自適應波束形成抗干擾算法研究

王輝 范中國

（中國空空導彈研究院，河南洛陽 471009）

自適應波束形成抗干擾算法研究

王輝 范中國

（中國空空導彈研究院，河南洛陽 471009）

本文介紹自適應波束形成技術的基本原理，提出一種將自適應波束形成技術應用于衛星定位接收機抗干擾系統的算法。仿真結果顯示，該算法能夠有效地對單干擾和多干擾在干擾來向形成深度零陷，同時在衛星信號來向保持一定的增益，能較好地滿足衛星定位抗干擾系統對前端天線陣抗干擾能力的需求。

自適應；波束形成；抗干擾

以GPS為代表的星基導航系統具有全球覆蓋、高精度、全天候等特性，被廣泛用于民用及軍事用途。然而，由于星地距離達2萬km以上，地面接收到的衛星導航信號非常微弱，造成導航信號極易被干擾，一旦衛星信號被成功干擾，衛星定位接收機無法正常使用。抗干擾問題已成為美軍GPS應用研究的重點。

目前，衛星定位抗干擾多采取空域濾波算法。而波束指向技術就是一種適用于衛星導航的空域抗干擾技術。該技術依據載體當前位置、姿態、干擾來向及強度等信息自適應地調整天線陣列中各陣元的加權矢量，陣列合成方向圖指向信號來向，保證了有效信號的接收，同時在干擾方向形成零陷抑制干擾，達到提高衛星導航系統的抗干擾能力，確保衛星導航接收機在強電磁干擾環境下可正常工作的目的［1］。

1 算法原理

假設有L個干擾信號si（t），其方向依次分別為θi，i= 1，……，L，其中θi的方向未知；導航信號為sd（t），其方向為θd，其中θd的方向已知；此外天線陣有M個陣元，其中每個上面疊加方差為的噪聲γ（t）。則天線陣列接收的信號為［2］：

假設權向量為w?，則輸出信號可表示為y(t)=w→Hx→(t)，則此時輸出的平均功率為：

式（3）中，為了實現正常接收信號的同時對干擾進行抑制，需要對權向量進行約束：

由于GPS信號淹沒在噪聲中，故上述在干擾方向的約束條件等同于陣列輸出的平均功率最小即［4］：

此時，陣列輸出的平均功率最小，同時又最大化了期望輸出信號功率，即達到了最大化的輸出信干比。利用Lagrange乘子法求解公式（5），可求得最佳權向量為［5］：

2 算法仿真

為驗證上述算法的正確性，進行如下仿真，圖1為仿真使用的天線陣排布。

圖1 天線陣排布圖

仿真在下面的前提下進行：①衛星來向為俯仰角60°，方位角30°；②干擾為寬帶擴頻信號，載波頻率與衛星信號同頻。

仿真利用前述公式算得權值，再利用算出的權值畫出合成方向圖。如圖2所示，當采用功率比噪聲高50dB的單干擾（俯仰角=10°，方位角=150°）時，導航信號方向的增益約為0dB；干擾方向的增益為-140dB，可有效抑制干擾。

如圖3所示，對兩干擾也能保證衛星信號方向的增益，同時在干擾方向形成-100dB以上的負增益。

3 結論

隨著各種應用場景中對GPS接收機抗干擾能力要求的不斷提高，多種抗干擾算法不斷出現。本文提出了一種自適應波束形成衛星導航抗干擾算法。該算法可在衛星信號方向保證正常接收，同時在干擾方向形成深度負增益，實現對干擾的有效抑制。

圖2 單干擾仿真結果

圖3 兩干擾仿真結果

［1］胡彩波，原亮.GPS干擾和抗干擾技術的研究［J］.測繪與空間地理信息，2005（6）：36-38.

［2］邱天爽.通信中的自適應信號處理［M］.北京：電子工業出版社，2005.

［3］張斌.最新智能天線設計與應用新技術制導手冊［M］.北京：科學技術出版社，2007.

［4］LJ Wang，HC Zhao，G Xiong，et al.Adaptive beamforming with coherent interference for GPS receivers［A］//International Conference on Microwave&Millimeter Wave Technology，2004：622-626.

［5］C Junqueira，R Suyama，FJ Von Zuben，et al.An evolutive algorithm for blind adaptive beamforming in GPS applications［A］// Machine Learning for Signal Processing，IEEE Signal Processing Society Workshop，2004：715-724.

Research on Adaptive Beamforming Anti-Jamming Algorithm

Wang HuiFan Zhongguo
（China Airborne Missile Academy，Luoyang Henan 471009）

The adaptive beamforming technology was presented in this paper.A designing plan for satellite positioning receiver anti-jamming system based on the technology was given in this paper.The simulation results showed that this method could form deep null on the direction of one-jamming or several jamming,and gave property gain on the direction of satellite signal.This method can satisfy the request of the anti-jamming ability of antenna array for satellite navigation system.

adaptive；beamforming；anti-jamming

TN820

A

1003-5168（2017）04-0052-02

2017-03-20

王輝（1980-），男，博士，高級工程師，研究方向：衛星導航及其抗干擾。