本文關(guān)鍵詞：GNSS空域抗干擾算法研究及FPGA實現(xiàn)　出處：《重慶大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)是一種具有全能性、全天候、連續(xù)性和實時性的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng),能夠提供高精度的導(dǎo)航、定位和授時信息,其應(yīng)用涉及到國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的各個領(lǐng)域,已經(jīng)成為全球發(fā)展最快的信息產(chǎn)業(yè)之一。但衛(wèi)星信號到達地面的微弱性使接收機極易受到干擾。GNSS抗干擾技術(shù)研究顯得尤為重要。傳統(tǒng)的時域和頻域濾波能夠有效抑制少量窄帶干擾,但無法對付多個窄帶干擾和寬帶干擾。而波束形成技術(shù)通過對陣列天線上的各陣元加權(quán)調(diào)整方向圖,使方向圖的主瓣對準期望信號方向,而在干擾方向形成零陷或者旁瓣,達到抑制多個窄帶干擾和寬帶干擾的目的。本文圍繞GNSS空域抗干擾算法及硬件實現(xiàn)展開研究,主要研究內(nèi)容如下:首先,分析了導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)易受干擾的原因,介紹了陣列信號模型、波束形成原理、最優(yōu)波束形成準則和自適應(yīng)波束形成算法等波束形成基本理論。重點分析對比了常用的最優(yōu)波束形成準則和自適應(yīng)波束形成算法,并深入研究了最小均方(Least Mean Square,LMS)算法的穩(wěn)態(tài)誤差、步長因子、收斂速度之間的關(guān)系。其次,研究了最小方差無畸變響應(yīng)(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束形成算法和功率倒置(Power Inversion,PI)算法。針對MVDR算法必須知道衛(wèi)星方位以及傳統(tǒng)功率倒置算法對弱干擾的抑制效果不佳,提出了改進的功率倒置算法。仿真驗證了該算法無論在抗干擾還是干擾測向性能上均優(yōu)于傳統(tǒng)的功率倒置算法,但需要進行特征分解,運算復(fù)雜,不利于現(xiàn)場可編程器件(Field-Programmable Gate Array,FPGA)實現(xiàn)。仿真分析了傳統(tǒng)功率倒置三種不同的自適應(yīng)算法,發(fā)現(xiàn)LMS算法采用合適的步長因子,可以達到與其他自適應(yīng)算法一樣的抗干擾效果,并且復(fù)雜度較低,易于硬件實現(xiàn)。因此,選擇功率倒置自適應(yīng)LMS算法進行FPGA實現(xiàn)。最后,針對功率倒置自適應(yīng)LMS算法,搭建了GNSS空域抗干擾系統(tǒng)。對系統(tǒng)中數(shù)字自動增益控制(Automatic Gain Control,AGC)、同相正交(In-phase and Quadrature,IQ)變換、抗干擾和干擾測向等重要模塊,進行MATLAB仿真、FPGA實現(xiàn)和Modelsim功能驗證,分析了整個系統(tǒng)資源使用情況,并對系統(tǒng)進行硬件測試。硬件測試驗證了系統(tǒng)抗干擾和干擾測向功能的準確性,且所用資源符合要求。
[Abstract]:The Global Navigation Satellite system (GNSS) is an all-around, all-weather system. Continuous and real-time radio navigation and positioning system can provide high-precision navigation, positioning and timing information, and its application relates to various fields of national economic and social development. It has become one of the fastest-growing information industries in the world, but the weak arrival of satellite signals to the ground makes it particularly important to study the anti-jamming technology of receiver. Traditional time-domain and frequency-domain filtering. Can effectively suppress a small number of narrowband interference. However, it can not deal with multiple narrowband interference and wideband interference, and beamforming technology can adjust the direction of the desired signal by weighting the array elements on the array antenna, so that the main lobe of the pattern can be aligned to the direction of the desired signal. In order to suppress multiple narrowband interference and wideband interference, zero trapping or sidelobe is formed in the interference direction. This paper focuses on the anti-jamming algorithm and hardware implementation in GNSS spatial domain. The main research contents are as follows: firstly, the causes of the interference of navigation satellite system are analyzed, and the array signal model and the principle of beamforming are introduced. The basic theory of beamforming such as optimal beamforming criterion and adaptive beamforming algorithm is analyzed and compared with the conventional optimal beamforming criterion and adaptive beamforming algorithm. The relationship among steady-state error, step size factor and convergence rate of the least mean square Mean squared LMS algorithm is studied. The minimum variance Variance Distortionless Response is studied. MVDR beamforming algorithm and power inversion power Inversion. In view of the MVDR algorithm, we must know that the azimuth of satellite and the traditional power inversion algorithm are not effective to suppress the weak interference. An improved power inversion algorithm is proposed. The simulation results show that the proposed algorithm is superior to the traditional power inversion algorithm in both anti-interference and interference direction finding performance, but it needs to be decomposed and the operation is complex. It is unfavorable to Field-Programmable Gate Array. Three different adaptive algorithms for power inversion are simulated and analyzed. It is found that the LMS algorithm can achieve the same anti-jamming effect as other adaptive algorithms by using the appropriate step size factor. And the complexity is low, easy to implement the hardware. Therefore, select the power inversion adaptive LMS algorithm for FPGA implementation. Finally, for the power inversion adaptive LMS algorithm. The GNSS anti-jamming system in airspace is built. The automatic Gain control system is used to control the digital gain in the system. In-phase and QuadratureIQ) transformation, anti-jamming and direction-finding are simulated by MATLAB. FPGA implementation and Modelsim function verification, analysis of the use of the system resources, and the system hardware testing, hardware testing to verify the system anti-jamming and interference direction finding function accuracy. And the resources used meet the requirements.
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN967.1

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本文編號：1403844