉ个阵元的输出信号可表示为３７ｆ＝ｄｆ＋ｊ。＋％，ｉ＝１，２（４）式中，ｄ；为第ｉ个单元输出的用信号分量，ｊ；为第ｉ个单元输出的干扰信号分量，咒；为第ｉ个单元输出的噪声。式中省略了时间变量ｔ。每个阵元上接收到的有用信号功率表示为Ｓ。，干扰信号功率为ｓ，，噪声功率为，。选择ｓ。＝［１ｏ］７，则功率倒置阵的稳态权值为ｎ吲１ｗ＝去［１＋Ｋ＋磁ｄ＋殿，，一磁ｄ田一心；Ｐ１］’（５）式中，Ｋ为对噪声功率归一化的环路增益；岛＝Ｓ。／矿和毫＝Ｓ；／矿分别为有用信号的信噪比（ＳＮＲ）和干扰信号的信噪比（干噪比，ＩＮＲ）；ｍ和ＩＤ。分别为两阵元问有用信号和干扰信号的归一化相关系数；Ｄ＝（１＋Ｋ＋Ｋ＆＋Ｋ￡）２一ＩＫ已雕一Ｋ￡Ｐ；Ｉ。由此可以计算出经过加权后阵列输出信号中有用信号的功率ｎ、干扰信号的功率只和噪声的功率Ｐ。如下万方数据Ｐｄ＝（Ｓｄ／ｚ１９２）｛（１＋Ｋ＋Ｋ＆＋Ｋ＆）?［１＋Ｋ＋Ｋ已（１―２Ｉ阻ｌ２）＋Ｋ＆（１―２Ｒｅ｛ｐｉｐ２｝）］＋ＩＫ手ｄｐｄ＋蜒ｉ｜Ｄ。Ｉ２｝（６）Ｐ；；（Ｓ。／２Ｄ２）｛（１＋Ｋ＋Ｋ已＋Ｋ＆）?［１＋Ｋ＋Ｋ＆（１―２Ｒｅ｛卯？））＋磁；（１―２Ｉ肛Ｉ２）］＋Ｉ嫩一阻＋磁。ＪＤ；㈩（７）Ｐ。＝（，／ｚｌＹ）［（１＋Ｋ＋Ｋ＆＋Ｋ＆）２＋Ｋ手ｄｍ＋Ｋ手；Ｐ。ｌ２］（８）阵列输出的信干噪比（ＳＩＮＲ）为ＳＩＮＲｏ。一Ｐｄ／（Ｐ。＋Ｐ。）（９）设输入端有用信号的ＳＮＲ为一２０ｄＢ，即＆一０．０１。根据式（６）～式（９）可以得到环路增益Ｋ取不同值时，阵列输出ＳＩＮＲ与输入ＩＮＲ的关系曲线如图２所示。兽＼垂骂癣――：Ｋ＝１０；……－?：Ｋ＝Ｉ；一一…：―Ｉ㈨．１：…?－：Ｋ＝０．０１输入ｒＮＲ／ｄｎ图２输出ＳＩＮＲ与输入ＩＮＲ的关系’由图２可以看出，对于任意一个给定的Ｋ值，随着输入ＩＮＲ的增加，输出ＳＩＮＲ先出现了下降的趋势，这是由于此时干扰信号太小而不足以影响功率倒置阵的权值；随着干扰信号的继续增大，功率倒置阵将开始调整权值抑制干扰信号，因为干扰信号被抑制，所以输出ＳＩＮＲ又开始上升。这是功率倒置阵的特点，也说明ｒ功率倒置阵只对强信号进行抑制，而有利于弱信号的接收。２系统设计如果完全用数字的方式实现自适应算法，则由于计算量过大导致对信号处理部分硬件要求太高，且系统实时性差呻］。另外，系统的采样量化既要照顾到较强的干扰信号，又要保留弱的有用信号，需要Ａ／Ｄ量化部分有足够的动态范围‘…。本文采用了一种数字与模拟相结合实现功率倒置自适应处理的方法，将自适应处理算法分成两个部分，分别由数字电路部分和模拟电路部分完成。具体做法是，将自适应处理算法中的加权合成运算部分用模拟的微波矢量调制器¨叫和功率合成器实现，而数字信号处理部分只负责实时计算自适应阵列的加权值。图３所示为采用这种方案的一个四通道功率倒置阵系统的组成框图。其中的“自适应权值计算”模块为数字电路部分，而“加权合成网络”模块为模拟处理电路部分，这两个模块协同完成了自适应处理算法。?１５５８?系统Ｔ程与电子技术第３１卷图３自适应天线系统框图采用这种方法主要有两个优点：一是由于将自适应算法环路中的加权合成运算分离出来采用模拟的方式实现，数字电路部分只负责计算阵列的权值，所以需要完成的复数乘法运算与加法运算的数量就减少到只有原来的一半，这就降低了对信号处理部分硬件的要求，提高了处理的实时性，而且由于不需要对有用信号进行采用，降低了对Ａ／Ｄ动态范嗣的要求；另一方面，由于采用了模拟的矢量调制器直接在射频频段上对各路信号进行加权合成，所以系统具有独立的射频通道，避免ｒ量化过程对有用信号功率造成的损失，且因小再需要上变频过程而降低了硬件的复杂度。图３所示的系统中，天线阵由四个天线单元组成，一个作为主天线，其余三个为辅助天线。前置放大器模块中包括一个主通道和三个辅助通道，分别接收来自主天线和辅助天线的信号。加权合成网络由宽带矢量调制器［１∞和功率合成器组成。这三个部分组成了完整的射频信号通道。自适应权值计算模块则根据辅助通道的信号和阵列输出信号的采样值实时计算阵列加权值。由于计算量大大减小，自适应权值计算可以用一片中等规模的ＦＰＧＡ芯片完成。从结构上系统可分为两大部分：天线阵列和自适应处理模块。天线阵列的不同排列方式决定ｒ阵列在空中能够形成的零陷的方向和形状。因此在实际应用中，根据干扰场景的不同情况，合理地排列阵元组成阵列可以充分地利用有限的自由度，并达到理想抗干扰效果。自适应处理模块如图４所示。图４自适应天线信号处理模块图４中的自适应处理器模块包括了图３中的前置放大器、加权合成网络和自适应权值计算三个模块。如果实际万方数据应用中天线阵与自适应处理器模块距离较远，则应该将前置放大器模块中的低噪声放大器分离出来跟在每个阵元后面，以改善系统的噪声系数指标。３抗干扰性能测试在抗干扰原理方面，自适应天线系统是通过调整阵列的方向图在干扰的方向形成零陷，阻止干扰信号进入接收机，从而达到抗干扰的目的。因此，可以通过测试自适应天线系统在有干扰存在时的稳态方向图，检验形成的零点和零点的位置。在应用方面，自适应天线系统的目的是为卫星导航接收机提供抗干扰能力。所以，通过与卫星导航接收机的对接，可以检验自适应天线系统能够带来的导航接收机抗干扰性能的提高。３．１稳态方向图测试天线阵稳态方向图和阵列的形状有关。如果天线阵是线阵，则有干扰时方向图的零陷是沿垂直天线阵列轴线方向呈带状的。如果天线阵是圆阵，则有干扰时方向图的零陷是指向干扰的一个坑。要测得详细的空间方向图，至少需要用方位＋俯仰两维天线测试转台，如国产ＳＷＺ系列等。下面的测试所用的天线阵是四元圆阵，但由于是一维（水平）转台，所得结果为天线阵列水平方向的方向图。为了进行方向图的测试，在自适应天线系统中设置了“权值锁定”的功能。在有干扰的情况下，自适应天线系统调整各个通道的加权值最终收敛到稳态，此时将各个通道的权值锁存起来，使自适应天线系统成为一个有固定方向图的天线阵列，再测试在固定权值下天线阵列的方向图。测试结果如图５所示。图中Ｏ。方向为自适应天线阵面的法线方向，法线左边角度值为负，右边角度值为正，１８０。方向为天线阵的背瓣方向。―１０―．一¨一＾＾０一一一一一一一一一一１８０（ａ）干扰信号到达方向为６０。０蘩攒藕。澎，’条迹』一ｊ／１５０黪（”干扰信号到达方向为－４５。图５有干扰时阵列的稳态方向图第７期冯起等：ＧＰＳ接收机抗干扰自适应天线的设计?１５５９?当干扰信号的到达角为６０。时，测得的自适应阵列的稳态方向图如图５（ａ）所示，很明显此时系统的方向图在６０。方向形成了一个零点。当干扰信号的到达角变为一４５。时，自适应阵列的稳态方向图的测试结果如图５（ｂ）所示，此肘阵列方向图的零点调整到了一４５。的方向。即自适应天线系统总是能够调整阵列的方向图在于扰到达角方向形成零陷，达到抑制干扰信号的目的。３．２与ＧＰＳ接收机对接测试本节采用比较的方法测试自适应天线对ＧＰＳ接收机抗干扰能力提高的作用。选用两台同一型号的ＧＰＳ接收机，将其中一台接收机的天线卸掉，换成自适应天线，然后将自适应天线阵和另一台接收机的天线相邻放置，并且朝向一致，保证同一信号到达两个天线口面时信号强度和到达角一致。对应某一个干扰信号入射角度，逐渐增加干扰信号的强度，用计算机记录两台接收机输出的ＳＮＲ，并比较失锁门限的差异。这个差值就是自适应天线系统为ＧＰＳ接收机提供的抗干扰能力。图６所示为干扰信号的功率逐渐增加时两台接收机的输出载噪比的变化趋势，其中的每一条曲线对应一颗卫星信号的载噪比。毫鬲ｚ皇ｔ＝一缫二即昭罾击魁圜目乏丑｛蹬销Ｉｌ时间／ｓ（ａ）增加了自适应天线系统的ＧＰＳ接收机＿―～鼢２∞勺落、Ｊ＼舞鏊繇０时间／ｓ（ｂ）普通ＧＰＳ接收机图６ＧＰＳ接收机抗干扰性能测试图６（ａ）的曲线为采用了自适应天线的ＧＰＳ接收机的结果，图６（ｂ）的曲线为没有采用自适应天线的普通ＧＰＳ接收机的结果。用信号源产生功率可调的干扰信号，以信号源输出功率指示干扰信号的相对大小，干扰发射功率从－－９０ｄＢｍ开始，以１０ｄＢｍ为间隔逐渐增加到１０ｄＢｍ，每个万方数据功率点停留时间３０ｓ。由测试结果可以看出，普通ＧＰＳ接收机在干扰发射功率为一５０ｄＢｍ时已经失锁无法正常工作，此时自适应阵抗干扰接收机ＳＮＲ也有所下降，这与１．２节所描述的功率倒置算法特点是一致的。在干扰功率继续增加以后，由于功率倒置阵开始对消干扰信号，抗干扰接收机ＳＮＲ又开始上升到较高水平。与图２不同的是，当干扰功率继续增大时，ＳＮＲ并没有一直维持在较高的水平，而是开始逐渐下降。这是由于图２的结果是对功率倒置算法性能的理想的分析，而在工程实践中，由于元器件性能指标的限制，当干扰信号功率很强时，系统的射频前端将会达到饱和并引起信号失真，影响了对干扰信号的对消效果。所以在干扰发射功率增加到１０ｄＢｍ时采用了自适应天线系统的ＧＰＳ接收机开始出现失锁，已达到了自适应天线系统抗干扰能力的上限。由测试结果可见，自适应天线系统对于改善ＧＰＳ导航接收机的抗干扰性能具有非常明显的效果。另外，该系统的自适应算法具有相对较宽的带宽，只需要改变射频通道的中心频率和带宽，就可以用于北斗或其它系统。４结束语目前。没有任何一种抗干扰措施可以对抗所有形式的干扰，在导航战中，干扰技术和抗干扰技术都是在不断地发展和创新。在抗干扰方面，必须研究并综合应用各种可能的抗干扰措旌，才能最大限度地确保卫星导航系统在干扰环境下的完好可用性。参考文献：Ｆ１］ＫａｐｌａｎＥＤ．ＧＰＳ原理与应用［Ｍ］．邱致和，王万义，译．北京；电子工业出版社，２００２．［２］ＩＳ－ＧＰＳ－２００Ｄ：ＮａｖｓｔａｒＧＰＳｓｐａｃｅｓｅｇｍｅｎｔ／ｎａｖｉｇａｔｉｏｎｕｓｅｒｉｎ―ｔｅｒｆａｅｅｓｒｓ］．ＥｌＳｅｇｕｎｄｏ：ＡＲＩＮＣ，２００４．［３］熊志昂，李红瑞，赖顺香．ＧＰＳ技术与工程应用ＥＭ－ｉ．北京：国防工业出版社，２００５．［４］ＣｏｍｐｔｏｎＲＴ．Ｔｈｅｐｏｗｅｒｉｎｖｅｒｓｉｏｎａｒｒａｙ：ＣｏｎｃｅｐｔａｎｄＰｅｒ―ｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＡＥＳ。１９７９，１５（６）：８０３―８１４．Ｅ５］ＣｏｍｐｔｏｎＲＴ．Ａｄａｐｔｉｖｅａｎｔｅｎｎａｓ：ｃｏｎｃｅｐｔｓａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＩ－Ｍ］．Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ（ＮＪ）：ＰｒｅｎｔｉｃｅＨａｌｌ，１９８８．［６３龚耀寰．自适应滤波［Ｍ］，第２版．北京：电子工业出版社，２００３．ＦＴ］石镇．自适应天线原理［Ｍ］．北京：国防工业出版杜，１９９０．［８］廖群，郑建生，黄超．ＧＰＳ自适应抗干扰算法及其ＦＰＧＡ实现［Ｊ］．现代雷达，２００６，２８（４）：７９―８５．性能的影响ＥＪ］．宇航学报，２００４，２５（２）：２３５―２４０．学报，２００６，２２（Ｚ）：５５―５８．［９］卢艳娥．谈展中，杨军，等．Ａ／Ｄ量化对ＧＰＳ接收机自适应天线［１０］朱畅，袁乃昌．一种宽带矢量调制器的设计及其应用［刀．微波GPS接收机抗干扰自适应天线的设计作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：冯起， 朱畅， 袁乃昌， FENG Qi， ZHU Chang， YUAN Nai-chang国防科技大学电子科学与工程学院,湖南,长沙,410073系统工程与电子技术SYSTEMS ENGINEERING AND ELECTRONICS)0次 参考文献(10条) 1.Kaplan E D.邱致和.王万义 GPS原理与应用 20022.IS-GPS-200D:Navstar GPS space segment/navigation user interfaces 20043.熊志昂.李红瑞.赖顺香 GPS技术与工程应用 2005<pton R T The power inversion array:Concept and Performance 1979(pton R T Adaptive antennas:concepts and performance 19886.龚耀寰 自适应滤波 20037.石镇 自适应天线原理 19908.廖群.郑建生.黄超 GPS自适应抗干扰算法及其FPGA实现[期刊论文]-现代雷达 2006(4)9.卢艳娥.谈展中.杨军.许嘉林.丁子明 A/D量化对GPS接收机自适应天线性能的影响[期刊论文]-宇航学报 .朱畅.袁乃昌 一种宽带矢量调制器的设计及其应用[期刊论文]-微波学报 2006(2) 相似文献(7条)1.期刊论文 冯起.朱畅.袁乃昌.FENG Qi.ZHU Chang.YUAN Nai-chang 卫星导航接收机自适应阵仿真测试评估 -电波科学学报)卫星导航接收机自适应天线系统能够对消干扰,保证在射频干扰和敌方释放干扰存在的情况下正常提供导航定位功能.为了评估自适应天线的抗干扰能力,必须建立适当的测试环境和测试方法.提出的一种在暗室中进行自适应天线测试的方法,具有保密性好,保证测试环境和外界互不干扰等优点.给出了自行研制的一种导航接收机自适应天线的测试结果.2.期刊论文 李敏.刘小汇.王瑛.王飞雪.LI Min.LIU Xiao-hui.WANG Ying.WANG Fei-xue 新的GPS自适应阵的选星方法 -通信学报)提出了2种新的自适应阵选星方法:加权GDOP准则下的自适应阵选星方法给出了自适应阵选星的性能极限;为减少计算代价,提出近似加权GDOP准则下的自适应阵选星方法.这2种自适应阵选星方法的性能均全面优于常规GPS选星方法,不但定位精度有明显提高,而且干扰环境下的卫星信号可用率从40%分别提高到60%以上和90%以上.3.学位论文 张文明 卫星导航系统干扰抑制技术 2002论文主要研究两部分内容,一是采用多天线信号处理技术实现干扰抑制,二是干扰环境中信号捕获问题.主要工作如下:第二章研究多径干扰抑制问题.其次分析了多么信号对小范围多天线系统的影响.最后,利用小范围多天线系统中多径信号对接收机码环、载波环及信噪比影响的相关性,提出了基于扩展卡尔曼滤波器的多径干扰抑制技术,解决了近距多径信号的抑制问题.第三章研究卫星导航系统中天线姿态确定问题.首先,系统介绍了GPS定姿中有关的坐标系统和当前常用的定姿算法.其次,结合自适应阵抗干扰方法和卫星信号DOA估计方法,提出了具有抗干扰能力的定姿接收机结构和算法,算法在准确跟踪卫星并得到伪码相位和多普勒的同时,完成姿态确定.最后,作为各种定姿系统的补充,提出了基于信噪经的定姿算法,算法要求天线数目较少,亦可用于整周模糊数的搜索范围确定.第四章研究自适应阵干扰抑制技术.首先分析了自适应阵最优权值和性能,进而根据卫星导航信号极弱的特点,改进了基于特征结构子空间的自适应阵结构,应用于导航信号干扰抑制,与最佳权值自适应阵相比,在干扰抑制性能上优于前者.第五章研究GPS信号检测及捕获问题.分析了采用包络检测器及采用平方律检测器数字码环检测特性,以平方律检测器为例分析其捕获特性.分析结果对长周期离列伪随机码直接捕获具有重要参考价值.论文最后进行了总结,指出进一步研究方向.4.会议论文 王瑛.刘小汇.王飞雪 基于可用率的自适应阵抗干扰性能评估 2007可用率是在各种信号干扰环境中接收机能够工作的概率。采用可用率评估自适应阵性能,包括平均可用率、干扰方向条件可用率和信号方向条件可用率三种形式。数值结果表明,可用率比信干噪比等指标能更全面地反映阵列抗干扰性能。最后探讨了可用率的测试方法及误差分析。5.期刊论文 张琳.初海彬.张乃通.Zhang Lin.Chu Haibin.Zhang Naitong 卫星导航用户机空时滤波抗干扰技术 -北京航空航天大学学报)卫星导航用户机在多个干扰源(包括宽带和窄带)或导航信号和干扰信号空间角谱接近的情况下,系统定位精度降低甚至无法满足定位要求.为此提出具有方向约束条件的改进联合空时处理算法,将干扰源来向检测和获取的导航卫星信息作为条件约束判据引入联合空时滤波处理算法,在抑制干扰信号的同时使靠近干扰源来向的卫星信号正常接收.仿真表明,在有限阵元规模情况下,保证干扰信号的高抑制度(大于40 dB),并提高干扰抑制自由度,最重要的是当导航卫星信号与干扰信号的空间角谱接近时(10°左右),在部分区域内有效抑制干扰的同时接收机仍然能够正常工作.该算法在一定程度上提高区域导航卫星系统在复杂电子环境下的抗干扰能力.6.期刊论文 王瑛.王飞雪.Wang Ying.Wang Fei-xue 一种新的阵列通道失配仿真模型 -电子与信息学报)包含各类专业文献、幼儿教育、小学教育、高等教育、外语学习资料、文学作品欣赏、专业论文、GPS接收机抗干扰自适应天线的设计85等内容。　
　设计) 基于全球卫星定位系统(GPS)接收天线的抗干扰研究 摘要 全球定位系统(GPS,...GPS接收机抗干扰自适应天... 6页 免费 全球卫星定位系统与公共... 4页 免费... 　它指为减少确定空间/时域发射而设计的实时可操 作...接收机天线采用自适应天线阵技术来提高其接收灵敏度;自适应调零天线技术是提高 GPS 接收机抗干扰的重要... 　圆环阵列天线的自适应抗干扰技术_理学_高等教育_教育...我国在上个世纪 80 年代中期开始引进 GPS 接收机,...提高天线接收信号的效能,已成 为天线设计与应用的... 　由于到达 GPS 接收机的信号相当微弱,加上信道环境中的复杂电 磁干扰,采取有效...适应算法进行了比较,推导了功率倒置算 法,并对自适应调零天线抗干扰性能进行了... 　使卫星天线辐 射不能对准地面 , 从而使地面接收不...3GPS 干扰和抗干扰技术 3.1 全球定位系统抗干扰的...时域自适应处理:时域滤波器 可以以低的成本抑制多个... 　有源天线的主要目的是补偿天线至接收机的电缆损耗,对于天线和 接收机比较接近的...要有好的抗干扰和隔离设计,由于 GPS 信号属于弱信号,信号强度在 -130dBm 左右... 　GPS干扰与抗干扰技术研究 4页 免费 GPS抗干扰天线技术...通过接收机的射频滤波器对接收机造成影响;环境 干扰...当设计 A/D 在中频采样时,采样 频率满足带通采样... 　16 自适应地提高抗干扰性的 WLAN 接收机,所述方法...电路板设计,以及具体的电路板和/或对这些电路板组 ...一个带通 滤波器 202 接收输入信号从天线 201 ...