基于双子空间跟踪及盲波束形成的GNSS抗干扰算法

根据全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite Systems, GNSS）卫星信号粗捕获（C／A）码的相关峰特点,提出基于双子空间跟踪及盲波束形成的GNSS抗干扰算法。首先通过噪声子空间跟踪将接收信号投影到噪声子空间进行干扰抑制,提高接收信号信干比（SIR）。然后利用指定卫星C／A码与干扰抑制信号进行相关运算,增强指定卫星信号的信噪比（SNR）,结合一维信号子空间跟踪,获取指定卫星导向矢量,实现对干扰抑制信号形成波束指向的目的。本算法不需要知道传输的导航符号以及卫星方位,是一种盲自适应算法。由于采用低运算复杂度的子空间跟踪方法,降低了抗干扰接收机的运算负担,保证了算法的实时性要求。最后通过实验仿真验证了提出算法能够有效地对抗强干扰以及增强GNSS信号。     

基于FPGA的高性能卫星导航抗干扰处理器设计与实现

卫星导航接收机多采用阵列天线进行抗干扰处理。为提高阵列天线的抗干扰性能,利用FPGA设计并实现一个基于浮点复协方差矩阵求逆的高性能抗干扰处理器。通过选择合理的求逆方法和资源复用策略解决了算法高复杂度和FPGA有限资源之间的矛盾,利用较少的硬件资源获得了良好的权值计算精度和权值更新速度。仿真测试结果表明,处理器干扰抑制效果显著,可以有效提升卫星导航接收机的抗干扰能力。     

一种GPS抗干扰及干扰DOA估计工程集成方法

卫星导航干扰对消技术和干扰测向技术是卫星导航干扰对抗的两个典型方向,并逐渐成为当前卫星导航抗干扰装备的标配功能。如何实现干扰对消和干扰测向的高效集成成为制约工程实现的主要瓶颈之一。提出一种GPS抗干扰及DOA估计的工程集成方法,通过优化噪声子空间估计工程实现,实现了高性能抗干扰和高精度干扰测向的高效集成,与抗干扰模块和干扰测向模块相比,集成模块极大降低了工程实现资源。测试结果表明该方法可以有效对抗干信比60dB的干扰,并提供2度的测向精度。     

一种改进的SMI旁瓣干扰抑制算法研究

采样矩阵求逆（SMI）算法是常用的自适应旁瓣对消算法。针对在低快拍下数据协方差矩阵的小特征值扩散,进而引起自适应波束副瓣升高的问题,提出了一种改进SMI算法的方法。该方法通过快拍数据的滑动平均获得协方差矩阵,使协方差矩阵小特征散布变小,能够很好地抑制副瓣电平,从而使算法适用于低快拍数据。     

GPS生成式欺骗干扰关键技术

卫星导航生成式欺骗干扰通过发播伪造的导航信号,诱使目标区域内接收机捕获、跟踪该欺骗信号,从而使接收机解算出错误的位置、时间信息。欺骗干扰信号高度仿真卫星信号,功率远低于噪声,目前抗干扰方法均无法有效识别、抑制,是一种有效的干扰方式。研究了卫星导航生成式欺骗所需的关键技术,介绍了较为成熟的反馈式欺骗干扰源设计方案,讨论了欺骗干扰有效实施的方法。     

卫星点波束天线的多目标指向优化研究

卫星天线波束常常需要同时覆盖特定区域内多个目标,为保证目标接收卫星信号的增益要求,需对其指向进行优化。以我国某卫星点波束天线为研究对象,将天线功率辐射模型引入卫星指向计算模型中,完成了指向目标的增益计算。运用最优化原理分析了多目标指向增益优化模型,在无约束条件下,指向增益最优点在标称三目标构成的三角形重心位置;有约束条件下,最优点在满足相应约束下偏离无约束最优点。多目标指向优化理论研究对点波束天线的高精度指向及确保目标的通信特性提供了适用的工程模型,具有极强的工程应用价值。     

基于特征空间重构的子阵级ADBF方法

为实现大型阵列天线子阵级自适应数字波束形成,提出了一种基于阵列特征空间重构的方法。对子阵协方差矩阵进行奇异值分解,分离出信号、干扰与噪声子空间对应的特征值以及特征向量,并对特征子空间重新分配,重构阵列特征空间,完成子阵级ADBF。与常规方法相比,该方法能够消除子阵级输出噪声功率不一致造成的阵列方向图畸变,减小协方差矩阵估计误差的影响。理论分析与仿真结果表明,该方法在子阵级波束形成以及抗干扰接收等方面具有优良性能。     

基于线性预测和空间平滑的自适应波束形成技术

结合虚拟阵元扩展和协方差矩阵解相干提出了一种相干信号环境下的自适应波束形成方法,与经典的前后向空间平滑自适应波束形成算法相比,它不仅实现了协方差矩阵解相干,而且没有损失阵列孔径和增益,同时得到更高的输出信干噪比(SINR).计算机仿真验证了该算法的有效性.     

星载相控阵GNSS-R测高系统设计与实验

星载GNSS-R测高系统采用多波束相控阵天线和干涉互相关处理方式,接收北斗导航卫星和GPS导航卫星发射的L波段导航直射信号与海面反射信号,进行海面高度探测。详细介绍GNSS-R测高系统设计与实现、集成和外场试验等,外场试验不仅验证了相控阵GNSS-R测高系统功能,更重要的是验证了核心软件算法的正确性。GNSS-R测高系统适用于中尺度海洋现象的观测,可在时间和空间尺度上扩展雷达高度计的观测能力,并与之相互补充,有利于对复杂海面的中尺度结构进行较高时间分辨率的观测。GNSS-R测高仪为星载高精度海面高度探测提供了新型载荷。     

一种基于干扰信号特征子空间扩展的波束形成方法

针对线性约束 (LCMV)自适应波束形成算法 ,提出了一种基于加载技术和干扰信号子空间扩展技术的改进算法 (SLCMV) ,该方法克服了原有方法由于大期望信号和指向误差的存在 ,合成静态波束严重畸变的缺陷。理论分析和计算机仿真证明该方法具有良好的波束保形能力和稳健性     

基于多圆交汇的天文定位与组合导航方法

惯性/天文组合导航系统具有全自主、抗干扰能力强等特点,在一些特殊的导航领域受到了人们的高度重视。本文研究了一种天文多圆交汇迭代定位算法,具有数值计算稳定,适合任意多颗导航恒星参与计算的优点,并能同时计算出对应的定位误差协方差阵;在此基础上,将捷联惯性导航系统与天文导航系统组合,构成了扬长避短的组合导航系统,采用扩展卡尔曼滤波算法实现捷联惯导与天文定位两者的信息融合。最后进行了仿真实验,其结果表明,该天文定位算法简单有效,定位误差模型准确,组合后的系统具有较高的精度。     

高精度星地测距的多址干扰并行对消技术

目前，在航天测控系统中广泛采用扩频体制，但随着多通道扩频技术和多站测距系统的发展，测控系统面临的测量环境越来越复杂，对伪距测量精度产生较大影响。其中，多站测距系统中存在的强信号干扰和多址干扰，会导致测距精度下降。本文提出了一种基于并行干扰对消的高精度星地测距技术，通过信号处理重构和对消接收信号中的干扰信号，得到纯净的期望信号，从而抑制码分多址带来的测量误差，以提升测量精度，并通过仿真和试验验证了算法的可行性和优越性。     

基于“OODA环”优化的卫星导航定位安全与对抗应用研究

卫星导航定位设备的“生存”环境日益复杂、严峻,各类电子对抗、干扰欺骗十分激烈,人为干扰已成为卫星导航定位安全与对抗的重点。针对传统手段无法有效应对干扰复杂性、全面性、系统性的不足,本文在分析“OODA环”理论和实践转化的基础上,结合复杂环境下“干扰-抗干扰”的整体对抗过程,优化“OODA环”运行,将其与卫星导航定位安全与对抗应用进行耦合,提出基于“环境感知-筛选隔离-检测识别-效能评估-策略规划-对抗反制-回访反馈-再感知”的卫星导航定位安全与对抗不定向循环链路,并对拓展、映射的七个环节及关键技术进行分析、论证。通过引入“循环”和“不定向”两个概念,不仅实现了周期性外循环和部分环节内循环的嵌套迭代和导向性传输的运行机制;而且优化了内循环的自由度,使得各环节互联且独立、循环但不定向,有效增强了卫星导航定位安全与对抗的鲁棒性。本文的设计思路可加快实现循环链路的动态闭环,提高对抗的整体效能,在实践应用和技术论证中具有一定的参考价值。     

卫星侦察在复杂电磁环境下的感知效果影响分析

复杂电磁环境下,卫星侦察设备的工作方式都是依赖电磁波的传播,其感知的准确性不同程度地受到电磁干扰的影响。文章从复杂电磁环境的本质出发,重点分析了人为形成的几类电磁干扰,包括对卫星电子侦察、光学成像侦察、雷达成像侦察和卫星导航定位的干扰以及干扰应对措施,为最大限度减少复杂电磁环境对卫星感知的干扰提供了参考。     

一种同轨区域集中的北斗卫星自主导航算法

基于北斗三号卫星配置规划,提出了一种同轨区域集中的北斗卫星自主导航算法。利用Ka星间链路指向切换灵活特性与激光链路高速通信特性,并克服激光终端异轨面通信困难,指向切换不便等缺陷,算法设计将轨道面内各卫星采集的Ka双向测距信息利用激光星间链路传入轨道面主卫星中,从而将测距信息集中处理并完成轨道面内各卫星的轨道信息更新。并且,本文还搭建了星内模拟仿真环境,对算法精度及性能进行验证。仿真结果表明,同轨道区域集中自主导航算法可在星内仿真环境中稳定运行,且其导航精度远优于分布式自主导航精度。     

提高卫星导航性能的阵列参数估计算法

针对卫星导航信号参数估计性能严重影响导航定位精度,提出了一种利用电磁偶极子对提高信号波达方向和极化参数估计性能的方法。充分利用接收数据协方差矩阵,通过两次特征分解,由特征分解的特征值进行极化参数估计。利用小圆环子阵导向矢量得到波达方向的粗略而无模糊的估计,大圆环子阵导向矢量得到有模糊的估计,通过解模糊得到精确的无模糊的估计,从而大幅提高了到达角的估计精度。比较了单个圆环阵列和同心圆环阵列的参数估计性能,分析了参数估计精度对抗干扰性能的影响,仿真结果表明参数估计精度的提高有效改善了卫星导航抗干扰的性能。     

基于低轨卫星增强的非差高精度导航定位技术与在轨试验验证

随着自动驾驶、精密农业等领域的发展,各领域对高精度导航定位的需求不断增加。在地基增强技术、高轨星基增强技术和传统非差精密单点定位技术的基础上,提出了一种基于低轨卫星增强的非差高精度导航定位技术,研制了基于低轨导航增强技术的低轨导航增强载荷,开发了基于低轨卫星增强的地面自适应卡尔曼滤波非差高精度定位软件,并进行了全球首次基于低轨卫星的信号信息一体化导航增强在轨试验。试验表明:经低轨卫星增强后,地面终端用户定位精度优于30 cm。最后,给出了该技术的后续研究方向,为未来低轨导航增强系统与其他增强系统协同工作,实现广泛应用奠定了基础。     

基于三轴磁强计与雷达高度计的融合导航算法

为了减小近地轨道(小于1000km)地磁导航的估计误差协方差，提高导航的可靠性和准确性，在地磁导航系统中引入雷达高度计作为一个新的测量设备，提出了一种基于三轴磁强计与雷达高度计的融合导航算法。该算法取卫星的位置和速度向量作为状态向量，建立状态方程；取卫星周围的磁场强度和卫星到星下点实际海平面距离求出的地心距，作为观测量建立观测方程；利用扩展卡尔曼滤波构成一种融合导航算法。仿真结果表明，提出的融合导航算法对轨道位置的估计误差小于20米，速度的估计误差小于1米／秒，导航算法的精度和收敛性都优于使用单一地磁导航的系统。