功率倒置算法在北斗抗干扰天线系统中的应用

摘要：为解决北斗导航接收机干扰功率强、有效信号弱的不足，提出了一种基于功率倒置自适应算法的抗干扰设计方案。该方案以自适应天线系统为平台，采用FPGA处理器Virtex5芯片实现自适应算法，根据最小均方误差原则迭代计算功率倒置的最优权值并产生加权输出。测试结果显示：功率倒置算法在干扰形式、干扰方向未知的情况下能够有效抑制干扰，为北斗导航接收机提供最高50 dB的抗干扰能力。
关键词：北斗导航接收机；功率倒置；自适应；FPGA；抗干扰

北斗导航系统采用扩频方式通信，信号到达接收机时非常微弱，其功率甚至远低于接收机内部噪声，更远低于干扰信号功率。北斗接收机接收到的干扰数目以及干扰形式无法做到事先预知，卫星信号的来向和数目也不可能预知，这种情况下适合采用功率倒置自适应算法抑制干扰。
文中提出一种基于FPGA的功率倒置自适应算法实现方案，测试表明该方案在强干扰条件下具有较好的抗干扰效果。

1 功率倒置自适应算法的原理
自适应天线系统是由多元天线阵和信号处理单元组成的系统。系统工作时，信号处理单元根据系统的输入和输出自适应的调整天线阵的权值，自动修正和优化天线的方向图、频率响应和极化特性，抑制和消除干扰，提高输出信号的信噪比。
功率倒置自适应算法是直接将阵列的输出作为误差信号，在一定约束条件下追求误差信号最小。这种算法不区分有用信号与干扰信号，只力图使阵列输出功率最小。它的稳态方向图将在干扰信号方向引入零点。而且，干扰信号功率愈强引入的零点深度就愈深。在干扰被大大抑制之后，解扩过程再将信号增强，就能获得很好的信干噪比。
功率倒置算法的原理结构如图1所示，阵列第一支路的权值设定为“1”或其它固定值“α≠0”。

自适应算法通过选择[w2，w3，…，wN]的最佳值使阵列的输出功率最小。功率倒置自适应算法的最佳权值为。其中，为阵元2～N上输入信号的自相关矩阵，rαl=E[Xαxl]为阵元2～N上的信号与参考阵元上的信号的互相关向量，Xα=[x2，x3，…，xN]T。