功率倒置算法在北斗抗干擾天線系統中的應用

摘要：為解決北斗導航接收機干擾功率強、有效信號弱的不足，提出了一種基于功率倒置自適應算法的抗干擾設計方案。該方案以自適應天線系統為平臺，采用FPGA處理器Virtex5芯片實現自適應算法，根據最小均方誤差原則迭代計算功率倒置的最優權值并產生加權輸出。測試結果顯示：功率倒置算法在干擾形式、干擾方向未知的情況下能夠有效抑制干擾，為北斗導航接收機提供最高50 dB的抗干擾能力。
關鍵詞：北斗導航接收機；功率倒置；自適應；FPGA；抗干擾

北斗導航系統采用擴頻方式通信，信號到達接收機時非常微弱，其功率甚至遠低于接收機內部噪聲，更遠低于干擾信號功率。北斗接收機接收到的干擾數目以及干擾形式無法做到事先預知，衛星信號的來向和數目也不可能預知，這種情況下適合采用功率倒置自適應算法抑制干擾。
文中提出一種基于FPGA的功率倒置自適應算法實現方案，測試表明該方案在強干擾條件下具有較好的抗干擾效果。

1 功率倒置自適應算法的原理
自適應天線系統是由多元天線陣和信號處理單元組成的系統。系統工作時，信號處理單元根據系統的輸入和輸出自適應的調整天線陣的權值，自動修正和優化天線的方向圖、頻率響應和極化特性，抑制和消除干擾，提高輸出信號的信噪比。
功率倒置自適應算法是直接將陣列的輸出作為誤差信號，在一定約束條件下追求誤差信號最小。這種算法不區分有用信號與干擾信號，只力圖使陣列輸出功率最小。它的穩態方向圖將在干擾信號方向引入零點。而且，干擾信號功率愈強引入的零點深度就愈深。在干擾被大大抑制之后，解擴過程再將信號增強，就能獲得很好的信干噪比。
功率倒置算法的原理結構如圖1所示，陣列第一支路的權值設定為“1”或其它固定值“α≠0”。

自適應算法通過選擇[w2，w3，…，wN]的最佳值使陣列的輸出功率最小。功率倒置自適應算法的最佳權值為。其中，為陣元2～N上輸入信號的自相關矩陣，rαl=E[Xαxl]為陣元2～N上的信號與參考陣元上的信號的互相關向量，Xα=[x2，x3，…，xN]T。