自適應(yīng)抗干擾天線在飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

1 引言

大多數(shù)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)廣播系統(tǒng)，沒(méi)有自我校正功能，用戶得到的定位信息的真?zhèn)螣o(wú)法通過(guò)本系統(tǒng)判別，使得對(duì)導(dǎo)航信號(hào)的干擾變得相對(duì)容易。盡管導(dǎo)航系統(tǒng)均采用擴(kuò)頻技術(shù)，有很高的處理增益，極具隱蔽性。GPS信號(hào)電平通常比噪聲電平低20dB左右，很難檢測(cè)到。同時(shí)，正因?yàn)榈竭_(dá)用戶接收機(jī)的信號(hào)強(qiáng)度極低，因此通用GPS接收機(jī)非常容易被干擾。

自適應(yīng)天線系統(tǒng)結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和天線與微波技術(shù)，將天線方向圖的零點(diǎn)指向干擾信號(hào)，減輕干擾信號(hào)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的影響。它可以提高導(dǎo)航系統(tǒng)不低于30dB的抗干擾能力，并且能同時(shí)對(duì)抗多個(gè)方向的干擾。

高速飛行器速度極高，飛行器上的天線系統(tǒng)必須滿足防熱、氣動(dòng)、共形、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及惡劣的環(huán)境條件等特殊要求。自適應(yīng)天線系統(tǒng)天線必須與載體共形安裝，天線陣列的排布受到限制，非規(guī)則的天線布局對(duì)自適應(yīng)天線系統(tǒng)的性能會(huì)產(chǎn)生較大影響。

2 自適應(yīng)天線系統(tǒng)簡(jiǎn)介

自適應(yīng)天線系統(tǒng)主要由天線陣、自適應(yīng)處理器以及射頻電纜網(wǎng)構(gòu)成。其中，天線陣由多個(gè)天線單元構(gòu)成，通常為四個(gè)天線，一個(gè)為主天線，接收有用信號(hào)，其余為輔助天線，產(chǎn)生對(duì)消干擾的參考信號(hào)。自適應(yīng)天線系統(tǒng)與接收機(jī)不需要通信，通過(guò)射頻電纜連接。天線系統(tǒng)組成如圖1。

圖1 自適應(yīng)天線系統(tǒng)組成圖

自適應(yīng)天線系統(tǒng)根據(jù)天線陣列的輸出情況自動(dòng)調(diào)節(jié)副通道（副天線對(duì)應(yīng)的射頻通路）的權(quán)系數(shù)（幅度和相位），使天線系統(tǒng)能根據(jù)電磁環(huán)境、衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)及干擾信號(hào)的方向變化自動(dòng)跟蹤所需的信號(hào)，自動(dòng)抑制信號(hào)，以提高天線接收信號(hào)的質(zhì)量，從而具有自適應(yīng)性。自適應(yīng)處理器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，在自適應(yīng)處理器中，對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化自適應(yīng)處理，利用功率倒置算法完成對(duì)干擾信號(hào)的消除。

3 自適應(yīng)天線系統(tǒng)研制概況

3.1 天線陣列研制

根據(jù)飛行器的飛行姿態(tài)以及干擾的來(lái)向，確定天線的布局。圖2為衛(wèi)星導(dǎo)航和干擾來(lái)自于載體下方的天線陣列排布示意圖。

圖2 天線布局示意圖

朝天的天線由一個(gè)單元構(gòu)成，用于接收衛(wèi)星信號(hào)。朝地的天線由三個(gè)單元構(gòu)成，用于對(duì)消干擾信號(hào)。對(duì)陣列進(jìn)行了仿真，仿真模型如圖3，當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)臋?quán)值時(shí)，陣列仿真結(jié)果如圖4。

圖3 飛行器天線系統(tǒng)仿真模型

圖4 形成零點(diǎn)方向圖

從圖中可以看出，采用四元自適應(yīng)陣列，主天線朝天，三元對(duì)消陣列朝地，只要自適應(yīng)處理機(jī)選擇合適的權(quán)值，就可以有效的在干擾方向形成增益零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)消地面干擾的需要；對(duì)接收衛(wèi)星信號(hào)的上半球沒(méi)有影響。