北斗卫星导航定位接收机电磁兼容性设计研究

理论与算法北斗卫星导航定位接收机电磁兼容性设计研究

李勇

(广州海格通信集团股份有限公司，广东广州，510 0 0 0 )

摘要：介绍了北斗卫星接收机抗干扰的软硬件设计，分析了接收机抗干扰及电磁兼容性原理、算法以及约束规则，并对其抗干

扰算法性能进行了仿真验证。

关键词：北斗卫星；接收机；电磁兼容性；STAP ;算法验证

Beidou satellite navigation and positioning receiver electromagneticcompatibility design research

Li Yong

(Through Haige Communications Group Incorporated (nasdaq: PCLN - news) Company, Guangzhou

Guangdong, 510000)

Abstract: The paper introduces the beidou satellite receiver anti-jamming of the hardware and software design, analyzes the receiver anti-jamming and electromagnetic compatibility principle, algorithm and constraint rules, and the anti-jamming performance simulation verification algorithm.Keywords: beidou satellite; The receiver; Electromagnetic compatibility; STAP; Algorithm validation

〇引言

卫星导航的抗干扰及电磁兼容性设计目的主要是用于抵抗、 抑制自然环境的干扰，主要有导航临近频段的多径信号、无线电 信号、自然界环境等引入的干扰；同时对人为性干扰进行有效抵 御,主要来自军事战略需要相关，通过提高抗干扰能力来确保军 事指挥以及武器制导系统的可靠性、有效性。

空二维联合处理STAP抗干扰技术,STAP技术在于把一维的时域、 频域及空域滤波推广到时间与空间的二维域中，形成空时二维处 理结构。形成数字信号处理与阵列天相结合完成系统的自适应处 理功能。

时空二维联合自适应处理结构是在高斯噪声的背景中叠加 确定信号的模型下，采用统计似然比检测理论导出的，其在每一 个阵元结构方面采用一个多抽头的FIR滤波器来实现抗干扰处 理。每个阵元的通道中，各级延时构成了 FIR滤波器，滤出时域中 的干扰；不同的阵元时间延迟节点构成了空域的自适应滤波，对 空间干扰源进行分辨，在空域上形成空域零陷从而抑制干扰，空 时处理也可以实现空时二维域剔除干扰的功能。

1北斗卫星接收机抗干扰谢十1.1接收机硬件谢十

卫星导航空时抗干扰方法通过阵列天线接收信号，通过分析 卫星导航信号、干扰和噪声的不同空域和时域特征，进行干扰抵 消，同时尽量保证卫星导航信号不失真。

北斗卫星导航系统采用GNSS多模接收机天线单元接收卫星 信号，卫星信号经接收天线转换成电流信号，经外置的低噪声放 大器（LNA)电路、声表面波滤波器（（SAW)电路后由RF端口送 入射频信号处理单元，射频信号处理芯片和TCX0电路通过对高 频的卫星信号通过低噪声放大器（LNA)、两路混频器（MIX)、下变 频混频器进行放大、混频、滤波、获得中频信号，中频信号再经复 数滤波器、可编程的增益放大器（PGA)、模数转换器（ADC)的处 理后转换成相应的数字中频信号予以输出。数字基带信号处理单 元主要包括数字基带信号处理芯片、RTC晶振电路和串行接口 电路等，数字基带信号处理单元经过捕获跟踪后，获得伪距观测 量数据、载波相位、多普勒观测量数据等信息，然后经过同步后提 取导航电文信息,通过定位算法，解算出用户的位置等信息，最后 输出符合NMEA-0183标准协议的数据信息。

1.3北斗导航接收撤件綱谢十

北斗接收机的软件架构由主程序、中断程序构成，主程序对

FPGA、. DSP等硬件芯片进行一些列初始化，实现伪距计算、用户

信息解算功能；中断程序实现卫星信号的捕获、控制、信息处理、 跟踪环路调整、比特和帧同步、电文提取，载波调整等功能。

IGSO、MEO、GE0卫星定时多采用RNSS单向定时，钟源为星

载，在定时解算精确处理信号从卫星到用户延时时间，需要考虑 多普勒频移特性的影响。进行定时解算过程，需要对时间尺度、时 刻等进行精确计算处理。

1.4抗™算法鉢准则

空时二维联合处理技术在于如何实现空权矢量求解方法。 时空权矢量采用最小均方误差准则、最大信干噪比准则、线性约 束最小方差准则、最大似然准则等多种准则来约束，实际工程应 用中根据环境不同选择合适的约束准则。线性约束最小方差准则

(Linearly Constrained Minimum Variance , LCMV)在应用比

1.2抗挪电赚容性STAR M技术设计

通过时域滤波和频域、空域滤波等技术的结合应用,形成时

较广泛。其利用导航信号功率远低于噪声和干扰功率的特性，进

SIMM

53 I

理论与算法行干扰能量的削弱，避免导航信号的影响。

信号与干扰信号分离困难时，LCMV的最优处理器为保证信 号无损失，在时空联合处理条件下同时对空域和时域进行约束， 调整权值使输出信号功率方差最小。LCMV准则数学算法公式为：

min[wI1RXW }s.tWHCX = g

2017.11

失。当干扰与信号夹角小于或等于30°，在空时二维谱中，干信 比改善度约为35dB,有用信号的失真度较小。如图1中，在干扰 入射角周边，平滑零陷存在，而对于高功率的干扰信号，当角度差 大于30°时，电磁干扰抑制及兼容性效果明显。

干信比改善度还与干扰数量及干扰类型多少和不同有关系。 如图2所示在宽带干扰、窄带干扰、单频干扰共同条件下,电磁兼 容性算法仿真验证结果如图2所示，算法仿真可实现40dB干扰 抑制能力。

(]_)

式(1)中，

尺表示接受信号的协方差矩阵，尺 表示约束矩阵； g表示约束响应向量。

空权矢量求解采用拉格朗日方程求解：

W〇pt = RxlCx {CHXR--CX )-1

(2)

线性约束最小方差准则受限于Cp其应用条件依据约束矩 阵的变化。

1.5抗™性能荆古

由于导航卫星接收机接收信号功率具有一定范围，与此同时 空时自适应处理量化位数也有一定，所以接收机干扰算法及 抑制能力具有一定的。对四元阵列的抗干扰导航卫星接收机 系统，其仿真验证及评估主要从有信号与干扰夹角的影响和干扰 数量与干扰类型的影响进行分析。

图2不同类型及种类干扰条件下的算法仿真验证图

2结论

目前，北斗二号卫星接收机具有抑制多个窄带和宽带压制式 干扰，可以实现复杂电磁环境的应用需求。但是随着技术的不断 进步，北斗导航卫星应用会更加广泛，在民用领域及军事领域，由 于来自自然界的环境干扰以及军事人为干扰，对北斗卫星技术会 有新的挑战。因此研宄卫星导航终端抗干扰性，尤为重要。

参考文献

图1干扰与信号夹角30°的空时谱仿真图

北斗导航卫星抗干扰能力最主要评估对象及影响来自干扰 来波同导航信号来波方向的夹角关系。空时抗干扰算法对干扰 来波方向进行处理,平滑形成凹陷，当两者夹角较小或重合时，干 扰算法对两种信号平滑成不同凹陷,这样会引起接收机载噪比损

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(上接第50页）

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852.

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作者简介

1984 -),男，陕西省洋县，中航工业西安计算技术研究 [2] Wu K, Gao Y, Li F, et al. Lightweight deployment-aware周霆（

所，主要从事嵌入式实时操作系统和无线传感器网络方向 scheduling for wireless sensor networks. ACM/Kluwer

的研究。Mobile Networks and Applications, 2005, 10(6): 837 -

田 gJUiit

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