CN202759018U

CN202759018U - 一种基于自适应空时滤波的gps抗干扰天线

Info

Publication number: CN202759018U
Application number: CN2012200339888U
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: CHONGQING JIUZHOU STARNAV SYSTEMS CO LTD
Current assignee: CHONGQING JIUZHOU STARNAV SYSTEMS CO LTD
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2022-09-06

Abstract

本实用新型所揭示一种基于自适应空时滤波的GPS抗干扰天线，该抗干扰天线用于接收GPS信号，并将其中的干扰信号滤除。抗干扰天线包括4阵元微带方形天线阵、低噪声放大器（LNA）单元、下变频单元、AD转换器单元、抗干扰处理单元以及1路上变频单元组成，本抗干扰天线通过4阵元微带天线阵同时接收GPS信号，并通过低噪声放大器（LNA）单元、下变频单元、AD转换器及抗干扰处理单元将信号中的干扰信号滤除，从而获得较为纯净的GPS中频信号后，再经过上变频通道，将中频信号还原为L1频段的GPS信号，最后通过TNC输出以供通用GPS接收机使用。本抗干扰天线与传统的天线相比，具有抗干扰能力强、可靠性高，功耗低、体积小等特点。

Description

一种基于自适应空时滤波的GPS抗干扰天线

技术领域

本实用新型涉及一种用于GPS信号被干扰情况下，通过天线将干扰信号滤除，为GPS接收机提供较为纯净的GPS信号，它特别涉及一种基于自适应空时滤波的GPS抗干扰天线。

背景技术

GPS系统是由美国国防部的陆海空三军在19世纪70年代联合研制的新型卫星导航系统，它的英文名称是“Navigation Satellite Timing And Ranging/Global Positioning System”其意为“卫星测时测距导航全球定位系统”简称GPS系统。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性、(陆地海洋航空和航天)全球性、全天候、连续性和实时性的导航定位和定时的功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。

全球定位系统(GPS)的广泛应用和发展，对军队现代化建设的影响日益扩大。在军事指挥方面，GPS提供了统一的时间标准、目标精确的空间坐标及实时位置，因而对协同作战具有重要意义。以美国为首的西方国家正在开发导航战技术和装备其武装部队，其目的是要保证他们对卫星导航系统的使用和防止敌对军事力量利用GPS与之对抗，从而获取战场军事优势。我国应该研究敌军动向，根据我国国情，发展导航战技术，使之能更好地为我军服务。

随着卫星导航接收机的集成微小型化，可以被嵌入到其他的通信、计算机、安全和消费类电子产品中，使其应用领域更加扩展，已经渗透到国民经济的许多部门。然而由于GPS接收机本身的特点，天线端的所接收信号十分微弱，再加上其对全球定位系统(GPS) 24个卫星群的依赖程度的增加以及专用GPS干扰系统的出现，GPS信号可能会受到有意或无意的干扰。这要求必须具有良好的抗干扰的能力。

此外，根据国内外无线电管理部门发布的无线电干扰情况来看，随着无线电新技术、新业务应用和发展，加上无线发射设备的老化，电磁环境日趋恶化，干扰逐年呈上升趋势。已经报道其他通信系统对GPS干扰的例子，这对商用GPS接收机往往要在恶劣的环境中，如高电磁干扰环境中正常工作提出了挑战，因而展开研制GPS干扰与抗干扰技术的研究是十分必要的。

发明内容

本实用新型为了解决上述现有技术存在的技术问题而提供一种具有抗干扰能力强、可靠性好，功耗低、体积小的一种基于自适应空时滤波的GPS抗干扰天线。

本实用新型的技术方案如下：一种基于自适应空时滤波的GPS抗干扰天线，包括4阵元微带方形天线阵、低噪声放大器（LNA）单元、下变频单元、A/D转换单元、抗干扰处理单元以及上变频单元，其特征在于：所述的4阵元微带方形天线阵有4个输出端口，输出端口采用焊接的方式与射频线连接，4阵元微带方形天线阵通过射频线与低噪声放大器（LNA）单元相连接，用于将4阵元微带方形天线阵同时接收GPS信号通过射频线传输给低噪声放大器（LNA）单元。

进一步，所述的低噪声放大器（LNA）单元由4个低噪声放大器组成，低噪声放大器由带通滤波器、放大器电路组成，低噪声放大器（LNA）通过两个SMA连接头分别与射频线和射频线相连，低噪声放大器（LNA）单元通过射频线与下变频单元相连接，用于将低噪声放大器（LNA）单元放大的GPS射频信号通过射频线传输到下变频单元。

进一步，所述的下变频单元由4个下变频器组成，下变频器包括两个用于进一步筛选处理GPS信号的带通滤波器、两个混频器、一个频率综合器、一个晶体，下变频单元通过射频线与AD转换单元连接，用于将处理得到的模拟中频信号输出到AD转换单元。

进一步，所述的AD转换单元包括4个AD转换器,并通过高速I/O接口形式与抗干扰处理单元连接，用于将模拟中频信号数字化后输出到抗干扰处理单元。

进一步，所述的抗干扰处理单元通过高速I/O接口与上变频单元连接，用于将4路数字中频信号进行经过基于自适应空时滤波的抗干扰处理后变成1路数字中频信号输出到上变频单元。

进一步，所述的上变频单元包括1个DA转换器，1个混频器,并与TNC相连接，用于将数字中频信号进行模拟化后并变频得到GPS L1频点的信号，之后再经过TNC输出。

本实用新型所述的天线进行抗干扰处理的步骤如下：

1、4阵元微带天线阵同时接收4路GPS导航卫星信号；

2、低噪声放大（LNA）单元对接收到的4路GPS导航卫星信号进行滤波和放大；

3、下变频单元再将经过滤波和放大的GPS信号下变频到模拟中频信号；

4、A/D转换单元再将4路模拟中频信号进行采样，变成数字中频信号；

5、抗干扰处理单元将4路数字中频信号进行经过基于自适应空时滤波的抗干扰处理后变成1路数字中频信号；

6、最后上变频单元将进过抗干扰处理后的数字中频信号进行模拟化后，通过混频器将模拟中频上变频到GPS L1频点的信号，之后再经过TNC接口输出以供GPS接收机使用。

本实用新型的有益效果是：

由于本实用新型所述的基于自适应空时滤波的GPS抗干扰天线在信号接收环节就将干扰信号进行了处理，使得普通的GPS接收机在不经过改变现有硬件和软件的情况下就可以在干扰环境下使用，使得整个设备具有定位精度高，抗干扰能力强、可靠性好，功耗低、体积小等优点。

附图说明

图1 为本实用新型的结构示意图；

图2 为本实用新型各功能模块连接示意图；

图3 为本实用新型抗干扰处理单元空时处理结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

参阅图1及图2所示，一种基于自适应空时滤波的GPS抗干扰天线，包括4阵元微带方形天线阵1、低噪声放大器（LNA）单元2、下变频单元3、A/D转换单元4、抗干扰处理单元5以及1路上变频单元6，所述的4阵元微带方形天线阵1通过射频线7与低噪声放大器（LNA）单元2相连接，用于将4阵元微带方形天线阵1同时接收的GPS信号通过射频线(7)传输给低噪声放大器（LNA）单元2。低噪声放大器（LNA）单元2由4个低噪声放大器20组成，低噪声放大器20由带通滤波器201、放大器电路202组成，低噪声放大器（LNA）单元2通过两个SMA连接头分别与射频线7和射频线8相连，低噪声放大器（LNA）单元2通过射频线8与下变频单元3相连接，用于将低噪声放大器（LNA）单元2放大的GPS射频信号通过射频线8传输到下变频单元3。下变频单元3由4个下变频器30组成，下变频器30包括一个用于进一步筛选处理GPS信号的带通滤波器301、两个混频器302、一个频率综合器303、一个晶体304、一个自动增益放大器305，下变频单元3通过射频线9与AD转换单元4连接，用于将处理得到的模拟中频信号输出到A/D转换单元4。AD转换单元4包括4个AD转换器401,并通过高速I/O接口10与抗干扰处理单元5连接，用于将模拟中频信号数字化后输出到抗干扰处理单元5。抗干扰处理单元5通过高速I/O接口11与上变频单元6连接，用于将4路数字中频信号进行经过基于自适应空时滤波的抗干扰处理后变成1路数字中频信号输出到上变频单元6。上变频单元6包括1个DA转换器601，1个混频器602,并与TNC12相连接，用于将数字中频信号进行模拟化后并变频得到GPS L1频点的信号，之后再经过TNC12输出。

参阅图3所示，抗干扰处理单元5将4路数字中频信号进行经过基于自适应空时滤波算法的抗干扰处理。空时滤波是本抗干扰天线的关键技术，GPS空时抗干扰方法采用天线阵列(均匀圆阵或均匀线阵)，利用GPS信号的特征完成干扰抵消，同时尽量保证信号的不失真。基于同一时间延迟节点，各阵元共同所起的作用相当于空域的自适应滤波，可以分辨空间干扰源，形成空域零陷抑制空域干扰。基于同一天线阵元，各级时延相当于时域FIR滤波，根据自适应滤波原理，在时域进行干扰抵消。空时联合处理能够在空域和频域的二维平面上抑制干扰。可以近似地认为联合空时处理是把空域滤波推广到空时域，或把时域滤波推广到空时二维滤波。

设系统空时维数M×P。每个时间延迟单元的时间延迟为△。 W为空时权矢量：

Figure 2012200339888100002DEST_PATH_IMAGE002

（1）

联合空时处理的输入向量X=S+n为(S为信号，n为噪声)：

Figure 2012200339888100002DEST_PATH_IMAGE004

（2）

为了获得空时滤波器输出的简便公式，引入矩阵向量化算子如下：

Figure 2012200339888100002DEST_PATH_IMAGE006

（3）

（4）

矩阵B=[b1，b2... bm]的向量化算子定义为:

（5）

平稳条件下，联合空时处理的标量输出为

（6）

输出信干噪比为:

（7）

在经过空时抗干扰处理后变成1路数字中频信号，通过高速I/O口11传输到上变频单元6。

在本实用新型中，通过4阵元微带方形天线阵1、低噪声放大器（LNA）单元2、下变频单元3、AD转换单元4、抗干扰处理单元5以及1路上变频单元6六个模块具备处理干扰信号的能力，从而获得较为纯净的GPS信号以供普通的GPS接收机使用，因此，与传统的抗干扰处理港式相比，具有定位精度高，抗干扰能力强、可靠性好，功耗低、体积小等特点。

Claims

1.一种基于自适应空时滤波的GPS抗干扰天线，包括4阵元微带方形天线阵、低噪声放大器LNA单元、下变频单元、AD转换单元、抗干扰处理单元以及1路上变频单元，其特征在于：所述的4阵元微带方形天线阵通过射频线与低噪声放大器LNA单元相连接，用于将4阵元微带方形天线阵同时接收GPS信号通过射频线传输给低噪声放大器LNA单元。

2.根据权利要求1所述的一种基于自适应空时滤波的GPS抗干扰天线，其特征在于：所述的低噪声放大器LNA单元由4个低噪声放大器组成，低噪声放大器由带通滤波器、放大器电路组成，低噪声放大器LNA通过两个SMA连接头分别与射频线和射频线相连，低噪声放大器LNA单元通过射频线与下变频单元相连接，用于将低噪声放大器LNA单元放大的GPS射频信号通过射频线传输到下变频单元。

3.根据权利要求1所述的一种基于自适应空时滤波的GPS抗干扰天线，其特征在于：所述的下变频单元由4个下变频器组成，下变频器包括一个用于进一步筛选处理GPS信号的带通滤波器、两个混频器、一个频率综合器、一个晶体、一个自动增益放大器，下变频单元通过射频线与AD转换单元连接，用于将处理得到的模拟中频信号输出到AD转换单元。

4.根据权利要求1所述的一种基于自适应空时滤波的GPS抗干扰天线，其特征在于:所述的AD转换单元包括4个AD转换器,并通过高速I/O接口与抗干扰处理单元连接，用于将模拟中频信号数字化后输出到抗干扰处理单元。

5.根据权利要求1所述的一种基于自适应空时滤波的GPS抗干扰天线，其特征在于:所述的抗干扰处理单元通过高速I/O接口与上变频单元连接，用于将4路数字中频信号进行经过基于自适应空时滤波的抗干扰处理后变成1路数字中频信号输出到上变频单元。

6.根据权利要求1所述的一种基于自适应空时滤波的GPS抗干扰天线，其特征在于:所述的上变频单元包括1个DA转换器，1个混频器,并与TNC相连接，用于将数字中频信号进行模拟化后并变频得到GPS L1频点的信号，之后再经过TNC输出。