【摘要】：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,簡(jiǎn)稱GNSS)在民用以及軍事領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用,但衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)弱,極易遭到各種無意或有意的電磁干擾的問題也亟待解決。天線陣和射頻通道位于抗干擾接收機(jī)的最前端,該部分性能在很大程度上影響到了抗干擾算法的實(shí)現(xiàn)效果。本文結(jié)合實(shí)際的工程需要,通過軟件仿真了各種陣列天線的性能作為硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論指導(dǎo),并設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了抗干擾接收機(jī)的射頻前端電路。論文首先總結(jié)了國內(nèi)外衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾技術(shù)的研究現(xiàn)狀,介紹了本設(shè)計(jì)的應(yīng)用背景和研究方向。研究了頻域抗干擾技術(shù)、空域抗干擾技術(shù)以及空時(shí)抗干擾技術(shù)各自的原理和優(yōu)缺點(diǎn),推導(dǎo)了抗干擾算法應(yīng)該選擇哪種自適應(yīng)準(zhǔn)則,并重點(diǎn)研究了空域的功率倒置算法,對(duì)其原理進(jìn)行了推導(dǎo),并設(shè)計(jì)了抗干擾接收機(jī)系統(tǒng)的框架。在陣列天線設(shè)計(jì)方面,首先建立了常見的陣列天線接收模型,通過理論推導(dǎo)和軟件仿真研究了陣元間距、陣元個(gè)數(shù)對(duì)天線陣性能的影響;通過對(duì)陣元間距的研究,得出了陣元以半波長均勻分布時(shí)陣列性能最優(yōu);仿真研究了常見的均勻線陣、均勻圓陣等陣列天線的性能,選擇圓心存在陣元的平面圓陣作為接收機(jī)陣列天線的布局方式;通過比較常用的天線性能,選擇微帶天線作為陣列天線的陣元。在射頻模塊電路設(shè)計(jì)方面,通過分析對(duì)比常見的三種接收機(jī)射頻前端結(jié)構(gòu)的性能指標(biāo)、復(fù)雜程度、功耗和成本等各方面因素,并結(jié)合抗干擾接收機(jī)的系統(tǒng)需求,最終采用了低中頻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案;詳細(xì)的研究了抗干擾接收機(jī)射頻前端設(shè)計(jì)中需要充分考慮的通道增益、噪聲系數(shù)、動(dòng)態(tài)范圍、阻抗匹配等各項(xiàng)指標(biāo);依據(jù)上面的研究對(duì)射頻前端的低噪聲放大器、頻綜、混頻器等關(guān)鍵部件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。射頻前端的低噪聲放大器部分采用了兩級(jí)級(jí)聯(lián)的方式來提供足夠的增益以及減小噪聲系數(shù),同時(shí)保證了不產(chǎn)生飽和失真和三階互調(diào)失真。通過使用大動(dòng)態(tài)范圍的自動(dòng)增益控制模塊來保證輸入到后端ADC的低中頻信號(hào)的功率不但符合信號(hào)處理的靈敏度要求,同時(shí)不會(huì)引起飽和失真�？紤]到射頻模塊可能出現(xiàn)的信號(hào)完整性問題,在射頻前端的各模塊中加入了阻抗匹配電路和必要的濾波電路。最后對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試,對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析。系統(tǒng)的聯(lián)合測(cè)試結(jié)果表明設(shè)計(jì)的硬件能夠滿足抗干擾接收機(jī)前端部分的需求。
[Abstract]:(Global Navigation Satellite System, (Global Satellite Navigation system) is more and more widely used in civil and military fields. However, the satellite navigation signal is weak and vulnerable to various unintentional or intentional electromagnetic interference. Antenna array and RF channel are at the front end of the anti-jamming receiver. The performance of this part affects the effect of anti-jamming algorithm to a great extent. In this paper, the performance of various array antennas is simulated by software to guide the design of hardware system, and the RF front-end circuit of anti-jamming receiver is designed and implemented. Firstly, this paper summarizes the research status of anti-jamming technology of satellite navigation at home and abroad, introduces the application background and research direction of this design. In this paper, the principle, advantages and disadvantages of frequency domain, space domain and space-time anti-jamming are studied, which adaptive criterion should be chosen for anti-jamming algorithm is deduced, and the algorithm of power inversion in spatial domain is studied emphatically. The principle is deduced and the frame of anti-jamming receiver system is designed. In the aspect of array antenna design, the common receiving model of array antenna is established, and the effect of array element spacing and number of array elements on the performance of antenna array is studied by theoretical derivation and software simulation. Through the study of the distance between the elements, the optimal performance of the array is obtained when the array elements are uniformly distributed at half wavelength. The performance of common array antennas such as uniform linear array and uniform circular array is studied by simulation. The planar circular array with the center of the circle is chosen as the layout of the array antenna of the receiver. By comparing common antenna performance, microstrip antenna is selected as array element. In the aspect of RF module circuit design, the performance index, complexity, power consumption and cost of RF front-end structure of three kinds of receivers are analyzed and compared, and the system requirement of anti-jamming receiver is combined. Finally, the design scheme of low intermediate frequency structure is adopted. The channel gain, noise coefficient, dynamic range, impedance matching and so on, which need to be considered in the RF front-end design of anti-jamming receiver, are studied in detail. According to the above research, the key components of RF front end, such as low noise amplifier, frequency synthesizer, mixer and so on, are designed in detail. The low noise amplifier of the RF front-end adopts two-stage cascade to provide sufficient gain and reduce the noise coefficient, while ensuring no saturation distortion and third-order Intermodulation distortion. An automatic gain control module with a large dynamic range is used to ensure that the power of the low intermediate frequency signal input to the back-end ADC not only meets the sensitivity requirements of signal processing, but also does not cause saturation distortion. Considering the problem of signal integrity in RF module, impedance matching circuit and necessary filter circuit are added to each module of RF front-end. Finally, every part of the system is tested in detail, and the test results are analyzed. The joint test results show that the designed hardware can meet the requirements of the front end of the anti-jamming receiver.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN965.5

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