导航设备抗电磁干扰方法的研究
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作者:郑秀成 马利双 霍权 郑智维
摘 要：随着电磁环境日益恶化，导航设备除了具备一般抗电磁噪声干扰的能力外，还要具备抗蓄意制造的强电磁干扰能力。基于此，本文重点分析研究导航设备抗电磁干扰方法，仅供相关部门进行参考借鉴。
关键词：导航设备;电磁干扰;研究
无线电技术的快速发展，给社会带来的效益巨大，在为人们提供极大方便的同时，但随之而来的电磁干扰产生负面影响也越发明显。过度的电磁干扰会加剧电磁环境的恶化程度，进而影响导航设备的正常运行。面对复杂的电磁环境，导航设备如何抗干扰，增强系统自身的抗干扰性能和抗摧毁性水平，需要引起相关部门的高度关注。
1 时域抗干扰方法
在时域抗干扰方法中主要采取的是干扰抑制算法，包括有两种类型，分别为时域干扰抑制算法和变换域干扰抑制算法。前者在实现的过程中引用了自适应滤波技术，该技术在评估干扰信号时产生的均方误差相对较低，最后可利用输入信号将误差消除，在一定程度上对相对宽度不足5%的干扰信号进行了抑制。
频域干扰抑制算法在变换域干扰抑制算法中应用的频率最高。将DFT或FFT算法在频域上进行变换，分别对信号、干扰谱特征进行分次，找出两者的差异化特征，进而清除干净接收信号谱中的干扰信号。这个过程的实现需要借助于频域加权矢量法，在确定干扰频带的具体位置时参考了输入信号的功率谱密度，并通过加权方法对干扰信号进行处理，之后就会在一定程度上抑制干扰频道。对于频域干扰抑制算法来说，为最大限度的避免或者降低因数据截短造成的频谱泄露，需对旁瓣电平较小的数据窗进行充分利用。与此同时，使用数据加窗会有一定的弊端存在，也就是影响信号的真实度，最终作用到信噪比上。
结合干扰抑制能力，频域干扰抑制技术可抑制信号带宽超过自适应滤波干扰抑制技术可抑制的带宽，在具体实现的过程中会有很大的难度存在，远远高于自适应滤波干扰抑制技术。
2 空时自适应抗干扰方法
实际上，对于空时自适应算法来说，其在发展演变的过程中共经历了四个阶段：第一阶段主要是梯度算法的空间一维处理，主要在上世纪50年代初到60年代末;20世纪70年代初期到中期是第二阶段，实现了对空时二维的自适应处理，同时还能处理宽带信号，但仍旧是在梯度算法的基础上实现的;20世纪70年代中期到80年代中期是第三阶段，通过矩阵求逆的算法，使得收敛速度快速增强;20世纪80年代中期到90年代中期则是第四阶段，主要是在大维数系统的基础上，降低自由度，也就是降维处理，该阶段的运算量得到了快速下降，同时收敛速度则大幅度增强。其中主成分法是最具有代表性的方法，互谱度量法和多级维纳滤波法也得到了广泛应用。近年来，波束控制盒波束成形的实现，除了在对来向形成深陷进行干扰外，还能抑制干扰卫星信号方向形成高增益波束，增强卫星信号，使得卫星抗干扰能力得到了提升。
空时抗干扰方法对阵列天线进行了应用，结合卫星导航信号的特征来抵消干扰，有效确保了信号的真实性水平。将不同的阵元在同一时间延迟节点上进行组合，就形成了空域自适应滤波，以准确分辨出空间干扰源，也就如同空域零陷抑制空域干扰。同一天线阵元，不同级别的时延基本类似于时域FIR滤波，其的干扰抵消主要结合了自适应滤波原理。空时联合处理在对信号进行干扰抑制时需在空域或频域的二维面来实现。换句话说就是在空时域中引入了空域滤波，或者是在空时二维滤波中对时域滤波进行推广。
3 空域抗干扰方法
空域抗干扰方法也就是智能天线干扰，其涵蓋了自适应调零技术和多波束天线技术。自适应调零技术是在不同的位置安放干扰站，当调零天线的波束数量或调零个数没有干扰站数量高时，且全部在波束内进行分布，此时就能起到干扰的作用。如果将若干个干扰站相互配合来开展间断性的闪烁干扰，打破其形成指向干扰的天线方向图条件，会对这种抗干扰方法进行破坏，进而起到抗干扰的作用。而抗窄带或单频干扰方法则是对空时联合或频域滤波进行充分利用，对外界多种干扰抑制，可在确保阵元保持不变时，提升阵的自由度水平，在设计阵的过程中，为选择最优的准则提供了便利。需要引起注意的时，空时处理不仅可以提升抗干扰能力，同时还会大幅度提高计算强度。
多波束天线主要是对波束形成的网络进行利用，向阵列单元发放对应的信号振幅和相位，此时将会产生一定量的锐波束，通过在特定区域内将波束叠加起来，就会有特定形状的成形波束出现，可有效提升卫星导航的抗干扰能力。在实现一对多的通信时可以结合多波束天线，主要将多颗卫星星历同时注入到地面控制系统与多波束天线中。
自适应调零天线则可以根据敌方与我方之间的信号振幅、频率、空间方位等的差异性，利用自适应加权处理技术对天线各阵元进行处理，并实现对天线阵方向图的自动控制和优化，此时会有深度调零在干扰方向上产生，外界干扰对接收信号的影响相对较小，调零深度大都在25dB～30dB之间，其优点是可对邻道干扰、宽带干扰、同频干扰、窄带干扰等不同类型的干扰进行抑制。
4 GPS/INS组合导航
GPS/INS组合导航定位系统就是将GPS系统与惯性系统的结合体，其组成结构主要包括磁力计、加速度计、陀螺等，可增强导航信息的丰富度水平。该系统有效弥补了对单一设备的使用不足，再加上具有较强三维定位、三维测速、方位测量等的能力，提升了系统的抗干扰水平，投入的成本费用也相对较低。组合导航系统可定位武器系统，将两者的优势进行结合，根据GPS长期稳定性和适中精度的特征，完善了INS的不足，通过利用惯导系统的姿态信息和角度信息，进一步提升了GPS接收机天线的定向操纵性能，可在极短的时间内对GPS卫星信号重新捕捉，同时还能对惯导系统的位置误差、速度误差等参数进行校正，优化了整个组合制导系统，效费比相对较高。
参考文献：
[1]任瑛，崔葺宇.警惕电磁干扰对导航设备的侵袭[J].空中交通管理，2002（05）.
[2]周利利.手持导航设备的电磁干扰定位和整改[J].电脑知识与技术，2009（04）.
作者简介：郑秀成（1983-），男，汉族，黑龙江庆安县人，本科，从事工作或研究方向：导航定位工程。
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