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1、弱GPS信号抗干扰特性仿真研究邸瑞辉(北京航空航天大学电子信息工程学院，北京，100083)摘要：本文提出了一种采用圆环阵列天线，利用最小范数算法和线性约束最小方差算法对弱GPS信号的干扰信号进行抑制的方法，并分别针对天线阵元数目固定和可变以及干扰信号固定和可变等多种情况进行了仿真和分析。GPS信号的功率电平假设为-175dBW,干扰信号的功率值在(-lOOdBW140dBW)范围内可变。仿真结果表明，圆环天线阵列能精确的判定干扰信号的来波方向，强功率干扰信号的受抑制程度要比弱功率干扰信号大，该方法
2、能很好的改善对来波干扰信号的赋零深度。关键词：圆环阵列天线；最小范数算法(Min-nonn);线性约束最小方差算法(LCMV);全球定位系统(GPS)和A(")=2基于圆环阵列天线的最小范数和线性约束最小方差算法2.1基于圆环阵列天线的最小范数算法考虑到在均匀分布的由M个天线阵元组成的环形天线阵列上接收的信号是所有在远场情况F入射信号和噪声的线性组介，因此有：X=Vu+N(1)y=w7/X(2)其中,X(n)=(Xj(n)x2(n)•••xM(n))T是Mxi的向量,引言在导航领域里，GPS接收机是
3、能够精确确定用户位直的最好设备之一，并广泛用于民用和军事领域。但传输到地面接收机后的GPS信号功率电平大约为-160dBW,通常情况下，这比接收机热噪声低人约20〜30dBW[l],也就是说，该信号潜伏在热噪声以下传播。如果携带GPS接收机的用户穿越桥梁、城市峡谷或者森林等,信号强度会进一步衰减，衰减后的GPS信号更容易受到T扰信号的影响。自适应天线能够很好的消除这种类型的干扰。它利用一些天线对消技术來确定干扰的來波方向，例如，基于干扰信号功率的功率反演算法(P1)[2-5],多重信号分类算法(MU
4、SIC)[6],最小规范算法(Min-norm)[7],线性约束最小方差算法(LCMV)等。当处理携带有T扰信号的GPS信号时，白适应天线的主要H的就是将干扰信号的功率水平降低到—•定的程度，然后利用扩频技术将有用信号提取出来。本文第2部分对信号的抗干扰模型结构进行了介绍，第3部分对基于鬪环阵列天线的最小范数算法、线性约束最小方差算法进行了分析。第4部分,给出了该算法的仿真过程，并对仿真结果进行了分析。环阵列GPS天线的结构模型用于接收卫星无线电波的天线有各种各样的类型，对于阵列天线而言，有M元均匀
5、分布的线性阵列天线，有M元均匀分布的圆环阵列天线，还有矩形阵列天线筹。对于一维线性阵列天线而言，其最人缺点是对信号的来波方向判断不准(只能判断一维来波方向)，而岡环阵列天线能够精确的判断信号的来波方向(能够判断二维来波方向)，因此，这里采用圆环阵列天线作为GPS的抗干扰天线。由于GPS卫星距离地球表而的距离非常远，所以，在远场情况下，天线阵列总的电磁场辐射强度可表示为：图1：GPS信号抗干扰模型结构示意图假设，M个无穷小的偶极了均匀分布在岡环上，该圆环半径为b,b的大小筹于GPSC/A码信号L,的
6、波长。如图2所示，％“是G和®之间的夹角。cosam=ap,ar=(axcos血+aysin血)•(axsin0cos0+%,sin0sin0+a二cos0)=sin0cos(0_0〃J图2：鬪环阵列天线结构对于远场辐射情况而言，幅度的变化Rm=r。圆环阵列天线的电磁场辐射如下式所示：E(*,0)=£am畔2芸知严皿皿(0如m=lKm厂m=l其中,am=cmeTCm,gcm是第m个阵元的幅度和激励相位。因此，可以得到,旳&,/)=亡睿曲(Wm)+gcm)rm=lNxcej(kbsmOcos(/寸m)
7、+gcm)m=l衣示天线阵列接收到的信号。是一个包含了与入射信号有关的控制向量矩阵。u=(U
8、(n)u2(n)---uL(n))T表示入射信号的幅度向量。w=(w0W］•••wM_!)T是一个Mxl的复数阵列权值向量。y是阵列天线的输出结果，是阵列天线的接收信号的加权和。N=(nj(w)n2(w)---nM(w))T是Mxi向量,该向量由独立的高斯噪声方差夕构成，包括信道噪声、接收机噪声和天线元噪声等。由于GPS信号相当微弱，潜伏在噪声子空间里。因此，接收机接收到的信号主要由噪声和干扰信号构成。假设
9、干扰信号之间相互独立且与热噪声信号不和关。如果向量w是由M・L维噪声了空间的特征向量的线性组合，有：V“w=0(3)且多项式［7,8］：/oM■1)x(z)=agi町1Z在exp伽)处有L个零值,k=l,2,・・・L。多项式x(z)的M-L个互不相关的零值均匀地分布在单位岡的扇区里面，在这些扇区里面，L个信号的零值是不存在的，如果(4)式中的G最小，G=弗25%=1,(4)令：g(z)=9⑵2(z)q(z)=E±=]hkZ住1),hj=1»2(z)=工嗇％Z-(kT
