基于自適應(yīng)濾波的民航導(dǎo)航通信干擾檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

任 萍

(交通運(yùn)輸部北海第一救助飛行隊(duì)，山東 煙臺(tái) 265600)

0 引言

民用航空工業(yè)是高風(fēng)險(xiǎn)、高科技產(chǎn)業(yè)，目前，航空飛行安全系統(tǒng)已取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是，航空事故仍然繼續(xù)發(fā)生。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，民航導(dǎo)航通信與導(dǎo)航頻率的干擾是導(dǎo)致航天飛行事故的主要原因之一[1]。伴隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航在軍事、民用等方面的應(yīng)用日益廣泛。但是，民航導(dǎo)航通信系統(tǒng)中存在有意和無(wú)意的各種干擾，影響了導(dǎo)航系統(tǒng)地面部分的測(cè)控、運(yùn)行控制和用戶正常工作，這嚴(yán)重威脅到精確、易用的衛(wèi)星導(dǎo)航連續(xù)性和完整性。民航導(dǎo)航通信干擾檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠?yàn)楹教祜w行和著陸提供穩(wěn)定、可靠的檢測(cè)結(jié)果。導(dǎo)航一旦失效，對(duì)飛行安全和指揮控制構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)，造成重大損失和后果[2]。

為了探測(cè)和減輕民航導(dǎo)航通信系統(tǒng)的干擾，開(kāi)發(fā)具有工程應(yīng)用價(jià)值的干擾監(jiān)測(cè)定位設(shè)備是十分必要的。文獻(xiàn)[3]提出基于SCB方差的GNSS欺騙式干擾檢測(cè)算法，在對(duì)中間欺騙攻擊過(guò)程進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了欺騙信號(hào)的檢測(cè)碼跟蹤環(huán)路，利用過(guò)零S曲線，改變偏差方差值來(lái)檢測(cè)中間欺騙干擾；文獻(xiàn)[4]提出自適應(yīng)雙門(mén)限協(xié)同干擾檢測(cè)算法，該方法通過(guò)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)信號(hào)環(huán)境分析，同時(shí)結(jié)合信息融合算法，及時(shí)調(diào)整兩個(gè)門(mén)限之間距離，由此進(jìn)行干擾檢測(cè)。

上述這兩種方法在測(cè)試場(chǎng)地所產(chǎn)生背景噪聲較大時(shí)，背景噪聲會(huì)與測(cè)試的電磁信號(hào)重疊，很難從測(cè)試結(jié)果中精準(zhǔn)檢測(cè)導(dǎo)航通信干擾。基于此，提出了基于自適應(yīng)濾波的民航導(dǎo)航通信干擾檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于自適應(yīng)濾波的民航導(dǎo)航通信干擾檢測(cè)系統(tǒng)其硬件結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，對(duì)監(jiān)測(cè)測(cè)向天線所接收到的空間電磁波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)民航導(dǎo)航衛(wèi)星天線定位及導(dǎo)航授時(shí)，對(duì)監(jiān)測(cè)測(cè)向主站接收的天線信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，完成對(duì)干擾信號(hào)的檢測(cè)。

圖1 通信干擾檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可知，利用頻譜分析和參數(shù)測(cè)量的方法，測(cè)量干擾源的入射波形，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果確定干擾源；從而實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)航頻段的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在單一設(shè)備中，移動(dòng)設(shè)備可以根據(jù)時(shí)間分配結(jié)果來(lái)定位多個(gè)點(diǎn)，在有多個(gè)設(shè)備的情況下，實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備同時(shí)定位。

1.1 多信道檢測(cè)接收機(jī)

多信道檢測(cè)接收機(jī)是系統(tǒng)的核心設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)記錄測(cè)向天線陣發(fā)送的各種信息，這些信息中在保存基本信息外，也記錄了干擾信息，具有實(shí)時(shí)回放、信息提取等功能。多信道檢測(cè)接收機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 多信道檢測(cè)接收機(jī)結(jié)構(gòu)

由圖2可知，該天線裝置接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)自適應(yīng)濾波放大處理后，能夠?qū)χ蓄l信號(hào)起到減弱作用，由此輸出的中頻信號(hào)不會(huì)太強(qiáng)[5-7]。將中頻信號(hào)傳送到信號(hào)處理單元，經(jīng)過(guò)處理后再由PCI接口傳遞給主機(jī)進(jìn)行分析。天線分配單元是由檢測(cè)模塊和補(bǔ)償模塊組成的，包含了檢測(cè)結(jié)果和補(bǔ)償兩部分?jǐn)?shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)頻帶外部設(shè)置了時(shí)鐘，該時(shí)鐘存在一個(gè)外部標(biāo)準(zhǔn)頻率輸入接口，負(fù)責(zé)傳輸來(lái)自外部的參考頻率源，而天線分配器負(fù)責(zé)將天線輸入的信號(hào)分配給獨(dú)立檢測(cè)通道，以供檢測(cè)[8-10]。

1.2 測(cè)向天線陣

測(cè)向天線陣是一種空間信號(hào)采集裝置，能夠接收來(lái)自其他天線陣元的信號(hào)幅值、相位，天線接收的射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)通道接收機(jī)變頻處理后，轉(zhuǎn)換為可采樣的中頻信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)雙通道采集后，再轉(zhuǎn)換為基帶數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)相關(guān)運(yùn)算后得到出波方位[11]。

為了保證兩個(gè)接收通道相位是一致的，接收機(jī)射頻部分將配置一部校準(zhǔn)信號(hào)裝置，該裝置每次在采集信號(hào)前，都需將校準(zhǔn)源打開(kāi)，并送入天線陣中，測(cè)出當(dāng)前頻率下兩個(gè)接收通道的相位差。為了消除固有誤差，需消除兩個(gè)相位差，以確保實(shí)際測(cè)量結(jié)果中信號(hào)方位正確。

測(cè)向天線陣結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 測(cè)向天線陣結(jié)構(gòu)

由圖3可知，一組天線可以采用任何形式，每一個(gè)陣元具有不同的特性。將每個(gè)單元設(shè)為全向天線陣元，使其在空間譜估計(jì)和測(cè)向中均勻分布在一條直線上。陣列天線單元的間距一般為工作波長(zhǎng)的一半，這種陣列是均勻陣列[12-14]。每個(gè)陣列元素的模式應(yīng)盡可能一致，每個(gè)陣列的元素也應(yīng)盡量少耦合。例如，在N個(gè)陣元天線中，不同天線陣元的輸出結(jié)果分別發(fā)送到各自的接收端，且接收結(jié)構(gòu)相同[15-17]。將干擾信號(hào)經(jīng)變頻器放大、變頻處理后，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換器頻率轉(zhuǎn)換后輸出中頻信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器指的是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的元件，由于數(shù)字信號(hào)本身不具有實(shí)際意義，所以任意一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要參考模擬量作為轉(zhuǎn)換結(jié)果。在實(shí)際轉(zhuǎn)換過(guò)程中，取樣和保持過(guò)程是合并的，而量化和編碼過(guò)程是需要轉(zhuǎn)換的[18]。模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程需要經(jīng)過(guò)采樣、量化和編碼3個(gè)步驟，其中采樣指的是每隔一段時(shí)間，使用信號(hào)樣值來(lái)代替原始連續(xù)信號(hào)，也就是將信號(hào)離散化；量化指的是將模擬信號(hào)的連續(xù)幅度值轉(zhuǎn)變?yōu)橛邢薹戎担痪幋a指的是按照二進(jìn)制數(shù)字規(guī)律，將其轉(zhuǎn)換為二值化數(shù)字信號(hào)流，由此得到的數(shù)字信號(hào)能夠通過(guò)電纜進(jìn)行數(shù)字線路傳輸；控制單元為工控平臺(tái)提供電力，同時(shí)也為射頻前端和測(cè)向天線提供電力[19-20]。當(dāng)采樣過(guò)程中，每個(gè)采樣陣子的電平測(cè)量結(jié)果存在差異，那么需將每個(gè)采樣陣子與參考陣子電平差同時(shí)存儲(chǔ)在樣本庫(kù)中，由此能夠獲取全部電平相關(guān)測(cè)量結(jié)果。

1.3 電子羅盤(pán)

電子羅盤(pán)內(nèi)設(shè)3個(gè)磁阻傳感器，負(fù)責(zé)來(lái)自X、Y、Z三個(gè)不同方向的電磁干擾。同時(shí)還可在各方向?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)傳感器靈敏度，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器放大處理后，再傳送到單片機(jī)進(jìn)行處理，得到目標(biāo)方位角[21]。

三維電子羅盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示。

圖4 三維電子羅盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖4可知，三維電子羅盤(pán)是由加速計(jì)和磁力計(jì)組成的，其中加速計(jì)是一種三軸加速計(jì)，分為X軸、Y軸和Z軸，通過(guò)三軸組成的三維空間，可以對(duì)電子指南針的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用由兩個(gè)軸線組成的角來(lái)求出電子指南針的轉(zhuǎn)動(dòng)角，然后再求出加速度。通過(guò)對(duì)某一方向上的慣性量的感知，可以得到有關(guān)的參數(shù)，并能實(shí)時(shí)地探測(cè)到三維空間中的重力和引力。如果加速表的返回值是1.0，則電子羅盤(pán)的感應(yīng)方向是1 g；當(dāng)電子羅盤(pán)處于靜止?fàn)顟B(tài)且無(wú)工作狀態(tài)時(shí)，地球的重力約為1 g；如果縱向豎直持握時(shí)，電子羅盤(pán)在Y軸上施加的力是1 g。如果某一行為被加速計(jì)檢測(cè)到大于1 g，則表示此行為為突發(fā)行為，也就是干擾行為。

磁力計(jì)可用于測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向以及目標(biāo)與東南西北4個(gè)方向的夾角，磁場(chǎng)感應(yīng)是一種矢量，具有大小和方向特征。由于地球重力形式已知信息，所以當(dāng)目標(biāo)呈平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，完全依靠自身采集的信息推算目標(biāo)除了航向以外的姿態(tài)信息。

將加速計(jì)和磁力計(jì)結(jié)合使用，能夠?qū)崿F(xiàn)多種情況下獲取完整信息的目的。

在儀器傾斜的情況下，方位角精度會(huì)受到很大影響，這種誤差取決于儀器的位置和傾角。為減少這一誤差的影響，采用3軸測(cè)角傳感器測(cè)量縱搖角和橫搖角，電子指南針將俯仰和橫搖角的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和計(jì)算，使磁力儀在3個(gè)軸上的矢量被“拉”回原位[22]。

1.4 檢測(cè)主機(jī)

主機(jī)采用雙信道方式，通過(guò)接收天線信道信號(hào)來(lái)檢測(cè)天線輸出的導(dǎo)航波段信號(hào)。該主機(jī)在局域和廣域網(wǎng)之間運(yùn)行，采用局域網(wǎng)技術(shù)，信號(hào)傳輸速度較高。為了確定雙方傳輸路徑和格式，必須建立專(zhuān)用物理線路，保證數(shù)據(jù)不會(huì)丟失且保持原來(lái)序列。通過(guò)分組交換可將不定長(zhǎng)報(bào)文分組存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)，再進(jìn)行報(bào)文重組，適合大量信號(hào)傳輸。以報(bào)文或分組為單位的信號(hào)傳輸形式，可將時(shí)鐘調(diào)整到同一個(gè)頻率上，此時(shí)數(shù)據(jù)接收方需要不停發(fā)送和接收同步的比特流，為多個(gè)用戶共享提供信道。

在同一媒介上，將不同頻帶的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵活l帶上的檢測(cè)主機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

圖5 檢測(cè)主機(jī)結(jié)構(gòu)

由圖5可知，檢測(cè)主機(jī)是以頻率綜合器所產(chǎn)生的中頻信號(hào)為基準(zhǔn)，將其他信號(hào)均轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)形式加以分析。對(duì)采集到的中頻信號(hào)進(jìn)行頻譜分析和相位差計(jì)算后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的交互和共享。電子羅盤(pán)模塊通過(guò)串口連接到時(shí)鐘模塊，并通過(guò) SPI口控制檢測(cè)通道[23]。在數(shù)據(jù)鏈路層上，為了給網(wǎng)絡(luò)提供可靠的傳輸服務(wù)，分別在無(wú)確認(rèn)的連接服務(wù)、有確認(rèn)的連接服務(wù)上，為網(wǎng)絡(luò)層提供可靠傳輸信號(hào)，供主機(jī)檢測(cè)。

1.5 GNSS導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)

使用GNSS導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位、導(dǎo)航和授時(shí)。該系統(tǒng)能夠設(shè)置在地球表面任何地點(diǎn)，為用戶提供精準(zhǔn)的三維坐標(biāo)和速度信息。GNSS導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)主要是由地面控制結(jié)構(gòu)、空間控制結(jié)構(gòu)和用戶裝置3個(gè)部分組成的，其中地面控制結(jié)構(gòu)是通過(guò)負(fù)責(zé)人管理主控站來(lái)控制整個(gè)地面工作內(nèi)容的；空間控制結(jié)構(gòu)是通過(guò)地面天線向衛(wèi)星傳送報(bào)文的，在主控站的控制下，向用戶裝置傳遞相關(guān)信息。空間控制結(jié)構(gòu)是由多顆GPS衛(wèi)星組成的，在任意地點(diǎn)都能精準(zhǔn)觀測(cè)到多顆衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星上都是通過(guò)兩個(gè)L載頻傳輸信號(hào)的。每顆衛(wèi)星都是在完全相同的載波頻率下傳輸信號(hào)，其中一個(gè)載頻承載了捕獲碼C/A，另一個(gè)載頻承載了精密碼P。將導(dǎo)航數(shù)據(jù)報(bào)文疊加在一起，形成一個(gè)碼集合，使兩個(gè)L載承載相同的導(dǎo)航報(bào)文。

2 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

2.1 基于自適應(yīng)濾波的通信干擾信號(hào)分離處理

對(duì)通信干擾數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)濾波分離處理，可預(yù)先對(duì)系統(tǒng)背景噪聲進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量，測(cè)量的噪聲信號(hào)與正常測(cè)試時(shí)混合信號(hào)中的噪聲有關(guān)。如此，獨(dú)立噪聲信號(hào)可作為期望信號(hào)，方便信號(hào)分離。

基于自適應(yīng)濾波的通信干擾信號(hào)分離處理原理，如圖6所示。

圖6 基于自適應(yīng)濾波的通信干擾數(shù)據(jù)分離處理原理

由圖6可知，該處理過(guò)程存在兩個(gè)處理通道，分別是輸入通道和參考通道，其中輸入通道接收來(lái)自信號(hào)源的有用信號(hào)和與信號(hào)毫不相關(guān)的電磁干擾信號(hào)[24]。參考通道接收來(lái)自背景噪聲的信號(hào)，通過(guò)使用自適應(yīng)濾波處理技術(shù)，調(diào)整信號(hào)，分離背景噪聲信號(hào)及有效信號(hào)，使得該信號(hào)在最小均方意義下最接近主通道的干擾信號(hào)。如此，通過(guò)相減器就能將主通道的噪聲信號(hào)與電磁信號(hào)分離開(kāi)。

具體分離步驟，如下所示：設(shè)系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)為y，可表示為：

y=a+b-c

(1)

公式(1)中，a表示從信號(hào)源接收到的有用信號(hào)；b表示與信號(hào)不相關(guān)的干擾信號(hào)；c表示通過(guò)自適應(yīng)濾波調(diào)整后的有效信號(hào)。

由于從信號(hào)源接收到的有用信號(hào)和與信號(hào)不相關(guān)的干擾信號(hào)無(wú)關(guān)，所以該信號(hào)的均方值可表示為信號(hào)的功率。如果輸出的信號(hào)只包含了從信號(hào)源接收到的有用信號(hào)，或者計(jì)算的均方值達(dá)到最小，就可以求得原始有用信號(hào)均方值的最小值。由于有用信號(hào)不需要經(jīng)過(guò)自適應(yīng)濾波處理，所以調(diào)整自適應(yīng)濾波的加權(quán)矢量，使有用信號(hào)均方值達(dá)到最小。這種調(diào)整方式，能夠經(jīng)過(guò)自適應(yīng)濾波處理后，獲取最接近輸入通道的干擾信號(hào)分量，由此能夠徹底分離開(kāi)噪聲信號(hào)與電磁信號(hào)。

2.2 通信干擾檢測(cè)流程設(shè)計(jì)

在徹底分離開(kāi)噪聲信號(hào)與電磁信號(hào)后，設(shè)計(jì)通信干擾檢測(cè)流程，并在C++編程軟件中實(shí)現(xiàn)軟件流程的編譯，選用Xcode開(kāi)發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)軟件流程的編碼、測(cè)試、調(diào)試。具體步驟如下所示。

1)計(jì)算相位差：

在多通道檢測(cè)接收機(jī)中，利用兩臺(tái)具有相同本地碼的接收機(jī)來(lái)接收相關(guān)信號(hào)，從而計(jì)算兩路接收的相位差，然后在干擾測(cè)向結(jié)果中加入干涉的測(cè)量結(jié)果。利用一條天線通道控制另一條信道，從這個(gè)信道接收不同信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾信號(hào)方向的估計(jì)[25]。

詳細(xì)步驟為：

當(dāng)系統(tǒng)中存在背景噪聲信號(hào)時(shí)，需將接收到的信號(hào)表示為：

L1(λ)=Bd(n)sinc(η)cosφ+λ1

L2(λ)=Bd(n)sinc(η)cosφ+λ2

(2)

公式(2)中，B表示信號(hào)波動(dòng)的幅值；η表示接收的信號(hào)與本地信號(hào)之間的碼位差；φ表示接收信號(hào)的頻率和檢測(cè)頻率之間的差值；λ1、λ2分別表示L1、L2兩條道路的干擾信號(hào)。

將這兩個(gè)信號(hào)疊合在一起，能夠?qū)懗蓮?fù)數(shù)形式，復(fù)數(shù)中包含了復(fù)數(shù)向量幅值和相位角。復(fù)數(shù)包含了信號(hào)碼位的相關(guān)信息，相位角包含了不同信號(hào)間的相位差。相位差的計(jì)算公式，如下所示：

(3)

由公式(3)可知，當(dāng)實(shí)際計(jì)算的相位差在-60°～+60°時(shí)，該系統(tǒng)能夠保持正常工作狀態(tài)，由此獲取的信號(hào)方向即為干擾信號(hào)方向。

2)相位差矢量化處理：

假定兩個(gè)信道同時(shí)接收兩個(gè)相位，根據(jù)公式(3)計(jì)算兩個(gè)信道的相位差，并選擇不同的天線組合。對(duì)相位差進(jìn)行了重新定義，獲取相位差矢量結(jié)果。詳細(xì)步驟為：

利用 arcgis軟件，將相位差向量化，即把相位差向量變換成向量，然后在軟件中增加一個(gè)數(shù)據(jù)鍵，以開(kāi)啟待向量的相位差；接著，對(duì)向量相位差進(jìn)行編輯，并確定其分辨率參考值；在此基礎(chǔ)上，將向量相位差的首個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)和與此坐標(biāo)值相對(duì)應(yīng)的標(biāo)記量作為目前要處理的坐標(biāo)值。判斷當(dāng)前待分辨率的標(biāo)示量是否小于等于矢量相位差的分辨率參照值，如果小于等于，則將待處理結(jié)果添加到坐標(biāo)點(diǎn)集合之中；反之，則繼續(xù)處理，判斷當(dāng)前待處理坐標(biāo)點(diǎn)是否為矢量相位差坐標(biāo)點(diǎn)的最后一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。如果不是，則需繼續(xù)執(zhí)行下一步驟。否則，將坐標(biāo)點(diǎn)集合矢量化處理后，獲取處理結(jié)果；選取矢量相位差中的下一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)作為當(dāng)前待處理的坐標(biāo)點(diǎn)，將坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的分辨率標(biāo)示量作為當(dāng)前的標(biāo)示量，返回執(zhí)行判斷步驟后，判斷是否獲取全部分辨率標(biāo)示量，如果是，則完成矢量化處理。

3)獲取載波相位差：

當(dāng)多通道檢測(cè)接收機(jī)使用相應(yīng)的本地編碼能夠跟蹤并捕獲噪聲信號(hào)后，也使用公式(3)計(jì)算兩個(gè)信道的相位差。對(duì)相同信道的不同信號(hào)，可分析載波相位差，并對(duì)不同基線進(jìn)行輪詢(xún)，從而得到不同組基的載波相位差。

4)干擾檢測(cè)：

寫(xiě)一個(gè) int fun函數(shù)，假定有最大值和最小值，需要將最大值、最小值與陣列 arr值進(jìn)行比較，得到所要的結(jié)果。用這種方法可以得到陣列中最大元素的下標(biāo)值，并將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中，再找到最大的數(shù)值和元素的下標(biāo)，可確定干擾信號(hào)的數(shù)值和方向，由此完成民航導(dǎo)航通信干擾檢測(cè)。

3 實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證基于自適應(yīng)濾波的民航導(dǎo)航通信干擾檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析。分別使用欺騙式干擾檢測(cè)算法、自適應(yīng)雙門(mén)限協(xié)同干擾檢測(cè)算法和自適應(yīng)濾波檢測(cè)系統(tǒng)作為本文方法的對(duì)比方法，在MATLAB 仿真平臺(tái)中搭建民航導(dǎo)航通信干擾檢測(cè)平臺(tái)，測(cè)試本文系統(tǒng)的有效性。

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所使用的裝置包括校準(zhǔn)系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)、地面站接收系統(tǒng)。

1)校準(zhǔn)系統(tǒng)：

校準(zhǔn)系統(tǒng)是為了獲取精準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而搭建的，如圖7所示。

圖7 實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)系統(tǒng)

由圖7可知，使用該校準(zhǔn)系統(tǒng)，能夠精準(zhǔn)的獲取實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地環(huán)境信息，通過(guò)調(diào)整天線角度，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2)無(wú)人機(jī)：

無(wú)人機(jī)選用大疆作為飛行裝置，搭載無(wú)線電進(jìn)行升空實(shí)驗(yàn)，無(wú)線電上配置了側(cè)向天線和接收器，方便向地面站接收系統(tǒng)傳送拍攝數(shù)據(jù)。

3)地面站接收系統(tǒng)：

地面站接收系統(tǒng)主要用于對(duì)無(wú)人機(jī)拍攝的信息進(jìn)行圖傳，方便地面觀測(cè)。為此，選擇了ADS-B型號(hào)的接收系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)裝有1090ES設(shè)備，能夠向無(wú)人機(jī)發(fā)射ADS-B廣播信號(hào)，為實(shí)驗(yàn)提供目標(biāo)哦識(shí)別的A代碼、S地址碼、經(jīng)緯度、速度等信息。該系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)主要包括：探測(cè)距離大于等于150海里，最大探測(cè)高度大于等于1 500米，處理容量大于等于550批/秒，處理延遲小于等于25毫秒，適用于多種數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

基于上述實(shí)驗(yàn)裝置，在同頻干擾、臨頻干擾情況下，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3.2.1 同頻干擾

同頻干擾是指對(duì)空間飛行有用信號(hào)具有相同頻率的干擾信號(hào)，在該干擾環(huán)境下，分別使用欺騙式干擾檢測(cè)算法、自適應(yīng)雙門(mén)限協(xié)同干擾檢測(cè)算法和自適應(yīng)濾波檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)比分析信號(hào)幅值檢測(cè)結(jié)果，如圖8所示。

圖8 3種方法同頻干擾信號(hào)檢測(cè)對(duì)比

由圖8可知，使用欺騙式干擾檢測(cè)算法檢測(cè)到的同頻干擾信號(hào)幅值波動(dòng)范圍為-0.4～0.7，與實(shí)際的-0.2～0.4不符；使用自適應(yīng)雙門(mén)限協(xié)同干擾檢測(cè)算法檢測(cè)到的同頻干擾信號(hào)幅值波動(dòng)范圍為-0.6～0.8，與實(shí)際信號(hào)幅值波動(dòng)范圍不符；使用自適應(yīng)濾波檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的同頻干擾信號(hào)幅值波動(dòng)范圍為-0.2～0.4，與實(shí)際信號(hào)幅值波動(dòng)范圍一致。

3.2.2 臨頻干擾

臨頻干擾是指由于使用鄰近頻率而引起的干擾，在該干擾環(huán)境下，分別使用3種方法，對(duì)比分析信號(hào)幅值檢測(cè)結(jié)果，如圖9所示。

圖9 3種方法臨頻干擾信號(hào)檢測(cè)對(duì)比

由圖9可知，使用欺騙式干擾檢測(cè)算法檢測(cè)到的臨頻干擾信號(hào)幅值波動(dòng)范圍為-1.3～1.0，使用自適應(yīng)雙門(mén)限協(xié)同干擾檢測(cè)算法檢測(cè)到的臨頻干擾信號(hào)幅值波動(dòng)范圍為-1.5～1.0，使用自適應(yīng)濾波檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的同頻干擾信號(hào)幅值波動(dòng)范圍為-0.8～0.7，只有使用自適應(yīng)濾波檢測(cè)系統(tǒng)與實(shí)際信號(hào)-0.8～0.7幅值波動(dòng)范圍一致。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文系統(tǒng)對(duì)同頻干擾信號(hào)及臨頻干擾信號(hào)的檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率均較高，本文系統(tǒng)應(yīng)用自適應(yīng)濾波處理技術(shù)，對(duì)噪聲信號(hào)與電磁信號(hào)進(jìn)行分離處理，因此能夠有效避免噪聲干擾。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一套基于自適應(yīng)濾波的民航導(dǎo)航通信干擾檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地面站干擾檢測(cè)，為排除和消除衛(wèi)星導(dǎo)航干擾源提供了有效技術(shù)手段。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅適用于微弱信號(hào)的檢測(cè)，而且適用于普通光信號(hào)的檢測(cè)。該系統(tǒng)通過(guò)自適應(yīng)濾波處理技術(shù)分離處理噪聲信號(hào)與電磁信號(hào)，有效避免了噪聲干擾能夠準(zhǔn)確檢測(cè)同頻干擾信號(hào)及臨頻干擾，具有一定的有效性。