自适应抗干扰天线在飞行器导航系统中的应用研究

1 引言

大多数卫星导航系统是一个广播系统，没有自我校正功能，用户得到的定位信息的真伪无法通过本系统判别，使得对导航信号的干扰变得相对容易。尽管导航系统均采用扩频技术，有很高的处理增益，极具隐蔽性。GPS信号电平通常比噪声电平低20dB左右，很难检测到。同时，正因为到达用户接收机的信号强度极低，因此通用GPS接收机非常容易被干扰。

自适应天线系统结合数字信号处理技术和天线与微波技术，将天线方向图的零点指向干扰信号，减轻干扰信号对卫星导航系统的影响。它可以提高导航系统不低于30dB的抗干扰能力，并且能同时对抗多个方向的干扰。

高速飞行器速度极高，飞行器上的天线系统必须满足防热、气动、共形、结构强度以及恶劣的环境条件等特殊要求。自适应天线系统天线必须与载体共形安装，天线阵列的排布受到限制，非规则的天线布局对自适应天线系统的性能会产生较大影响。

2 自适应天线系统简介

自适应天线系统主要由天线阵、自适应处理器以及射频电缆网构成。其中，天线阵由多个天线单元构成，通常为四个天线，一个为主天线，接收有用信号，其余为辅助天线，产生对消干扰的参考信号。自适应天线系统与接收机不需要通信，通过射频电缆连接。天线系统组成如图1。

图1 自适应天线系统组成图

自适应天线系统根据天线阵列的输出情况自动调节副通道（副天线对应的射频通路）的权系数（幅度和相位），使天线系统能根据电磁环境、卫星导航信号及干扰信号的方向变化自动跟踪所需的信号，自动抑制信号，以提高天线接收信号的质量，从而具有自适应性。自适应处理器是整个系统的核心，在自适应处理器中，对信号进行数字化自适应处理，利用功率倒置算法完成对干扰信号的消除。

3 自适应天线系统研制概况

3.1 天线阵列研制

根据飞行器的飞行姿态以及干扰的来向，确定天线的布局。图2为卫星导航和干扰来自于载体下方的天线阵列排布示意图。

图2 天线布局示意图

朝天的天线由一个单元构成，用于接收卫星信号。朝地的天线由三个单元构成，用于对消干扰信号。对阵列进行了仿真，仿真模型如图3，当选择适当的权值时，阵列仿真结果如图4。

图3 飞行器天线系统仿真模型

图4 形成零点方向图

从图中可以看出，采用四元自适应阵列，主天线朝天，三元对消阵列朝地，只要自适应处理机选择合适的权值，就可以有效的在干扰方向形成增益零点，实现对消地面干扰的需要；对接收卫星信号的上半球没有影响。