卫星导航系统天线阵接收机波束指向误差分析

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1、第27卷第5期航天电子对抗19卫星导航系统天线阵接收机波束指向误差分析李敏，曾祥华，聂俊伟，王飞雪(国防科技大学电子科学与工程学院卫星导航研发中心，湖南长沙410073)摘要：研究表明：卫星导航系统阵元几何位置误差是影响波束指向误差的主要因素，而卫星和接收机位置误差则影响甚微，其中千米级的卫星位置误差以及接收机位置误差导致的波束指向误差不超过0．1。，而毫米级的阵元几何位置随机误差可导致典型7阵元天线阵波束指向误差达到几度。该研究成果可为卫星导航系统天线阵接收机的设计提供依据。关键词：卫星导航系统；天线阵；最大信干噪比准则；波束指向误差中图分类号：TN973．3文献标识码：A

2、AnalysisonbeampointingerrorofantennaarrayreceiversinsatellitenavigationsystemsLiMin，ZengXianghua，NieJunwei，WangFeixue(SatelliteNavigationR&DCenter，SchoolofElectronicScienceandEngineering，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073，Hunan，China)Abstract：Thestudyresultsshowthatkilomet

3、er-levelsatellitepositionuncertaintyandreceiverpositionuncertaintyonlyleadtolessthan0．1-degreebeampointingeiror，andmillimeter-levelantennaarrayelementpositionerrorcanleadtoseveraldegrees’beampointingerrorinaclassic7-elementarray．Thisstudywillpro—videreferencetothedesignofantennaarrayreceive

4、rsinsatellitenavigationsystems．Keywords：satellitenavigationsystems；antennaarray；maximumSINRcriterion；beampointingerror向误差的大小均基于理论假设，而关于波束指向误差0引言的实际范围以及影响因素却未见报道。本文定量分析卫星导航系统中，到达地球表面的卫星信号十分了先验信息误差对卫星导航系统天线阵波束指向的影微弱，接收机极易受到干扰。采用数字波束形成算法响，可为天线阵接收机的工程设计提供参考。的天线阵可灵活控制波束指向和增益。在最大信干噪1阵列信号模型比准则下，根据

5、卫星方向和天线阵元几何分布等先验信息，可使天线阵分别形成对准每一个可视卫星的波假设天线阵由N个全向阵元组成，接收机参考点束，有效增大各个卫星信号的接收信噪比，提高测距和处的有用信号为(￡)，其余信号以及各种干扰用J(z)定位精度_1]。然而，引导波束指向的先验信息可能表示，那么总的阵列接收信号可表示为N维矢量嘲：存在误差，例如星历、接收机位置、阵元位置误差等，均可能导致天线阵波束指向偏离实际卫星方向，降低天()：a0s(￡)+>：aiJ(f)+，l()(1)1线阵接收增益。式中N表示干扰数目，a。、n分别为有用信号和干扰迄今为止研究文献大多关注最大信干噪比准则下的导向矢量，，

6、l(￡)为阵列通道噪声矢量，一般假设各通波束指向误差的影响和校正[3]，这些研究中波束指道噪声相互独立，且信号、干扰、噪声之间互不相关。阵列信号(z)的统计特性是权值计算的重要根*基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET一据，其自相关矩阵可表示为：08—0144)R=E((￡)())=R++R(2)收稿日期：2011—05—04；2011—07—08修回。作者简介李敏(1981一)，女，博士研究生，研究方向为卫星导航式中、R和分别表示有用信号、干扰和噪声的自信号接收、干扰抑制以及天线阵技术等。相关矩阵。卫星导航系统中，有用信号到达接收机的功20航天电子对抗20

7、11(5)率一般远远低于噪声和强干扰，常用J代替R+(‘，y，)，接收机参考点的ECEF坐标为(z，y，R，因此最大信干噪比(MaximumSINR)准则下的最)。然后计算卫星到接收机视线方向的单位矢量e：优加权矢量可表示为：P：d／l}dIl，其中d=(一，Y一Y，2一)(7)W(Ri+R)I1口0≈艉二no(3)式中If·II表示求矢量的范数。最后，将ECEF坐标式中为归一化常数，可根据阵列接收信号(￡)通系下的单位矢量e=(，P，e)变换到东北天(ENU)过E((￡)”(￡))直接估计，而有用信号