基于混合扩频的导航卫星抗干扰技术

作者：时间：2012-04-27来源：网络收藏

摘要：随着卫星导航系统在军事上的广泛应用，研究导航系统的抗干扰技术已经成为当务之急。文中创新的将跳时技术与现有导航系统相结合，提出基于直扩／跳时(DS／TH)混合扩频的导航卫星系统方案。并分别在4种卫星导航干扰模式下，对此方案进行了抗干扰性能仿真及分析。结果表明在信噪比为-33 dB误码率为10-4时，该方案抗干扰性能比传统导航信号至少提高17 dB，尤其对于抗脉冲干扰，其性能可以改善20 dB左右。
关键词：卫星导航；跳时；混合扩频；抗干扰

卫星导航信号在众所周知的频率上发射，调制方式广为人知，传输功率小，信噪比较低，这些成为其易受干扰的重要原因。造成卫星导航信号容易被干扰的最直接原因就是发射的信号太弱，如果采用混合扩频体制，则可加大信号的增益。本文着重研究将跳时与直扩技术相结合应用到卫星导航中，利用跳时技术的优点，通过时间的合理分配来避开附近发射机的强干扰，从而提高系统的抗干扰性能。

1 系统方案设计
1．1 系统整体框图
跳时技术把时间轴分成若干时隙，由跳时码决定在哪个时隙来发送信号。跳时系统能够用合理的时间分配来避开附近发射机的强干扰。但跳时系统对定时要求严格，简单的跳时抗干扰性能不强，所以很少单独使用，通常与其他方式相结合，组成各种混合方式。将DS／TH混合扩频技术与现有的导航卫星相结合，构成一种新颖的基于混合扩频体制的卫星导航系统，以增强抗干扰能力。考虑可实现性和前向兼容性，
此系统在设计时尽可能地保留了原有导航系统体制，如直扩部分的处理方式和参数等，直接从原系统继承。DS／TH导航系统框图如图1所示。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/155072.htm

在此系统中共存在有两类PN码序列：直扩序列和跳时序列。导航信号在经过DS码扩频后，将其直扩后的每一码片分成若干时隙，根据跳时序列{Cj}选择时隙来发送导航信号，从而实现跳时。
系统发射机的输出信号可表示为：

其中f0为载波频率，Td为导航信号一比特持续时间，Ts为直扩后的每一码片长度，Nd为直扩倍长度，Tc为每一时隙长度，Nc为时隙个数，D(t)为导航电文，P(t)为直扩码，C(t)则用来进行跳时。码片持续时间变短，为保证功率相等，幅度要变为原来的倍。通过上述分析可知，在DS／TH系统中，直扩码决定信号幅度的大小，跳时码则用来决定信号的发送时刻。
1．2 系统跳时序列的研究
在DS／TH系统中，直扩码部分参数都从原卫星导航系统继承，而对于跳时部分，则需进行详细的研究，使系统能在抗干扰方面达到最优效果。系统主要涉及跳时序列的3个主要参数，时隙、周期以及汉明自相关。
1．2．1 跳时时隙
DS／TH系统总的处理增益为：
GDS／TH=GDS+GTH=GDS+10·log(1／D) (4)
其中D为跳时所设置的占空比，D=1／Nc(Nc为时隙数)，所以Nc越大，DS／TH系统的处理增益越大，抗干扰性能越好。抗干扰性能与时隙个数Nc是成正比的。但系统带宽会随着时隙数的增大而变宽，因此必须根据实际情况来决定其大小。
1．2．2 跳时周期
跳时周期的增大，使相同的功率被分散到了更多的谱线中，信号的幅度变小，对功率谱起到了平滑作用，从而也减少了较强功率谱线数目。通常为了提高时隙利用率，主要采用全时隙跳时序列，即跳时序列最大值Nk=Np-1，Np=Nc。
1．2．3 汉明自相关
为实现对跳时码的捕获，跳时序列必须具有较好的自相关性能，同时异相自相关越小越好。文中主要讨论剩余类跳时序列。二次同余序列、三次同余序列和双曲同余序列是目前性能优良的3类同余跳时序列。其中，二次同余序列的自相关性能最好，异相自相关值最小，所以在基于DS／TH混合扩频的卫星导航系统中选用了二次同余序列作为跳时序列。
1．3 系统整体参数
本系统的研究目标是将跳时和直扩相结合的混合扩频体制应用到导航系统中，大幅度提高扩频处理增益，将信号频带扩展到400 MHz，不仅使系统的抗干扰能力大大增强，而且使信号能够以非常低的功率谱密度隐蔽在其它系统信号之中或是重叠发射成为可能，从根本上改善系统的顽存性。