北斗抗干扰天线系统稳定性研究文献综述

文献综述

一、研究背景

我国北斗卫星导航系统是以建成独立自主、开放兼容、技术先进以及稳定可靠覆盖全球为建设目标的导航系统。导航系统终端接收机类型根据用途可分为车载式、舰载式、机载式、弹载式以及星载式等。考虑到终端工作环境的影响，为保证系统的工作性能，对卫星终端天线性能有以下基本要求：首先要求终端天线在各个频段上能有良好的电性能，满足指标要求；终端天线的低仰角增益不能太低，所以天线方向图应具有宽波束特性；再者，终端天线除了要便于安装和机械强度高以外，还应该具备小巧和轻便的特点。对于车载天线而言，因可供安装的位置有限，天线应具备低剖面和轻重量的特点。

但是包括北斗卫星导航系统在内的全球卫星导航系统，都很容易遭受多种形式干扰的影响，导致终端的接收机定位和导航性能下降，甚至可能无法正常工作。干扰形式包括无意和人为有意的。因为卫星发射的信号很微弱，并且卫星距离地面很远，信号在传播过程中会衰减，所以到达地面的信号功率很低。同时，信号在传播过程中复杂的电磁环境会使其受到干扰；而且由于卫星发射的信号载波频率固定不变、调制的方式已知以及数据传输的格式不变，终端接收机很容易遭受到人为干扰的影响。

二、国内外研究现状

近年来，用于导航终端的天线类型主要有四臂螺旋天线和微带天线。四臂螺旋天线由依次旋转900的四条螺旋金属线组成。它有半球覆盖的宽波束，优良的广角圆极化以及良好的阻抗匹配特性。经过这些年的发展，这类天线已经出现各种各样的结构，例如用于获得多频或者宽频带特性的折叠旋臂结构和印制式旋臂结构，用于减小天线体积的介质加载法和曲流结构等。但是相比之下，这类天线的体积还是相对较大，而且馈电网络对方向图的影响较大，所以这类天线在一些终端设备上不适用。

微带天线的剖面比较薄，体积相对比较小、重量很轻，具有平面结构，而且可以和导弹等一些非平面的载体表面共形；能与有源电路一起集成，可用印刷电路技术批量生产，加工简便，造价低；便于获得圆极化、双极化和双频段等多功能工作。虽然微带天线有频带窄，其相对带宽约1％一7％；有导体和介质损耗，会激励其表面波，使辐射效率降低；功率容量较小，一般用于低功率发射和接收场合。不过，已发展了不少技术来克服或减小上述缺点。为了使微带天线满足卫星终端天线的性能要求，近年来研究者对微带天线的多频圆极化以及小型化等技术有大量研究，并取得一些成果。例如，采用多个微带贴片叠层放置，将其印在不同的或是相同的介电常数的介质基板上实现单圆极化或者双圆极化；通过在地板或是贴片上开槽、加载短路销钉、使用高介电常数的介质基板等方法可以实现微带天线的小型化，在单层贴片上开缝加枝节可以实现多频段工作。

三、抗干扰技术发展

目前，卫星导航终端抗干扰技术一般分为基于单个天线的滤波技术与基于各种阵列的滤波技术。所谓单个天线的滤波是指利用一个天线单元从时域或者是频域实现抗干扰。基于阵列天线自适应滤波技术可以分为纯空域滤波和空时二维联合处理的滤波技术。空域滤波技术是利用各种不同的天线阵列从空间位置上实现干扰抑制，其算法有很多，例如功率倒置算法，各种约束条件下的Capon波束形成算法还有基于恒模特性域是基于C/A码自相干特性的几种盲自适应波束形成算法。纯空域算法通过在天线阵的方向图中产生对着干扰源方向的零点，实现抗干扰目的。空域滤波技术在理想情况下可以使接收机的抗干扰能力提高至少40dB。

在空域的基础上加上时域滤波可以形成空时联合自适应滤波，该技术在每个天线阵元上增加相同数量的延迟步长，形成空时二维联合处理结构。空时处理在不增加阵元数的前提下，大大提高了阵列的自由度，使得抗干扰能力得到很大提高。空时处理算法虽然提高了自由度，但同时也带来了比较高的计算复杂度和比较慢的收敛速度。针对此缺点，美国Purdue大学的两个教授Myrik和Zoltowski提出一种基于多层嵌套维纳滤波的空时联合抗干扰算法，此算法采用了嵌套维纳滤波对计算量较大的协方差矩阵进行降秩，减少了空时计算复杂度并提高收敛的处理速度。空时二维联合自适应处理的代价函数的构建和自适应算法的准则与自适应纯空域处理的算法很相似，所以对空时联合自适应滤波技术的研究目前主要集中在减少计算复杂度以及提高收敛速度上。