自适应波束形成抗干扰算法研究

王辉 范中国

（中国空空导弹研究院，河南洛阳 471009）

自适应波束形成抗干扰算法研究

王辉 范中国

（中国空空导弹研究院，河南洛阳 471009）

本文介绍自适应波束形成技术的基本原理，提出一种将自适应波束形成技术应用于卫星定位接收机抗干扰系统的算法。仿真结果显示，该算法能够有效地对单干扰和多干扰在干扰来向形成深度零陷，同时在卫星信号来向保持一定的增益，能较好地满足卫星定位抗干扰系统对前端天线阵抗干扰能力的需求。

自适应；波束形成；抗干扰

以GPS为代表的星基导航系统具有全球覆盖、高精度、全天候等特性，被广泛用于民用及军事用途。然而，由于星地距离达2万km以上，地面接收到的卫星导航信号非常微弱，造成导航信号极易被干扰，一旦卫星信号被成功干扰，卫星定位接收机无法正常使用。抗干扰问题已成为美军GPS应用研究的重点。

目前，卫星定位抗干扰多采取空域滤波算法。而波束指向技术就是一种适用于卫星导航的空域抗干扰技术。该技术依据载体当前位置、姿态、干扰来向及强度等信息自适应地调整天线阵列中各阵元的加权矢量，阵列合成方向图指向信号来向，保证了有效信号的接收，同时在干扰方向形成零陷抑制干扰，达到提高卫星导航系统的抗干扰能力，确保卫星导航接收机在强电磁干扰环境下可正常工作的目的［1］。

1 算法原理

假设有L个干扰信号si（t），其方向依次分别为θi，i= 1，……，L，其中θi的方向未知；导航信号为sd（t），其方向为θd，其中θd的方向已知；此外天线阵有M个阵元，其中每个上面叠加方差为的噪声γ（t）。则天线阵列接收的信号为［2］：

假设权向量为w⇀，则输出信号可表示为y(t)=w→Hx→(t)，则此时输出的平均功率为：

式（3）中，为了实现正常接收信号的同时对干扰进行抑制，需要对权向量进行约束：

由于GPS信号淹没在噪声中，故上述在干扰方向的约束条件等同于阵列输出的平均功率最小即［4］：

此时，阵列输出的平均功率最小，同时又最大化了期望输出信号功率，即达到了最大化的输出信干比。利用Lagrange乘子法求解公式（5），可求得最佳权向量为［5］：

2 算法仿真

为验证上述算法的正确性，进行如下仿真，图1为仿真使用的天线阵排布。

图1 天线阵排布图

仿真在下面的前提下进行：①卫星来向为俯仰角60°，方位角30°；②干扰为宽带扩频信号，载波频率与卫星信号同频。

仿真利用前述公式算得权值，再利用算出的权值画出合成方向图。如图2所示，当采用功率比噪声高50dB的单干扰（俯仰角=10°，方位角=150°）时，导航信号方向的增益约为0dB；干扰方向的增益为-140dB，可有效抑制干扰。

如图3所示，对两干扰也能保证卫星信号方向的增益，同时在干扰方向形成-100dB以上的负增益。

3 结论

随着各种应用场景中对GPS接收机抗干扰能力要求的不断提高，多种抗干扰算法不断出现。本文提出了一种自适应波束形成卫星导航抗干扰算法。该算法可在卫星信号方向保证正常接收，同时在干扰方向形成深度负增益，实现对干扰的有效抑制。

图2 单干扰仿真结果

图3 两干扰仿真结果

［1］胡彩波，原亮.GPS干扰和抗干扰技术的研究［J］.测绘与空间地理信息，2005（6）：36-38.

［2］邱天爽.通信中的自适应信号处理［M］.北京：电子工业出版社，2005.

［3］张斌.最新智能天线设计与应用新技术制导手册［M］.北京：科学技术出版社，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

王辉（1980-），男，博士，高级工程师，研究方向：卫星导航及其抗干扰。