“OTrack-AJ”北斗抗干扰芯片应用技术研究

马文佳

(北京东方联星科技有限公司，北京100085)

“OTrack-AJ”北斗抗干扰芯片应用技术研究

马文佳

(北京东方联星科技有限公司，北京100085)

介绍了北京东方联星科技有限公司自主研发的“OTrack-AJ”北斗抗干扰芯片的主要应用领域以及国内北斗抗干扰应用发展趋势，给出了基于该芯片的北斗抗干扰应用方案，其在抗干扰、功耗、尺寸等关键指标上达到了国际先进水平。

北斗导航；抗干扰；OTrack-AJ

0 引言

近年来，随着卫星导航技术的日益发展和完善，卫星导航接收机在航海、航空、航天、国防等领域的应用日趋广泛。过去，飞机依赖地面无线设备导航，只能在固定航线上飞行，有了卫星导航设备后才能真正做到自由飞行。美国的GPS制导武器占整个精确制导武器的比例由海湾战争的10%急增至伊拉克战争的98%，采用惯性导航系统/GPS制导代替“惯性导航系统/地形匹配”制导方式，并使“战斧”巡航导弹防区发射距离增加20%。在军事领域中的应用，使得卫星导航接收机在高动态、抗干扰等性能方面的要求越来越高。

随着我国北斗系统的正式运行，北斗用户终端电路的芯片化，为武器系统提供了高精度、低成本、低功耗、小体积的导航定位、测速、授时手段。但是，由于北斗卫星信号频率公开，调制方式公开，信号功率微弱，因此，制造北斗干扰机非常容易。理论计算和等效试验表明，一台5W干扰机，对普通北斗用户终端的干扰半径为150km，100kW干扰机对普通北斗用户终端的作用距离超过3000km。在战场环境下，敌方安装100kW北斗干扰机并不困难，如果我方武器系统上的北斗用户终端不具备相应的抗干扰能力，当存在干扰信号时，则无法利用北斗系统进行导弹的导航定位。

因此研究抗干扰北斗卫星导航技术，提高北斗用户终端抗压制干扰的能力，使北斗系统在战场环境下发挥其能力，是现代战争的需要。本文介绍了国内外抗干扰技术的发展趋势及主要技术原理，对各种常用抗干扰技术的优缺点进行了分析，最后简要介绍了“OTrack-AJ”专用抗干扰芯片架构及其应用案例。

1 抗干扰原理简介

数字抗干扰处理技术是在原来模拟抗干扰技术原理的基础上，引入数字信号处理方法而形成的新技术。它最根本的就是用数字处理方法，将由于传感器(天线)空间位置不同而使同一信号到达时产生的波程差，用于调节各个天线的幅度和相位，在干扰方向形成零陷。

图1所示为2阵元天线阵列，两个传感器(天线)T1和T2的间距为所要接收卫星信号s(t)的半波长，在波束形成和自适应干扰抵消的应用中，最优阵元间距为λ/2。干扰信号n(t)=An·ejωt从某个入射角α进入传感器(天线)，由于T1和T2之间有半波长的距离，因此，干扰信号不能同时到达T1和T2，即存在波程差；那么，根据波的传递规律，两个传感器(天线)T1和T2接收到的干扰信号n(t)存在相应的相位差Φ，即分别为An·ejωt和An·ej(ωt+Φ)。同样，卫星信号s(t)=As·ejwt从某个入射角β进入天线，也由于T1和T2的位置间距，卫星信号s(t)到达两个传感器(天线)T1和T2上时同样存在相应的相位差θ，即分别为As·ejωt和As·ej(ωt+θ)。显然，此时T1和T2两个传感器(天线)接收到的信号分别为X1=As·ejωt+An·ejωt，X2=As·ej(ωt+θ)+An·ej(ωt+Φ)(各天线的热噪声忽略不计)。

图1 自适应调零处理流程Fig.1 Processing of adaptive nulling

以其中一个传感器(天线)(例如T1)作为参考基准，对另一传感器(天线)T2的信号进行相位补偿调整，使两个传感器(天线)上的干扰信号具备同样的波形和相位，即同幅同频同相，再将两信号相减或反向合路，干扰信号就会被消除。

2 “OTrack-AJ”抗干扰芯片的特点及功能

“OTrack-AJ”是北京东方联星科技有限公司自主研发的用于卫星导航抗干扰，支持多阵元天线、所有卫星导航系统的中频抗干扰处理芯片。该芯片支持7阵元天线抗干扰系统和双4阵元天线抗干扰系统在硬件上复用，具有抗多种干扰的能力，抗单个宽带干扰干信比优于95dB，抗多个宽带干扰干信比优于85dB。

(1)“OTrack-AJ”的特点

支持单模7阵元天线和双模4阵元天线。

支持所有卫星导航系统的中频抗干扰处理，包含BDSB1/B3/RDSS、GPSL1/L2、GlonassF1等中频信号抗干扰处理。

具有抗各类干扰的能力，包含单载波、白噪声、BPSK、脉冲、扫频等干扰。

抗干扰性能：7阵元天线抗干扰系统最多能抗6个干扰，4阵元天线抗干扰系统最多能抗3个干扰。

工作电压：支持1.8V或3.3V。

8路AD数据输入，每一路16bit数据，支持最高80MHz的采样频率。

输出2路8bit中频数据，2路2bit或4bit基带数据。

芯片采用CMOS工艺，QFN封装，尺寸为14mm×14mm。

(2)“OTrack-AJ”的内部结构

如图2所示，“OTrack-AJ”由5个功能模块组成，其中3个接口模块，2个数据处理模块。接口模块包含8路AD接口、中频输出处理、芯片工作模式控制；处理模块包含带通滤波、抗干扰处理。其中芯片工作模式控制模块包含一些芯片参数控制引脚、SPI-FLASH以及串口。各部分功能如下。

8路AD接口：用来对8路数据进行时钟同步。

带通滤波：用来滤除数据带外干扰，根据信号的频带滤除带外信号。

抗干扰处理：是整个芯片的核心部分，主要完成干扰的去除。该模块内含一个空域滤波器，空域滤波技术是将多个阵元的天线阵进行幅度和相位的调整，从而在天线方向图中产生对着干扰方向的零点，以降低干扰源效果。空域滤波技术与单纯的时域、频域技术相比优势明显，而且实现比较简单，计算量小。

中频输出处理：用来对抗干扰输出数据进行处理，支持信号上变频，也可直接输出基带信号。

芯片工作模式控制：包含SPI接口、AD配置接口、芯片参数控制引脚等。

图2 OTrack-AJ芯片框图Fig.2 Block diagram of“OTrack-AJ”chip

3 基于“OTrack-AJ”抗干扰系统设计

“OTrack-AJ”的一个典型应用如图3所示。抗干扰系统由射频模块，AD转化、抗干扰处理芯片、DA转换和上变频电路三部分组成。

图3 应用解决方案框图Fig.3 Block diagram of application solution

基于上述方案设计的抗干扰组件尺寸小于100mm×100mm×15mm，功耗小于10W。根据不同应用场景需求，可以输出抗干扰后的射频给导航接收机使用，也可以直接输出中频信号给导航接收机处理。

“OTrack-AJ”芯片应用的实物图如图4所示。

图4 “OTrack-AJ”应用实物图Fig.4 “OTrack-AJ”application physical map

4 结束语

Beidou正式运营后，我国的军用领域都迫切需要低功耗、小尺寸的北斗抗干扰系统，以提高军用产品的战场生存能力。文中介绍的OTrack-AJ芯片和抗干扰系统能满足军用抗干扰领域的迫切需求，打破了国外对导航核心技术的垄断，使得我国在北斗抗干扰核心技术及其应用上掌握了充分自主权。

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Research on Beidou Anti-jamming Applications Based on “OTrack-AJ” Chip

MA Wen-jia

(Beijing OLinkStar Co.Ltd.，Beijing 100085，China)

Main application areas of “OTrack-AJ” Chip and Beidou Anti-jamming application development trends are introduced in this paper.This paper also studied Beidou Anti-jamming applications based on “OTrack-AJ” chip.Beidou Anti-jamming system reached international cutting edge technology level on key features such as JNR(Jamming Noise Rate)，power and dimension.

Beidou；Anti-jamming；OTrack-AJ

2015-11-15；

2014-01-05。

马文佳(1982-)，男，工程师，主要从事卫星导航芯片设计、抗干扰处理方面的研究。 E-mail:mawj@olinkstar.com

TP39

A

2095-8110(2016)02-0038-04