幅相誤差對衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾性能影響

摘要：幅相誤差對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾后輸出信號的信干噪比及相對捕獲峰值有較大影響。通過理論和大量仿真實(shí)驗(yàn)分析了幅相誤差對抗干擾后輸出信干噪比及相對捕獲峰值的影響，并通過仿真實(shí)驗(yàn)分別對比分析了相位和幅度校正對抗干擾后輸出信干噪比及相時(shí)捕獲峰值影響，得到以下結(jié)論：相位校正對抗干擾性能的提升效果明顯，而幅度校正對抗干擾性能的提升效果有限。
關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航；抗干擾；幅相誤差；信干噪比；相對捕獲峰值

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)無論在軍事還是在商業(yè)中都已顯示出巨大的應(yīng)用價(jià)值，但是由于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的本身特性，較小的干擾就可使導(dǎo)航接收機(jī)無法正常工作。在理想條件下，自適應(yīng)天線技術(shù)可以有效地抑制干擾而保留期望信號，但是在實(shí)際系統(tǒng)中常常存在各種幅度和相位誤差，如陣元相位誤差、陣元位置擾動(dòng)誤差和信號波前畸變。幅相誤差將會(huì)使抗干擾的性能急劇下降甚至無法有效抑制干擾，因此，在抑制干擾信號之前需要對接收信號進(jìn)行幅相誤差校正。
自上世紀(jì)80年代中期以來，國內(nèi)外一些學(xué)者已經(jīng)提出很多有效的幅相誤差校正方法。由于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)一般都為窄帶系統(tǒng)，陣列各通道的頻率特性比較理想，即幅頻響應(yīng)在帶寬內(nèi)起伏比較小，相頻響應(yīng)近似為一條直線。此時(shí)可以認(rèn)為各個(gè)通道之間幅相誤差僅僅相差一個(gè)復(fù)常數(shù)，只需在中心頻率上校正即可。因此，針對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，一般采用點(diǎn)頻福相誤差校正，該類方法計(jì)算量較小、結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。
文中首先在理論上分析了幅相誤差對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾后輸出信干噪比的影響，接著進(jìn)行了大量的仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性，并且得到以下結(jié)論：幅相誤差校正主要校正陣列接收通道的相位誤差對抗干擾性能的影響，而陣列接收通道的幅度誤差對抗干擾性能的影響校正效果有限，在射頻前端設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量保證各通道幅度一致性。

1 理論分析
考慮N元陣列，Γ為通道幅相不一致性系數(shù)矩陣，N(t)為通道噪聲向量，假設(shè)各通道噪聲為相互獨(dú)立的加性高斯白噪聲，且與信號及干擾不相關(guān)，均值為0，方差為。對于點(diǎn)頻幅相誤差校正，陣列接收數(shù)據(jù)模型為：
X=Γa(θ0)s(t)+N(t) (1)
其中，Γ=diag[r1，r2，…，rN]，其中，Ai和φi分別為第i個(gè)通道的幅度誤差和相位誤差，a(θ0)為點(diǎn)頻信號導(dǎo)向矢量。
由于Rx包含了幅相誤差的因素，則抗干擾自適應(yīng)處理權(quán)值為：


2 仿真實(shí)驗(yàn)
2．1 相位校正性能分析
仿真條件：采用七陣元面陣，陣元排布方式如圖1所示。衛(wèi)星輸入信干噪比為-60 dB，其中輸入信噪比為-20 dB，干擾位置為(120°，45°)。