幅相誤差對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾性能影響

摘要：幅相誤差對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾后輸出信號(hào)的信干噪比及相對(duì)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(duì)抗干擾后輸出信干噪比及相對(duì)捕獲峰值的影響，并通過仿真實(shí)驗(yàn)分別對(duì)比分析了相位和幅度校正對(duì)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(duì)抗干擾性能的提升效果明顯，而幅度校正對(duì)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(duì)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(hào)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(hào)，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(hào)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(hào)之前需要對(duì)接收信號(hào)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(duì)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(duì)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(duì)抗干擾性能的影響，而陣列接收通道的幅度誤差對(duì)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(hào)及干擾不相關(guān)，均值為0，方差為。對(duì)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(hào)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°)。