空频极化联合域抗干扰技术研究与实现

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1、摘要摘要全球卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS）在军民领域发挥着越发重要的作用，尤其在军事领域，其意义重大。近年来，随着我国自主研发北斗卫星导航系统（BDS）的快速发展，面对越发复杂的空间电磁环境，针对新技术、小型化、高性能的卫星导航终端接收设备干扰抑制技术得到了广泛的研究与应用。本论文基于极化敏感阵列信号处理技术，重点研究了基于空频极化联合域的卫星导航终端接收设备抗干扰技术，并对其算法稳健性能进行了优化分析，有效提升了卫星导航终端设备的干扰抑制能力。本论文主要内容包括：（1）介绍了极化-空域波束形成技术，通过建立数学模型分

2、析了其固有特性，并通过大量仿真分析比较了其与传统标量阵列的性能，验证了在特定空间稀疏布阵条件下极化-空域波束形成技术不存在栅瓣的现象，以及可对空间来向相同、极化信息与期望信号存在差异的干扰进行有效抑制等优越性。（2）针对极化敏感阵列信号接收通道间良好的正交特性，基于四元数理论，提出了四元数极化-空频联合域波束形成技术，通过数值仿真实验，验证了该方法相对于长矢量极化-空频联合域抗干扰技术具有更优的稳健性能。（3）针对阵列导向矢量失配的情形，设计并提出了一种基于概率约束的稳健四元数极化-空频域抗干扰算法，并利用Bernstein-type不等式将其转化为可求解的凸优化问题，有效提

3、升了算法在阵列导向矢量存在失配情形下的稳健性能。（4）针对干扰位置快变的情形，结合阵列协方差矩阵展宽技术，设计并提出了一种基于广义旁瓣相消的四元数极化-空频域波束形成方法，在降低算法运算复杂度的同时使得波束方向图在干扰零陷位置得到了有效展宽，提升了算法在干扰位置快变情形下的稳健性。（5）设计并实现了空频极化联合域卫星导航抗干扰方法，并结合实际工程项目给出了系统架构，详细阐述了FPGA软件模块设计及关键技术的优化策略，给出了系统的实测结果，实验数据分析结果证明了该技术的实用性及优越的环境适应性。关键字：极化敏感阵列，极化-空频域自适应处理，抗干扰，四元数，稳健波束形成，零陷展宽

4、IAbstractAbstractTheglobalsatellitenavigationplaysanincreasinglyimportantroleinthefieldofmilitaryandcivilian,especiallyinmilitaryfield,itisofgreatsignificant.Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofChina’sBeidousatellitenavigationsystem,andinthefaceofincreasinglycomplexelectromagneticenviron

5、mentofspace,anti-jammingtechnologyofthesatellitenavigationreceiver,whichwiththecharacteristicofminiaturizationandhighperformance,hasbeenwidelyresearchandapplication.Basedonpolarizationsensitivearraysignalprocessingtheory,thisdissertationfocusesontheanti-jammingtechnologybasedonthepolarizati

6、onspace-frequencydomain,andoptimizestherobustperformanceofthealgorithm,whichcaneffectivelyenhancetheanti-jammingperformanceofsatellitenavigationreceiver.Themajorworkofthisdissertationincludes:(1)Polarization-spacebeamformingisintroduced,anditsinherentcharacteristicsareanalyzedbyestablishing

7、amathematicalmodel.Inaddition,theperformanceofthepolarizationsensitivearrayiscomparedwiththeperformanceofthetraditionalscalararraybyalargeofsimulationanalyzes.Sothesefeaturesareprovedthatpolarization-spacebeampatternhasnograting-lobesinsparselyspacedarra