CN103245957B - 一种卫星导航抗干扰接收机的室内测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卫星导航抗干扰接收机的室内测试方法，在现有微波暗室射频模拟系统的基础上，通过扩大射频模拟信号的视场角范围，构造一个能够模拟多星座导航信号空域特征以及复杂干扰的半物理仿真环境，逼近了外部真实的导航信号及干扰信号场景，从而能够真实地测试出卫星导航抗干扰接收机的性能。

Description

一种卫星导航抗干扰接收机的室内测试方法

技术领域

本发明涉及一种卫星导航抗干扰接收机的室内测试方法，是一种改进的大视场角卫星导航抗干扰接收机的测试方法。

背景技术

抗干扰接收机的测试研究已成为卫星导航发展研究的重要内容。目前，抗干扰接收机采用的测试方法比较简单，一般是卫星导航信号采用单路信号输出形式、干扰信号采用静态干扰模拟方式，从而实现微波暗室内抗干扰接收机测试；但是这种测试方法无法在空域上模拟卫星空间位置关系以及复杂的干扰场景，因而不能真实地测试出卫星导航抗干扰接收机的抗干扰性能。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种卫星导航抗干扰接收机的室内测试方法，通过在阵列式射频仿真微波暗室内构造一个半物理仿真环境，准确地模拟卫星星座及干扰源的空域位置关系，从而提高抗干扰接收机测试的真实性。

技术方案

一种卫星导航抗干扰接收机的室内测试方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：计算转台需要向射频面阵方向沿直线移动的距离d：

$d=l-\frac{l\tan (\mathrm{\α}/2)}{\tan (\mathrm{\β}/2)}$

其中：α为原视场角，β为扩大后的视场角，l为原转台离射频面阵的距离；

步骤2：校准射频面阵上的辐射天线，使得实测功率电平与理论值误差在2dB之内，步骤如下：

步骤a：计算面阵各辐射天线到接收天线的功率电平值其中，P为发射功率，f是频率，R是辐射天线与接收天线的距离，G₁是接收天线方向图增益因子，G₂发射天线方向图增益因子；

步骤b：将接收天线放在移动距离d后的转台上，接收面阵上的K个辐射天线发射的等功率信号；

步骤c：若实测功率电平与理论值的误差大于2dB，则需在接收机处安置干涉仪，再重复步骤a～步骤b进行校准，使得实测功率电平与理论值的误差小于2dB；

步骤3：计算输出信干噪比SINR：其中：为导航信号功率，θ_s为导航信号到达角，α(θ_s)为导航信号的方向矢量，为干扰信号功率，θ_i为干扰信号到达角，α(θ_i)为干扰信号的方向矢量，为噪声功率，为采用基于最小方差无失真响应MVDR准则的抗干扰算法得到的最优权矢量，R_SS为接收信号的自相关矩阵；

步骤4：以导航信号到达角为横轴，以信干噪比SINR为纵轴做图，根据图得到导航信号与干扰信号的最小夹角min|θ_s-θ_i|；

步骤5：计算M根导航信号辐射天线与N根干扰信号辐射天线之间的最小距离：其中：D_i表示第i根导航信号辐射天线到接收机的距离，D_j表示第j根干扰信号辐射天线到接收机的距离，i∈(1，2，…M)，j∈(1，2，…N)，Z∈(1，2，…MN);

步骤6：将被测接收机安装在转台上，按照步骤5计算的M根导航信号辐射天线与N根干扰信号辐射天线之间的最小距离布设M根辐射天线和N根辐射天线；然后接收天线朝向射频面阵方向，导航信号模拟器通过选定的M根辐射天线向转台方向发射导航信号、干扰模拟源通过选定的N根辐射天线向转台方向发射干扰信号，进行抗干扰接收机的测试。

有益效果

本发明提出的一种卫星导航抗干扰接收机的室内测试方法，在现有微波暗室射频模拟系统的基础上，通过扩大射频模拟信号的视场角范围，构造一个能够模拟多星座导航信号空域特征以及复杂干扰的半物理仿真环境，逼近了外部真实的导航信号及干扰信号场景，从而能够真实地测试出卫星导航抗干扰接收机的性能。

附图说明

图1：抗干扰接收机测试方法原理框图

1表示微波暗室；2表示接收机；3表示射频面阵天线

图2：导航信号与干扰信号夹角关系图（已知干扰信号到达角为0°）

图3：导航信号与干扰信号选择的天线位置图

G1、G2、G3、G4分别表示卫星星座；J1、J2、J3、分别表示干扰。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

1）参见图1，微波暗室内原转台距离射频面阵l为12米，视场角α为42°(±21°)，模拟卫星及干扰的空间范围有限，通过将转台向面阵方向移动，进一步加大视场角，拓宽卫星信号及干扰信号的模拟范围，由公式计算可知，当视场角β扩大至160°(±80°)时，转台需要向面阵方向移动的距离d为10.4米，基本可达到上半空间的角域模拟能力。

2）将双脊喇叭接收天线放在移动后的转台上，分别让面阵的几个典型辐射天线发射信号，信号源频率为1.5GHz，功率为15dBm。实测功率电平与理论值的比较如表1所示，校准面阵辐射天线后，实测的辐射电平与理论计算值误差在2dB之内，可以实现160°(±80°)大视场角抗干扰接收机的测试。

表1部分天线单元辐射电平记录

3）已知四阵元抗干扰接收机采用MVDR抗干扰算法，INR=30dB、SNR=-10dB，干扰信号到达角为0°，MATLAB仿真分析导航信号与干扰信号夹角对输出信干噪比的影响。结果参见图2，当导航信号到达角在-20°-20°之间时，随着夹角逐渐减小，信干噪比急剧下降；当导航信号与干扰信号夹角大于20°时，输出的信干噪比保持在-17dB左右。这是由于在干扰信号与导航信号夹角较小时，抗干扰算法抑制干扰的同时也会抑制掉一部分导航信号，导致输出的信干噪比下降。因此，四阵元抗干扰接收机测试中，模拟的导航信号与干扰信号的最小夹角θ=20°。

4）由公式计算，测试过程中8根导航信号辐射天线与3根干扰信号辐射天线之间的最小距离如表2所示。其中，G表示导航信号辐射天线、J表示干扰信号辐射天线。

表2导航信号辐射天线与干扰信号辐射天线最小距离

最小距离（m）	G1	G2	G3	G4	G5	G6	G7	G8
									J1	0.98	0.55	1.23	1.43	0.85	1.32	0.36	1.67
J2	0.45	0.72	1.06	0.69	0.94	1.03	1.25	0.57
									J3	1.51	1.36	0.67	0.36	0.73	0.98	1.48	1.77

5）导航信号模拟器通过选定的8根辐射天线向转台方向发射导航信号、干扰模拟源通过选定的3根辐射天线向转台方向发射干扰信号，从而可进行抗干扰接收机的测试。

Claims (1)

1.一种卫星导航抗干扰接收机的室内测试方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：计算转台需要向射频面阵方向沿直线移动的距离d：

$d=l-\frac{l\tan (\mathrm{\α}/2)}{\tan (\mathrm{\β}/2)}$

其中：α为原视场角，β为扩大后的视场角，l为原转台离射频面阵的距离；

步骤2：校准射频面阵上的辐射天线，使得实测功率电平与理论值误差在2dB之内，步骤如下：

步骤a：计算面阵各辐射天线到接收天线的功率电平值其中，P为发射功率，f是频率，R是辐射天线与接收天线的距离，G₁是接收天线方向图增益因子，G₂发射天线方向图增益因子；

步骤b：将接收天线放在移动距离d后的转台上，接收面阵上的K个辐射天线发射的等功率信号；

步骤c：若实测功率电平与理论值的误差大于2dB，则需在接收机处安置干涉仪，再重复步骤a～步骤b进行校准，使得实测功率电平与理论值的误差小于2dB；

步骤3：计算输出信干噪比SINR：其中：为导航信号功率，θ_s为导航信号到达角，α(θ_s)为导航信号的方向矢量，为干扰信号功率，θ_p为干扰信号到达角，α(θ_p)为干扰信号的方向矢量，为噪声功率，为采用基于最小方差无失真响应MVDR准则的抗干扰算法得到的最优权矢量，R_SS为接收信号的自相关矩阵；

步骤4：以导航信号到达角为横轴，以信干噪比SINR为纵轴做图，根据图得到导航信号与干扰信号的最小夹角min|θ_s-θ_p|；

步骤5：计算M根导航信号辐射天线与N根干扰信号辐射天线之间的最小距离：其中：D_i表示第i根导航信号辐射天线到接收机的距离，D_j表示第j根干扰信号辐射天线到接收机的距离，i∈(1,2,...M),j(1,2,...N),z∈(1,2,...MN)；

步骤6：将被测接收机安装在转台上，按照步骤5计算的M根导航信号辐射天线与N根干扰信号辐射天线之间的最小距离布设M根辐射天线和N根辐射天线；然后接收天线朝向射频面阵方向，导航信号模拟器通过选定的M根辐射天线向转台方向发射导航信号、干扰模拟源通过选定的N根辐射天线向转台方向发射干扰信号，进行抗干扰接收机的测试。