抗干扰天线信号处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开的一种抗干扰天线信号处理装置，旨在克服传统卫星导航天线抗干扰能力弱的问题。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：在FPGA中首先完成M个通道间相位校准，对校准后的中频采样信号进行低中频IQ分解，IQ分解后的采样数据分成两路，一路进行直接波束合成，并通过内插上变频数模转换成中频信号1输出，另一路进行自适应抗干扰处理，进行相干自适应迭代算出每个通道需要的加权值，将完成干扰信号抑制的信号通过内插上变频数模转换模块转换恢复成中频信号，然后将4个通道数据加权叠加后送给后端数字模拟转换器DAC，以电流、电压或电荷的形式将数字信号转换为抗干扰后中频模拟信号2输出，送往后端GPS接收机中完成信号解调接收。

Anti interference antenna signal processing device

【技术实现步骤摘要】
抗干扰天线信号处理装置
本专利技术涉及卫星导航、卫星通信等领域，特别涉及抗干扰天线信号处理。
技术介绍
卫星导航也已经广泛应用在交通运输、测绘资源勘探、科学研究、土建工程、社会治安医疗急救等领域。有文献指出，它将是继通信，互联网之后的第三大IT产业，市场大,应用前景广。GPS几乎占全了世界各地的民用全球定位市场。以GPS为代表的全球定位系统发挥着越来越重要的作用，但由于卫星距地表距离较长，经过长距离的路径损耗，到达地球表面的信号功率仅为-160dBw左右，信号是淹没在热噪声中的，这种特点就导致了GPS信号比较容易受到干扰。由于各种干扰手段的不断涌现，极大的影响了定位系统信号的正常接收。导航卫星离地面有2万多公里，而且发射功率不大，信号到达地面接收机时，其强度仅仅相当于电视接收机天线接收信号的十亿分之一。只要事先清楚GPS的信号特征，就可以使用小功率的干扰机对其进行干扰。目前一种功率仅为1W的机载干扰机就可以干扰22千米处的GPS接收机锁定信号。卫星信号来自天空，而卫星干扰信号是从地面来的。干扰波和卫星波都是直线波，行进途中遇到障碍物都会被反射，但这两种电波的区别在于，干扰波的场强大于卫星波数千万倍，致使遇到障碍物及建筑物后会四处反射，而卫星波如没有被天线所反射则易被地表所吸收。地面控制系统GPS系统的地面控制系统是由1个主控站、3个注入站和5个监测站组成的。GPS系统是由GPS卫星星座、地面监控系统和用户接收机三部分组成，对GPS系统的干扰也可以分三部分来进行。对GPS卫星进行干扰。对星座的干扰主要有五种途径：(1)使用专用卫星对注入站发送的上行信号(S波段)进行拦截和发行，对导航卫星进行有效干扰，使导航卫星无法正常工作。(2)扰乱导航卫星的供电系统，致使卫星因能源问题而无法工作。(3)扰乱导航卫星的姿态稳定系统，致使卫星无法保持正常姿态运行。(4)对导航卫星的电子设备进行干扰，致使卫星的电子元件无法正常工作。对地面监控系统的干扰。通过拦截和分析GPS地面监控站的通信信息，寻找对其通信弱点进行有效干扰，导致地面监控系统无法正常工作。对接收机的干扰是干扰GPS系统的一种主要手段。针对接收机的干扰主要有两种完全不同的体制，一种是压制式干扰，另一种是欺骗式干扰。压制式干扰是干扰信号信号进入GPS接收机解扩后的强度高于GPS信号，经解扩后的强度，导致接收机无法正确的获取GPS信号，这种方式的干扰是对GPS信号威胁最大。由于P码的结构是保密的，对采用P码的GPS信号进行压制性干扰难度较大，目前研究比较多的是对C/A码的压制干扰，又分为瞄准式、阻塞式和相干干扰三种。瞄准干扰是利用瞄准技术使载波频率对准GPS信号的载波，针对特定码型的卫星信号进行干扰。阻塞式干扰是针对GPS信号的载频进行的干扰，主要特点是使用一部干扰机可以干扰该区域中出现的所有C/A码的卫星信号，这个方式有单频干扰和宽带均匀频谱干扰两种，其中宽带均匀频谱干扰效果更好。相关干扰方式就是利用产生的干扰信号的伪码序列与GPS信号的伪码序列，具有较大的相关性的特点，而对GPS信号进行干扰的方式，与其他干扰方式相比，会有很多的能量通过接收机的窄带滤波器。欺骗式干扰是发射与GPS信号相同参数而信息码不同的虚假信号，使接收机产生错误的定位信息。欺骗式干扰有产生式和转发式两种体制。产生式干扰，是指干扰机发射出能够被GPS接收机接收的虚假导航电文，从而导致接收机出现定位误差。该方法适用于C/A码，对于加密后的P码有较大困难。转发式干扰，向GPS接收机中发送过时且经过放大后的GPS信号。这种方法不需要知道信号的形式和伪码的结构，比较容易实现。GPS抗干扰调零天线信号处理系统的设计与实现在提高GPS接收机的抗干扰性能方面，提出了很多方法。当GPS信号受到外界的干扰时，惯性系统INS提供记忆功能并独立进行导航功能，继续完成导航任务；当GPS信号干扰消失后，INS向GPS接收机提供初始化信息，帮助其重新捕获GPS信号。由于这种系统是把GPS长期高精度的特点和INS短期高精度的特点结合起来，使用这种技术可以使用系统的抗干扰能力提高10dB至15dB。自适应调零技术可以有效地处理宽频带的噪声和窄带的干扰源，对于每个干扰源的抑制可以到25dB～35dB，可以抵消的干扰源的数量为天线阵元数减1。这种技术的实现需要复杂的天线阵列和处理器端的电子设备，一般造价高昂，主要应用于复杂的军事环境。采用频域滤波技术对窄带、CW干扰源和强的带外干扰有很好的抑制效果。频域滤波技术通常被用在GPS用户接收机和GPS天线之间，对窄带干扰的抑制可以达到35dB以上，而且成本低廉、体积较小。但是采用这种技术后就会延迟GPS信号的获取和处理时间，削弱GPS信号。这种技术在抑制宽带噪声干扰和多扫频瞄准式噪声效果较差。另外还有一些常用的抗干扰技术，空间波束转换，这种技术主要应用于大型设施内，需要配备大型且昂贵的天线阵列和相应的电子设备。幅度和相位抵消，这种技术主要是针对一个干扰源或者在赤道附近的多个干扰源。目前在卫星导航的行业中，大部分GPS接收机不具备抗干扰功能，如果全部淘汰掉，更换新一代具有抗干扰功能的接收机，会造成巨大的资源浪费。天线阵元的数量与抗干扰的性能有着直接的关系，理论上N个天线阵元可以产生N-1个零陷点，零陷点的深度会受到同一时刻零陷点数量的影响，对系统的抗干扰性能会产生影响。卫星导航接收机采用自适应调零天线技术进行滤波后，波束的方向图仍基本是全向半球覆盖，如果空间存在干扰，天线方向图会自动在干扰的方向产生零陷，可以有效的抑制干扰信号，抗干扰的同时，对接收机的正常接受信号影响不大，从而保证了GPS接收机的正常工作。抗干扰调零天线技术大体可以分为模拟调零天线技术和数字调零天线技术，数字调零天线技术又可分为射频输出方式和中频输出方式。以上的三种方案有各自的优缺点，需要根据背景和要求去选择其中的一种作为系统方案。模拟调零抗干扰系统主要由天线阵列、射频通道、变频模块、电源模块、数模-模数转换模块、信号处理模块和幅相控制模块组成，输出信号为射频信号。只需要更换原来GPS接收机的天线阵列和射频前端，后端的GPS接收机结构可以不变。但是模拟调零天线技术有着自身的问题：1、变频模块的本振泄漏等原因导致输出信号不纯净。2、信号在高频或中频进行幅相调整后，失去原来携带的空间信息，不能再对其做进一步的处理。数字调零射频输出方案是先把天线端的射频信号下变频为中频信号，经过AD的采样变成数字信号，送入到信号处理模块进行波束形成算法处理，算法处理结束后经DA模块恢复成中频模拟信号，再经上变频变成射频信号，送入普通的GPS接收机中。该种方案也存在着一些自身的问题：1、如果上变频采用一次变频的方法，就很可能出现LO泄漏，泄漏到输出的射频信号中，会形成一个新的干扰；如果采用的是两次变频的方法，会加大PCB板的尺寸、电路板的设计难度和成本。2、原来的天线阵元和射频前端尺寸比较小，而采用数字调零天线射频输出方案的尺寸会大大增加，会给改装工作留下很大的困难。3、不同模块之间，会存在信号泄漏的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种功耗低、体积小，抗干扰性能稳定的抗干扰天线信号处理装置，以克服本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗干扰天线信号处理装置，包括：通过射频通道接收天线阵列射频信号的信道模块，电源模块、数模‑模数转换模块，其特征在于：信道模块接收前端M个天线单元射频信号，将天线端的射频信号下变频为中频信号，经过模拟/数字转换器ADC采样将其连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号送往现场可编程门阵列FPGA完成通道校准、波束合成和自适应抗干扰信号处理，在FPGA中首先完成M个通道间相位校准，对校准后的中频采样信号进行低中频IQ分解，IQ分解后的采样数据分成两路，其中一路进行直接波束合成，实现阵列天线信号叠加后的信噪比增益，并通过内插上变频数模转换成中频信号1输出，另一路进行自适应抗干扰处理，进行相干自适应迭代算出每个通道需要的加权值，将完成干扰信号抑制的信号通过内插上变频数模转换模块转换恢复成中频信号，然后将4个通道数据加权叠加后送给后端数字模拟转换器DAC，以电流、电压或电荷的形式将数字信号转换为抗干扰后中频模拟信号2输出，送往后端GPS接收机中完成信号解调接收。

【技术特征摘要】
1.一种抗干扰天线信号处理装置，包括：通过射频通道接收天线阵列射频信号的信道模块，电源模块、数模-模数转换模块，其特征在于：信道模块接收前端M个天线单元射频信号，将天线端的射频信号下变频为中频信号，经过模拟/数字转换器ADC采样将其连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号送往现场可编程门阵列FPGA完成通道校准、波束合成和自适应抗干扰信号处理，在FPGA中首先完成M个通道间相位校准，对校准后的中频采样信号进行低中频IQ分解，IQ分解后的采样数据分成两路，其中一路进行直接波束合成，实现阵列天线信号叠加后的信噪比增益，并通过内插上变频数模转换成中频信号1输出，另一路进行自适应抗干扰处理，进行相干自适应迭代算出每个通道需要的加权值，将完成干扰信号抑制的信号通过内插上变频数模转换模块转换恢复成中频信号，然后将4个通道数据加权叠加后送给后端数字模拟转换器DAC，以电流、电压或电荷的形式将数字信号转换为抗干扰后中频模拟信号2输出，送往后端GPS接收机中完成信号解调接收。2.如权利要求1所述的抗干扰天线信号处理装置，其特征在于：天线阵列中的天线单元数为1～4个天线单，1～4个天线单元接收射频信号，通过射频模块分别进行放大、滤波、下变频至中频，得到中频信号1～4个中频信号。3.如权利要求1所述的抗干扰天线信号处理装置，其特征在于：信道模块接收4路中频信号完成采样、IQ分解。4.如权利要求1所述的抗干扰天线信号处理装置，其特征在于：数模-模数转换模块采用M数为4的中频信号模数转换ADC芯片构成模拟数字转换ADC电路、对所有有源器件的电平转换和供电的电源芯片电路、完成外部时钟变频的时钟电路、RS485电平转换芯片、PECL电平转换TTL电平的芯片、电子抹除式可复写只读存储器EEPROM存储芯片和温度传感器芯片。5.如权利要求4所述的抗干扰天线信号处理装置，其特征在于：ADC电路采集140M中频输入M数为4的中频信号，通过4路模数转换ADC芯片将采集的IF1-IF4通道中频70MHz、带宽20MHz、16bit、4通道中频信号模拟信号进行阻抗匹配，模数AD转换数据模块进行抗干扰信号后送入现场可编程门阵列FPGA芯片对天线系统状态监测，F...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐洪军，郝黎宏，陈能，师帅，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51