功率倒置算法在北斗抗干擾天線系統(tǒng)中的應用

摘要：為解決北斗導航接收機干擾功率強、有效信號弱的不足，提出了一種基于功率倒置自適應算法的抗干擾設計方案。該方案以自適應天線系統(tǒng)為平臺，采用FPGA處理器Virtex5芯片實現(xiàn)自適應算法，根據(jù)最小均方誤差原則迭代計算功率倒置的最優(yōu)權值并產(chǎn)生加權輸出。測試結(jié)果顯示：功率倒置算法在干擾形式、干擾方向未知的情況下能夠有效抑制干擾，為北斗導航接收機提供最高50 dB的抗干擾能力。
關鍵詞：北斗導航接收機；功率倒置；自適應；FPGA；抗干擾

北斗導航系統(tǒng)采用擴頻方式通信，信號到達接收機時非常微弱，其功率甚至遠低于接收機內(nèi)部噪聲，更遠低于干擾信號功率。北斗接收機接收到的干擾數(shù)目以及干擾形式無法做到事先預知，衛(wèi)星信號的來向和數(shù)目也不可能預知，這種情況下適合采用功率倒置自適應算法抑制干擾。
文中提出一種基于FPGA的功率倒置自適應算法實現(xiàn)方案，測試表明該方案在強干擾條件下具有較好的抗干擾效果。

1 功率倒置自適應算法的原理
自適應天線系統(tǒng)是由多元天線陣和信號處理單元組成的系統(tǒng)。系統(tǒng)工作時，信號處理單元根據(jù)系統(tǒng)的輸入和輸出自適應的調(diào)整天線陣的權值，自動修正和優(yōu)化天線的方向圖、頻率響應和極化特性，抑制和消除干擾，提高輸出信號的信噪比。
功率倒置自適應算法是直接將陣列的輸出作為誤差信號，在一定約束條件下追求誤差信號最小。這種算法不區(qū)分有用信號與干擾信號，只力圖使陣列輸出功率最小。它的穩(wěn)態(tài)方向圖將在干擾信號方向引入零點。而且，干擾信號功率愈強引入的零點深度就愈深。在干擾被大大抑制之后，解擴過程再將信號增強，就能獲得很好的信干噪比。
功率倒置算法的原理結(jié)構如圖1所示，陣列第一支路的權值設定為“1”或其它固定值“α≠0”。

自適應算法通過選擇[w2，w3，…，wN]的最佳值使陣列的輸出功率最小。功率倒置自適應算法的最佳權值為。其中，為陣元2～N上輸入信號的自相關矩陣，rαl=E[Xαxl]為陣元2～N上的信號與參考陣元上的信號的互相關向量，Xα=[x2，x3，…，xN]T。