CN103399324B - 一种卫星导航抗干扰天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星导航抗干扰天线，天线阵将接收到的卫星导航射频信号送给抗干扰射频通道模块；将卫星导航信号经过低噪声放大、下变频和放大滤波，输出中频模拟信号到抗干扰处理模块并提供参考时钟，向上变频模块提供一级上变频的本振；抗干扰处理模块将接收到的中频模拟信号经A/D采样变换到数字信号，经过中频带通滤波、幅相误差校正、自适应阵列信号处理和数字AGC，输出导航数字中频信号，经过DA转换器，输出模拟中频信号到上变频模块；将中频模拟信号进行两级上变频处理，输出射频信号，用于卫星导航设备定位导航。本发明技术方案能够在卫星导航设备受到压制式干扰时，有效地进行电子防御，保证正常的工作能力，并提供有效的定位结果。

Description

一种卫星导航抗干扰天线

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种卫星导航抗干扰天线。

背景技术

卫星导航系统能够给军事行动带来显著效益，由此产生了对卫星导航系统的干扰及抗干扰之间的电子攻防对抗。

由于卫星导航信号到达地面时信号功率较低，而且导航信号频率公开、调制特性广为人知，所以卫星导航极易受到人为的恶意干扰。压制式干扰是用干扰机发射干扰信号，以某种方式遮蔽卫星信号频谱，使导航接收机降低或完全丧失正常工作能力。

随着我国“北斗一号”和“北斗二号”卫星导航系统的逐渐完善，如何保证在电子对抗条件下卫星导航设备的应用效能成了亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种卫星导航抗干扰天线，能够在卫星导航设备受到压制式干扰时，有效地进行电子防御，保证正常的工作能力，并提供有效的定位结果。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种卫星导航抗干扰天线，包括天线阵、抗干扰射频通道模块、抗干扰处理模块和上变频模块，其中，

所述天线阵用于将接收到的卫星导航射频信号送给抗干扰射频通道模块；

所述抗干扰射频通道模块用于将卫星导航信号经过低噪声放大、下变频和放大滤波，输出中频模拟信号到所述抗干扰处理模块，并向所述抗干扰处理模块提供参考时钟，向所述上变频模块提供一级上变频的本振；

所述抗干扰处理模块用于将接收到的中频模拟信号经A/D采样变换到数字信号，经过中频带通滤波、幅相误差校正、自适应阵列信号处理和数字AGC，输出导航数字中频信号，经过DA转换器，输出模拟中频信号到所述上变频模块；

所述上变频模块用于将抗干扰处理模块输出的中频模拟信号进行上变频处理，输出射频信号，用于卫星导航设备定位导航。

优选地，所述天线阵包括4个天线阵元，布阵方式为方形布阵或者Y形布阵。

优选地，所述射频通道包括4个接收通道。

优选地，所述抗干扰处理模块进一步包括A/D采样子模块、中频带通滤波子模块、幅相误差校正处理子模块、自适应阵列信号处理子模块、数字AGC和DA转换器，其中，

所述中频带通滤波子模块用于将抗干扰处理板通过多通道ADC采样后得到16bit数字中频信号，经单边带数字带通滤波模块实现中频信号的正交两路信号分离，获得中频复信号，所述中频复信号包含抗干扰滤波需要的多天线接收相位差信息；

所述幅相误差校正处理子模块用于实现对将由天线、馈线、接收通道和采集通道的时钟和器件抖动、数字信号量化误差和热噪声引起的多通道幅相误差的校正；

所述数字AGC用于将自适应加权滤波后的数字信号进行功率累加，估算数字信号的强度，根据后端DA的要求，对数字信号进行相应截位处理，输出一定位宽的中频数字信号；

所述DA转换器用于将AGC输出的中频数字信号转换为中频模拟信号。

优选地，所述幅相误差校正处理子模块进一步包括幅相误差估计单元和幅相误差校正单元，其中，

所述幅相误差估计单元用于对接收到的期望信号来向的单点频信号进行FFT变换到频域，4个通道点频信号的幅相信息和期望的导向矢量进行比较，获得幅相校正权值；

所述幅相误差校正单元用于利用幅相误差估计单元得到的幅相误差校正权值，对各通道信号进行幅度的校正和相位的偏移，保证期望信号来向上信号增益最大。

优选地，自适应阵列信号处理子模块进一步包括自适应抗干扰权值计算单元和自适应加权滤波单元，其中，

所述自适应抗干扰权值计算单元用于根据天线阵各阵元接收信号的统计特性，利用线性约束最小方差准则进行阵列信号处理，求得自适应抗干扰权值矢量；

所述自适应加权滤波单元用于利用自适应抗干扰权值对4个通道的中频数字信号进行加权处理，滤除接收信号中存在的干扰信号，并使得卫星导航信号得以保留输出。

本发明的技术方案将阵列天线与自适应信号处理技术相结合，可以方便地进行方向图控制，自适应地抑制未知来向的干扰，实现卫星导航设备在存在压制式干扰时，能够有效地进行电子防御，保证正常的工作能力，并提供有效的定位结果。

附图说明

图1是本发明实施例中卫星导航抗干扰天线的结构示意图。

图2是本发明实施例一中天线阵方形布阵的示意图。

图3是本发明实施例二中天线阵Y形布阵的示意图。

图4是本发明实施例中抗干扰处理模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例中卫星导航抗干扰天线的结构示意图。如图1所示，该卫星导航抗干扰天线，包括天线阵、抗干扰射频通道模块、抗干扰处理模块和上变频模块。

天线阵是由4个天线阵元以特定的布阵方式排列的天线阵，主要是将接收到的卫星导航射频信号送给抗干扰射频通道模块，不同来向的信号对于4个阵元存在不同的相位信息，即不同来向信号的导向矢量不同。布阵方式为方形布阵或者Y形布阵。图2是本发明实施例一中天线阵方形布阵的示意图。图3是本发明实施例二中天线阵Y形布阵的示意图。

抗干扰射频通道模块同时包括4个接收通道，将卫星导航信号经过低噪声放大、下变频和放大滤波，输出中频模拟信号到所述抗干扰处理模块，并向抗干扰处理模块提供参考时钟，向上变频模块提供一级上变频的本振。

抗干扰处理模块是将接收到的中频模拟信号经A/D采样变换到数字信号，经过中频带通滤波、幅相误差校正、自适应阵列信号处理和数字AGC，输出导航数字中频信号，经过DA转换器，输出模拟中频信号到上变频模块。

图4是本发明实施例中抗干扰处理模块的结构示意图。如图4所示，抗干扰处理模块进一步包括A/D采样子模块、中频带通滤波子模块、幅相误差校正处理子模块、自适应阵列信号处理子模块、数字AGC和DA转换器。

其中，中频带通滤波子模块将抗干扰处理板通过多通道ADC采样后得到16bit数字中频信号，经单边带数字带通滤波模块实现中频信号的正交两路信号分离，将数字实信号变换为数字复信号，获得中频复信号，中频复信号包含抗干扰滤波需要的多天线接收相位差信息。

由于天线、馈线、接收通道、采集通道等的不一致性，需要对信号进行幅相误差估计及幅相误差校正，以保证在期望来向上信号增益最大。幅相误差校正处理子模块实现对将由天线、馈线、接收通道和采集通道的时钟和器件抖动、数字信号量化误差和热噪声引起的多通道幅相误差的校正。幅相误差校正处理子模块进一步包括幅相误差估计单元和幅相误差校正单元。

幅相误差估计只在出厂前或用户需要时通过指令执行。需要进行幅相误差估计时，幅相误差估计单元对接收到的期望信号来向的单点频信号（信号频率为卫星导航信号载波频率）进行FFT变换到频域，4个通道点频信号的幅相信息和期望的导向矢量进行比较，获得幅相校正权值。

幅相误差校正单元利用幅相误差估计单元得到的幅相误差值，对各通道信号进行幅度的校正和相位的偏移，保证期望信号来向上信号增益最大。

自适应阵列信号处理子模块进一步包括自适应抗干扰权值计算单元和自适应加权滤波单元。自适应抗干扰权值计算单元根据天线阵各阵元接收信号的统计特性，利用线性约束最小方差准则进行阵列信号处理，求得自适应抗干扰权值矢量。自适应加权滤波单元利用自适应抗干扰权值对4个通道的中频数字信号进行加权处理，滤除接收信号中存在的干扰信号，并使得卫星导航信号得以保留输出。

也即经过幅相误差校正的数字复信号被送往自适应抗干扰处理子模块，自适应抗干扰权值计算单元利用每个通道1024点信号来估计天线阵列接收数据的统计特性，即4路信号的协方差矩阵R，最终自适应抗干扰权值

$w_{\mathrm{sopt}}=\frac{R^{-1}{a}_s}{a_s^H{R}^{-1}{a}_s}---\left(1\right)$

其中，a_s为期望信号来向的导向矢量，对于期望信号来向为法向的信号，a_s可取为如下的形式：

a_s1=[1 1 1 1]^T     (2)

计算得到自适应抗干扰权值后，自适应加权滤波单元利用自适应抗干扰权矢量对4个通道的中频数字复信号进行加权处理，滤除接收信号中存在的干扰信号，并使得卫星导航信号得以保留输出。

经过自适应加权处理的数字信号被送往数字AGC，数字AGC将自适应加权滤波后的数字信号进行功率累加，估算数字信号的强度，根据后端DA的要求，对数字信号进行相应截位处理，输出一定位宽的中频数字信号。DA用于实现数字信号到模拟信号的转换,输出模拟中频信号到上变频。

上变频模块将抗干扰处理模块输出的中频模拟信号进行上变频处理，输出射频信号，用于卫星导航设备定位导航。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种卫星导航抗干扰天线，其特征在于，包括天线阵、抗干扰射频通道模块、抗干扰处理模块和上变频模块，其中，

所述天线阵用于将接收到的卫星导航射频信号送给抗干扰射频通道模块；

所述抗干扰射频通道模块用于将卫星导航信号经过低噪声放大、下变频和放大滤波，输出中频模拟信号到所述抗干扰处理模块，并向所述抗干扰处理模块提供参考时钟，向所述上变频模块提供一级上变频的本振；

所述抗干扰处理模块用于将接收到的中频模拟信号经A/D采样变换到数字信号，经过中频带通滤波、幅相误差校正、自适应阵列信号处理和数字AGC，输出导航数字中频信号，经过DA转换器，输出模拟中频信号到所述上变频模块；

所述上变频模块用于将抗干扰处理模块输出的中频模拟信号进行上变频处理，输出射频信号，用于卫星导航设备定位导航；

所述抗干扰处理模块具体包括A/D采样子模块、中频带通滤波子模块、幅相误差校正处理子模块、自适应阵列信号处理子模块、数字AGC和DA转换器，其中，

所述中频带通滤波子模块用于将抗干扰处理板通过多通道ADC采样后得到16bit数字中频信号，经单边带数字带通滤波模块实现中频信号的正交两路信号分离，获得中频复信号，所述中频复信号包含抗干扰滤波需要的多天线接收相位差信息；

所述幅相误差校正处理子模块用于实现对将由天线、馈线、接收通道和采集通道的时钟和器件抖动、数字信号量化误差和热噪声引起的多通道幅相误差的校正；

所述数字AGC用于将自适应加权滤波后的数字信号进行功率累加，估算数字信号的强度，根据后端DA的要求，对数字信号进行相应截位处理，输出一定位宽的中频数字信号；

所述DA转换器用于将AGC输出的中频数字信号转换为中频模拟信号。

2.根据权利要求1所述的一种卫星导航抗干扰天线，其特征在于，所述天线阵包括4个天线阵元，布阵方式为方形布阵或者Y形布阵。

3.根据权利要求1所述的一种卫星导航抗干扰天线，其特征在于，所述射频通道包括4个接收通道。

4.根据权利要求1所述的一种卫星导航抗干扰天线，其特征在于，所述幅相误差校正处理子模块进一步包括幅相误差估计单元和幅相误差校正单元，其中，

所述幅相误差估计单元用于对接收到的期望信号来向的单点频信号进行FFT变换到频域，4个通道点频信号的幅相信息和期望的导向矢量进行比较，获得幅相校正权值；

所述幅相误差校正单元用于利用幅相误差估计单元得到的幅相误差校正权值，对各通道信号进行幅度的校正和相位的偏移，保证期望信号来向上信号增益最大。

5.根据权利要求1所述的一种卫星导航抗干扰天线，其特征在于，自适应阵列信号处理子模块进一步包括自适应抗干扰权值计算单元和自适应加权滤波单元，其中，

所述自适应抗干扰权值计算单元根据天线阵各阵元接收信号的统计特性，利用线性约束最小方差准则进行阵列信号处理，求得自适应抗干扰权值矢量；

所述自适应加权滤波单元用于利用自适应抗干扰权值对4个通道的中频数字信号进行加权处理，滤除接收信号中存在的干扰信号，并使得卫星导航信号得以保留输出。