基于混合擴(kuò)頻的導(dǎo)航衛(wèi)星抗干擾技術(shù)

摘要：隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在軍事上的廣泛應(yīng)用，研究導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。文中創(chuàng)新的將跳時技術(shù)與現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，提出基于直擴(kuò)／跳時(DS／TH)混合擴(kuò)頻的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)方案。并分別在4種衛(wèi)星導(dǎo)航干擾模式下，對此方案進(jìn)行了抗干擾性能仿真及分析。結(jié)果表明在信噪比為-33 dB誤碼率為10-4時，該方案抗干擾性能比傳統(tǒng)導(dǎo)航信號至少提高17 dB，尤其對于抗脈沖干擾，其性能可以改善20 dB左右。
關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航；跳時；混合擴(kuò)頻；抗干擾

衛(wèi)星導(dǎo)航信號在眾所周知的頻率上發(fā)射，調(diào)制方式廣為人知，傳輸功率小，信噪比較低，這些成為其易受干擾的重要原因。造成衛(wèi)星導(dǎo)航信號容易被干擾的最直接原因就是發(fā)射的信號太弱，如果采用混合擴(kuò)頻體制，則可加大信號的增益。本文著重研究將跳時與直擴(kuò)技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用到衛(wèi)星導(dǎo)航中，利用跳時技術(shù)的優(yōu)點，通過時間的合理分配來避開附近發(fā)射機(jī)的強干擾，從而提高系統(tǒng)的抗干擾性能。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計
1．1 系統(tǒng)整體框圖
跳時技術(shù)把時間軸分成若干時隙，由跳時碼決定在哪個時隙來發(fā)送信號。跳時系統(tǒng)能夠用合理的時間分配來避開附近發(fā)射機(jī)的強干擾。但跳時系統(tǒng)對定時要求嚴(yán)格，簡單的跳時抗干擾性能不強，所以很少單獨使用，通常與其他方式相結(jié)合，組成各種混合方式。將DS／TH混合擴(kuò)頻技術(shù)與現(xiàn)有的導(dǎo)航衛(wèi)星相結(jié)合，構(gòu)成一種新穎的基于混合擴(kuò)頻體制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，以增強抗干擾能力?？紤]可實現(xiàn)性和前向兼容性，
此系統(tǒng)在設(shè)計時盡可能地保留了原有導(dǎo)航系統(tǒng)體制，如直擴(kuò)部分的處理方式和參數(shù)等，直接從原系統(tǒng)繼承。DS／TH導(dǎo)航系統(tǒng)框圖如圖1所示。

在此系統(tǒng)中共存在有兩類PN碼序列：直擴(kuò)序列和跳時序列。導(dǎo)航信號在經(jīng)過DS碼擴(kuò)頻后，將其直擴(kuò)后的每一碼片分成若干時隙，根據(jù)跳時序列{Cj}選擇時隙來發(fā)送導(dǎo)航信號，從而實現(xiàn)跳時。
系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的輸出信號可表示為：

其中f0為載波頻率，Td為導(dǎo)航信號一比特持續(xù)時間，Ts為直擴(kuò)后的每一碼片長度，Nd為直擴(kuò)倍長度，Tc為每一時隙長度，Nc為時隙個數(shù)，D(t)為導(dǎo)航電文，P(t)為直擴(kuò)碼，C(t)則用來進(jìn)行跳時。碼片持續(xù)時間變短，為保證功率相等，幅度要變?yōu)樵瓉淼谋?。通過上述分析可知，在DS／TH系統(tǒng)中，直擴(kuò)碼決定信號幅度的大小，跳時碼則用來決定信號的發(fā)送時刻。
1．2 系統(tǒng)跳時序列的研究
在DS／TH系統(tǒng)中，直擴(kuò)碼部分參數(shù)都從原衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)繼承，而對于跳時部分，則需進(jìn)行詳細(xì)的研究，使系統(tǒng)能在抗干擾方面達(dá)到最優(yōu)效果。系統(tǒng)主要涉及跳時序列的3個主要參數(shù)，時隙、周期以及漢明自相關(guān)。
1．2．1 跳時時隙
DS／TH系統(tǒng)總的處理增益為：
GDS／TH=GDS+GTH=GDS+10·log(1／D) (4)
其中D為跳時所設(shè)置的占空比，D=1／Nc(Nc為時隙數(shù))，所以Nc越大，DS／TH系統(tǒng)的處理增益越大，抗干擾性能越好?？垢蓴_性能與時隙個數(shù)Nc是成正比的。但系統(tǒng)帶寬會隨著時隙數(shù)的增大而變寬，因此必須根據(jù)實際情況來決定其大小。
1．2．2 跳時周期
跳時周期的增大，使相同的功率被分散到了更多的譜線中，信號的幅度變小，對功率譜起到了平滑作用，從而也減少了較強功率譜線數(shù)目。通常為了提高時隙利用率，主要采用全時隙跳時序列，即跳時序列最大值Nk=Np-1，Np=Nc。
1．2．3 漢明自相關(guān)
為實現(xiàn)對跳時碼的捕獲，跳時序列必須具有較好的自相關(guān)性能，同時異相自相關(guān)越小越好。文中主要討論剩余類跳時序列。二次同余序列、三次同余序列和雙曲同余序列是目前性能優(yōu)良的3類同余跳時序列。其中，二次同余序列的自相關(guān)性能最好，異相自相關(guān)值最小，所以在基于DS／TH混合擴(kuò)頻的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中選用了二次同余序列作為跳時序列。
1．3 系統(tǒng)整體參數(shù)
本系統(tǒng)的研究目標(biāo)是將跳時和直擴(kuò)相結(jié)合的混合擴(kuò)頻體制應(yīng)用到導(dǎo)航系統(tǒng)中，大幅度提高擴(kuò)頻處理增益，將信號頻帶擴(kuò)展到400 MHz，不僅使系統(tǒng)的抗干擾能力大大增強，而且使信號能夠以非常低的功率譜密度隱蔽在其它系統(tǒng)信號之中或是重疊發(fā)射成為可能，從根本上改善系統(tǒng)的頑存性。

DS／TH導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的射頻帶寬為2RcxNc，其中Rc為直擴(kuò)碼的碼片速率，Rc=10．23 MHz，Nc為跳時時隙數(shù)。對于二次同余序列，時隙數(shù)必須為一素數(shù)，為使系統(tǒng)帶寬達(dá)到400 MHz，跳時時隙Nc=19。系統(tǒng)的整體參數(shù)如表1所示。