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陆基无线电导航系统作为卫星导航系统的补充和增强,特别是在卫星导航系统不可用时,陆基导航系统可作为后备独立工作,卫星导航系统的资源也可以被陆基导航系统充分开发和利用以提高陆基系统性能。
采用直接序列扩频体制的陆基无线电导航系统通过其自身的扩频增益,拥有一定的干扰抑制能力,但由于系统工作的频段、信号传输信道等各种环境将对接收机的信号捕获跟踪产生各种干扰,且当在相对拥挤的电磁频谱环境及各种有意敌对干扰源存在的情况下,直扩系统更容易受到威胁,干扰信号的干扰功率相对于信号功率变得越来越大,干扰造成的影响将足以使接收机不能正常工作,因此陆基无线电导航系统抗干扰技术的研究变得越来越迫切。
论文围绕直扩体制的陆基无线电导航系统存在的各种干扰及其抗干扰技术展开研究,主要包括以下几个方面:
针对陆基无线电导航系统所处的中短波段,对其信道特性进行了分析,论文分别建立了近距离地波场强的简易计算模型和远距离地波场强的计算模型,针对影响地波衰减函数的模方程的根的求法,提出了一种改进的精确求解的计算方法,仿真表明该方法不仅能够满足实时要求,而且更适合于工程应用。对天波信号的传播特性进行了分析,研究了中短波段天波信号场强、时延的计算方法,为下文中研究抗天波干扰技术打下了理论基础。
针对窄带干扰,论文对直扩系统中的窄带干扰抑制系统进行了建模与分析,提出了一种基于EKF学习算法的递归神经网络干扰抑制技术,并提出采用解耦扩展卡尔曼滤波(DEKF)来解决EKF学习算法所需的计算量和存储量相对很大的问题。仿真分析表明基于EKF学习算法的递归神经网络干扰预测抑制技术极大地解决了常规时域自适应线性或非线性干扰预测抑制技术存在的预测精度不高、收敛速度慢的缺点,并改善了强干扰下相关曲线特性,基本复现了无干扰时的相关特性,更利于有用扩频信号的捕获跟踪。
针对陆基无线电导航系统存在的多径干扰,建立了存在多径干扰的多径信号数学模型,提出了基于一种改进的MEDLL多径抑制方法。通过对存在多径干扰信号的伪码跟踪环路及载波跟踪环路的理论推导和数值仿真,得到从码跟踪环路解决多径干扰问题是最直接有效的方法,本文提出的方法是对传统的MEDLL多径抑制方法进行了改进,其特点是在时延估计范围中找出使环路鉴相曲线稳态误差零点不变所需要的本地最少估计单元大小和个数,仿真结果表明该方法不仅能够有效的消除多径误差,提高稳态误差特性,而且大大降低了复杂度。
针对导航接收机正常工作影响最严重的“远近”效应和天波干扰,提出了一种选通的部分并行干扰抵消的方法。推导了“远近”效应及天波干扰的发生和判定方法,分析了存在“远近”效应和天波干扰情况下的各导航台信号捕获的性能,得出“远近”效应和天波干扰的共同特点均为干扰信号功率远大于希望的导航台信号,从而导致导航接收机不能正常捕获弱导航台信号。仿真结果表明本文提出选通的部分并行干扰抵消的方法能够很好的消除无线电导航系统中存在的“远近”效应和天波干扰,改善导航接收机的捕获性能,有效的消除导航接收机的工作盲区。采用FPGA技术对干扰抵消器进行了硬件电路设计,并在实验室环境下对设计电路进行了验证并给出了实验结果,结果表明本文提出的方法能够有效的改善弱信号的信噪比,很好的消除“远近”效应和天波干扰,具有很高的实际应用价值。
综上所述,本论文对陆基无线电导航系统所处的中短波段信道特性及存在各种干扰进行了分析,针对各种干扰问题,提出并深入的研究了相应的抗干扰技术解决方案,仿真结果及实验数据表明本论文所提出的模型和算法能够获得很好的效果。