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一种抗干扰GPS智能天线系统的设计

2014-12-31  心语.菲

 

1  引言

近年来,在导航、制导、精密测量、精密授时方面,GPS得到了非常广泛的应用。但大多数情况下,接收机依赖于卫星发射的射频信号来工作,GPS接收信号功率低,因此易受射频干扰的影响,这些射频干扰可能是宽带的、窄带的、无意的或有意的。很多学者针对该问题进行研究,提出许多方法,其中智能天线技术具有较强的抗干扰能力,已成为新一代GPS抗干扰发展方向之一。本文在已有的GPS接收机基础上,以改善接收机接收有用信号信噪比、提高抗干扰性能为主要目标,提出一种基于智能天线技术的GPS抗干扰系统,并进行硬件实现。

 

2  智能天线原理

智能天线的基本原理是依据接收准则自动的调节天线阵元的幅度和相位加权,以达到最好的接收效果。图1是智能天线系统框图,信号s(t)经天线接收,然后与权矢量w相乘,以调整各通道接收信号的相位和幅度,最后对加权信号后的信号求和,得到阵列输出y(t),其中信号s(t)和权矢量w是复数。

 

图1  智能天线系统原理

 

智能天线阵元排列方式有多种,主要有线阵、方阵、圆阵等。本系统采用了圆阵。圆阵是指M个相同的全向阵元在半径为R的圆周上等间隔排列的天线阵,如图2所示。

 

图2  圆形天线阵示意图

 

阵列的第m个阵元与第0个阵元的角度为.设信号入射和第0个阵元的夹角为,如果以圆心作为相位参考基准,则在某时刻圆心和第m个阵元接收到的信号的复包络之间的相位差为

       (1)

则来自的信号响应可写成:

  (2)

 

其中为包含波达方向角信息的权值分量,且,为使最大则有

        (3)

可通过调整复权值w的相位以满足该条件,从而形成相应方向的波束。这种圆形波束形成天线可以在范围形成任意方向的波束,这是线阵无法是实现的,所以本系统采用了圆阵天线。

 

3  系统设计分析

本系统开发时在自行设计的天线阵、射频前端、上变频器以及已有的GPS接收机基础上,根据软件无线电的思想,重点设计了高速AD采集部分,多波束形成器,以及数字上变频器部分,在前端将中频信号数字化,之后经数字下变频至基带,在基带对信号完成数字波束赋形和幅相加权,然后对基带数据进行数字正交调制,最后数字上变频至中频信号转成模拟信号,输出到混频器接GPS接收机。本节从以下几个方面分别介绍:

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