衛星接收機干擾抑制關鍵技術研究與實現

劉艷（國家新聞出版廣電總局916臺，青海格爾木 816099）

衛星接收機干擾抑制關鍵技術研究與實現

劉艷
（國家新聞出版廣電總局916臺，青海格爾木 816099）

衛星接收機在廣播電臺中有很多應用，廣播電視利用衛星傳輸，為了獲得優質的節目信號，研究現有的GPS接收設備的衛星信道建模與抗干擾技術對廣播電視衛星接收設備的抗干擾抑制關鍵技術有很好的借鑒意義。本文以衛星接收機作為主題與研究對象，探討衛星機接收干擾抑制關鍵技術的研究與實現問題。首先對衛星信道建模與干擾進行了介紹，并對相關的研究現狀進行了簡要說明；主要從基于數字波束形成的干擾抑制、抗干擾關鍵技術方面對GPS抗干擾接收機關鍵技術進行了討論，而且在分析了基于疊加測量序列的OFDM系統干擾抑制技術后，重點對GPS接收機抗干擾的關鍵技術FPGA實現問題做了深入分析。希望通過本文初步論述，可以引起更多的關注與更為廣泛的交流，為該方面的研究工作與實踐工作提供一些有價值的信息，以供參考。

衛星接收機 干擾抑制 關鍵技術 實現

空間無線電通信中的衛星導航、衛星移動通信系統是現代社會通信手段中重要的工具，也是研究方面的熱點與重點；尤其是在現代社會中，已經實現了以計算機為主體、以互聯網絡為支撐的信息技術的普及與應用，因而，通過對多種技術的整合與綜合研究及應用，極大的推動了人類的活動領域的擴展；但是在衛星系統的工作與運行中往往會受到各種類型的干擾，因此會給定位等帶來極大影響，為了更好的提升衛星接收機的運行性能，可以通過研究抗干擾的方法來實現對這些干擾因素的消除與減弱。以下就從這方面展開具體討論。

1 概述

在衛星接收機干擾抑制關鍵技術的研究方面，通過對典型性較強的衛星通信系統的研究，可以有效的提升其抗干擾設計的優越性并提高其可推廣程度。以下就以GPS導航系統、OFDM調制技術低軌移動衛星通信系統為例，進行具體的討論。首先，從衛星信道建模方面看，它具有星地鏈路傳播特性，會在自由空間中出現損失，而且會被大氣吸收，并通過電離層效應受到干擾與影響，比如極化旋轉、電離層閃爍、雨衰、多徑傳輸與多普勒頻移等；從衛星移動通信信道模型方面看，有經驗模型、概率分布模型、幾何分析模型。其次，從衛星信道的噪聲、干擾方面看，有同頻段不同通信系統發射信號形成的共信道干擾、以電磁波形成的寬帶、窄帶干擾，還有人為釋放的惡意干擾、傳輸環境及接收系統方面的寬帶噪聲等。

2 現狀分析

雖然在干擾方面，會存在人為的與非人為的兩大類型的干擾因素，但是，通過近年來的反干擾或抗干擾研究也同樣獲得了不少成果；尤其是在軍事領域這方面的研究已經超出了一般的想象水平，可以達到真正的精準、科學的效果。以目前的研究來看，抗干擾技術主要有窄帶干擾抑制（如中頻實現、基帶實現的窄帶干擾抑制）、寬帶干擾抑制技術；本次研究中，主要是對各種衛星干擾抑制接收機結構進行類型劃分，并以多元接收的新理念，對接收機結構進行類型歸納，主要以波束或解擴、多級STAP或解擴或波束形成兩類作為兩大結構。

3 衛星接收機干擾抑制關鍵技術研究與實現

以下探討的GPS接收機的抗干擾問題，應該以工程實現的角度進行干擾抑制結構的分析，并以仿真驗證的辦法對其抵抗辦法展開針對性研究；而對于LEO通信系統則可以通過對OFDM傳輸方式的研究，以對用戶數據的分離、部分功率訓練序列的研究推導相關誤碼率的表達式，以此達到數值分析與仿真、驗證，最后提出抑制方面的消因子最優值；最重要的是對于基帶部分FPGA實現方面，要深圳市對模塊、接口、功能、RTL結構圖做出具體的分析與理解，從而提出真正的衛星接收機干擾技術，以此推動該領域的研究與應用發展。

3.1 GPS抗干擾接收機關鍵技術研究

（1）基于數字波束形成的干擾抑制方面，要求保持“最優”工作狀態，從而使自適應得到有效的調節，這方面會給定條件：

若將濾波器、性能函數聯系起來，則通過相關的最小值或最大值問題，即可根據自適應算法實現波器系數的最優化。

然后通過公式間的帶入，就可以得到復基帶信號并將其轉換為矢量表示；具體如下：

若將中括號部分轉置，則可以得到v（n）=［v1（n），…vM（n）］T；此時

（3）運用上面的公式，就可以進下賦值并通過干擾方向存在零點的條件，對期望信號方向的恒定增益進行計算，具體的公式（2）如下：

圖1 抗干擾模塊在基帶處理結構中的位置

（4）抗干擾的關鍵技術研究方面，需要通過整機指標來進行，其中會通過劃分模塊的形式來進行抗干擾原理與設計，并通過對基帶抗寬帶、窄帶干擾的技術分析來進一步深入探討與其相關的實現問題，具體的抗干擾模塊在基帶處理結構中的位置如圖1所示。但是在設計要求與性能指標方面有GPS信號、干擾信號及接收機設計方面的要求，以及對天線、射頻部分抗干擾方面的陣列天線、前置濾波器、軟限幅器、信道頻率流程選擇、銳截止濾波器等；而且在采樣與數字下的變頻要求進行仿真處理；以窄帶干擾下不同量化位數對應的誤碼率性能為例，就可以看出，粗碼、精碼之間在同一通道采樣，但會分兩路進行數字變頻。而且會在處理速度方面具備一定程度上的功耗。

再以寬帶干擾抑制為例，接收機需要4顆衛星進行準確定位，而且在第l顆衛星方面的權適量矩陣、導向矢量可以根據上面所討論的公式求得，然后，通過功率倒置算法，更改約束條件，然后以第一個天線陣元作為增益常數，那么，就可以得到各個天線的加權矢量：

W=［1，…，wM］T

最終通過優化，并對W=0的情況進行一個避免，那么，通過倒置算法，就會得到信號功率、干擾功率，并對其信號功率做出一具可見性的預算，從而確定GPS的應用環境，從此就可以了解到功率倒置會最大程度上達到抑制干擾的效果。

3.2 基于疊加測量序列的OFDM系統干擾抑制技術

（1）從OFDM調制技術特點方面看，集中體現了高速數據串并轉換，可消除ISI；傳統傳輸方法中，各頻帶之間以分離方式，實現簡單，頻率利用率較低，而它則是通過相互正交的各子載波，使信道頻譜達到重疊，并達到對資源的有效利用；另一方面，在頻率選擇方面可以對子信道充分利用，以高的信噪比實現對系統性能的提升；即使在接入方法上，也可以選擇多種多址方法甚至結合的形式也能實現；因此它的性能非常優良，頗具優勢。（2）OFDM系統數據與訓練序列間存在一種分離技術，可以通過它來解決測量序列對OFDM數據檢測方面的干擾問題；比如，在系統模型方面，可以按照分組傳輸的方式進行發射，并且裝飾每個符號長度進行確定，并且對用戶數據等以BPSK的方式進行調制；如果明確了用戶數據、導引符號，那么就可以通過調制然后將其離散，當輸出與訓練序列實現相加之后，則可以以射頻部分輻射于多徑信道；再如在信道模型方面，可以采用抽離頭延遲線模型，若信道的沖擊響應確定，則可以得出每個抽頭系數的自相關函數。（3）對于OFDM承載數據與訓練序列的具體分析，主要可以通過對接收系統模型、接收信號統計特性、信道估計、誤碼率分析、數值與仿真結果測算等實現。在本文化中的仿真，則可以將采樣周期設定為200ns，從而在信道建模中通過2到5個復值抽頭組成離散時變信道，若終端移動速度為15km/h，那么，就可以算出其它的仿真參數，然后，通過時間、頻率方面的同步假設，利用測量序列完成仿真驗證。

3.3 GPS接收機抗干擾的關鍵技術FPGA實現

首先，采用Altera StratixII芯片，它的器件特征集中體現在高密度（90nm）、高性能FPGA兩大方面，而且具備強大的以ALM邏輯為基礎的結構之上，速度更快，成本更低。主要是以“分段式”8輸入LUT、加法器、寄存器各有2個，封閉式且能夠減少布線，在存儲器TriMatrix中，有512位、500kbit、4kbit三種不同模塊存儲位；而且備配有流水線式的DSP模塊，并且有接口線路、高速差分I/O支持及時鐘管理；其次，通過資源估算就可以對FPGA芯片進行確定與選擇；通常情況下，可以按照7元陣列，先進行下變頻降采樣，然后將其送至DBF模塊，并通過對7路16bit的并行信號X（n）的3次矩陣乘法X*（n）XT（n）W（n）完成，從而達到節約資源運算。在窄帶干擾抑制模塊消耗方面的DSP Blocks資源估算，只需進行4個FFT模塊方面的2048點運算即可，比如應用24個9*9乘法器即可；而在寬帶干擾抑制算法方面的實現，則可以以信號流程、模塊化分、頂層設計、子模塊設計、線性加權模塊、編譯綜合報告等來實現；至于窄帶干擾抑制算法的實現與此相同，但只需對其中的差異進行分析即可。以子模塊設計為例，在窄帶抑制方面，則包括加窗模塊、FFT、IFFT模塊、門限生成模塊、干擾抑制模塊等；不同的模塊具有不同的功能，然后在模塊的設計與運算之后，即通過編譯綜合報告即要以對上板調試，并獲得性能指標的復核。

4 結語

總之，在新的時代就要堅持以可持續發展的原則作為指導，真正貫徹落實與時俱進、因時制宜的方法；通過上面的分析，加上對近些年來導航衛星移動通信研究領域的關注與經驗及成果總結來看，GPS接收機的抗干擾技術在未來會得到更廣泛的研究，從而將其提升到應用于普通環境的研究水準，減少各方面的干擾因子，再通過強大的傳輸系統方面的優化以及對于基于STAP濾波的FPGA實現，可以明顯的確保接收信號的穩定性，GPS應用已經是比較成熟的技術，在衛星傳輸廣播電視節目中，GPS接收機衛星信號的的抗干擾技術可以借鑒到廣播電視信號能否穩定可靠的傳輸具有重要的意義。

［1］紀龍蟄，單慶曉，任立坤，等.基于C++ Builder的導航衛星接收機顯示控制系統的設計與實現［J］.計算機測量與控制，2013（3）.

［2］柴進柱.基于改進AIS系統的衛星接收機船舶檢測率［J］.大連海事大學學報，2013（3）.

［3］劉欣.衛星接收機同步廣播技術的研究與討論［J］.黑龍江科技信息，2015（32）.

［4］李海鷗.數字壓縮衛星接收機（IRD）及其測量方法探討［J］.數字技術與應用，2015（2）.

［5］詹勝旋.廣播發射臺數字衛星接收機工作原理和常見故障的分析與處理［J］.科教導刊，2015（17）.

［6］李達，賀寧蓉，王永芳，等.GPS衛星接收機的自適應抗干擾處理器設計［J］.遙測遙控，2013（3）.

［7］張培君.一款具有自動盲掃功能的免費衛星接收機——皇視HSR-2080數字衛星接收機［J］.衛星電視與寬帶多媒體，2014（1）.

［8］曾祥志，廖昱博.天誠TCD-759型數字衛星接收機音頻輸出的改造［J］.贛南師范學院學報，2014（6）.

［9］劉風玲，張云，孟婉婷，等.UK-DMC衛星接收機GNSS反射信號的應用分析［J］.遙感信息，2015（1）.

［10］李超.基于DSP+FPGA的北斗衛星導航接收機的研究與設計［J］.南京理工大學學報，2015（16）.

劉艷（1976—），女，吉林樺甸人，本科，值機班長，工程師，研究方向：中波發射機值班維護和信息化。