衛(wèi)星導(dǎo)航干擾監(jiān)測與定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

李洪力，劉安斐，竇曉晶，劉 京

(北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心，北京 100094)

0 引言

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供全天候、全天時(shí)、高精度的導(dǎo)航定位服務(wù)，在國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地面站作為系統(tǒng)的核心組成部分，負(fù)責(zé)整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的業(yè)務(wù)運(yùn)行與管理控制，其是否受到電磁干擾是制約系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。隨著導(dǎo)航戰(zhàn)的推進(jìn)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行過程中面臨嚴(yán)峻的電磁干擾問題，對(duì)RDSS業(yè)務(wù)和RNSS業(yè)務(wù)均多次發(fā)生干擾情況，并在不同程度上對(duì)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生影響[1-3]。同時(shí)，地面站場區(qū)電磁環(huán)境復(fù)雜，以及自身電子設(shè)備可能產(chǎn)生的電磁兼容問題，迫切需要對(duì)地面站的電磁環(huán)境進(jìn)行長期監(jiān)測。該衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地面站在設(shè)計(jì)時(shí)具備一定的抗干擾能力[4-5]，但在干擾信號(hào)監(jiān)測和干擾源定位方面還缺乏有效技術(shù)手段，亟需進(jìn)行相關(guān)條件建設(shè)。

為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地面站的干擾監(jiān)測與定位，在綜合考慮滿足衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)RDSS業(yè)務(wù)和RNSS業(yè)務(wù)[6-8]干擾監(jiān)測與定位需求的基礎(chǔ)上，對(duì)地面站干擾監(jiān)測與定位系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)和RDSS入站干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)、RNSS地面站場區(qū)干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)設(shè)計(jì)[9-11]，實(shí)現(xiàn)了RDSS業(yè)務(wù)入站信號(hào)的干擾監(jiān)測與定位和RNSS業(yè)務(wù)地面站場區(qū)附近復(fù)雜電磁環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測與干擾定位，為干擾源排查與消除提供了有效技術(shù)手段，從而最大程度減小了干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，保障了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)頻譜資源的正常使用，確保了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地面站干擾監(jiān)測與定位系統(tǒng)主要由RDSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)和RNSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)2大部分組成，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地面站干擾監(jiān)測與定位系統(tǒng)組成框圖Fig.1 Satellite navigation system ground station interference monitoring and positioning system composition diagram

1.1.1 RDSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)

RDSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)負(fù)責(zé)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)RDSS業(yè)務(wù)衛(wèi)星入站信號(hào)的干擾監(jiān)測與定位[12]，主要由5臺(tái)監(jiān)測接收機(jī)(含3臺(tái)雙信道監(jiān)測接收機(jī)和2臺(tái)三信道監(jiān)測接收機(jī))、1臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、1套頻譜監(jiān)測管理軟件和1套干擾源定位平臺(tái)軟件組成，分系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。

圖2 RDSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)組成框圖Fig.2 RDSS interference monitoring and positioning subsystem composition diagram

雙信道(三信道)監(jiān)測接收機(jī)安裝在發(fā)射機(jī)房，接收GEO衛(wèi)星天線入站信號(hào)，完成信號(hào)的射頻處理、采樣、數(shù)字信號(hào)處理和測量；數(shù)據(jù)服務(wù)器作為數(shù)據(jù)庫運(yùn)行的硬件平臺(tái)，為系統(tǒng)軟件運(yùn)行和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供資源和環(huán)境；頻譜監(jiān)測管理軟件用于控制系統(tǒng)中各監(jiān)測接收機(jī)的工作狀態(tài)，設(shè)置參數(shù)并讀取數(shù)據(jù)，同時(shí)在界面上顯示頻譜圖和信號(hào)測量結(jié)果，通過功率測量等手段實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)判別，觸發(fā)干擾報(bào)警，并將干噪比測量結(jié)果發(fā)送給干擾源定位平臺(tái)軟件，通過定位解算實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)內(nèi)的RDSS干擾源定位。

1.1.2 RNSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)

RNSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)負(fù)責(zé)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)RNSS業(yè)務(wù)地面站場區(qū)導(dǎo)航信號(hào)頻譜的干擾監(jiān)測與定位。主要由一套干擾監(jiān)測測向固定站和一套干擾監(jiān)測測向移動(dòng)車組成。

(1)RNSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)固定站

固定站建設(shè)在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地面站內(nèi)，全天候監(jiān)測地面站場區(qū)附近電磁環(huán)境，主要由1套測向系統(tǒng)(含測向天線和測向接收機(jī))、1套寬帶監(jiān)測系統(tǒng)(含監(jiān)測天線和寬帶監(jiān)測接收機(jī))、1套窄帶監(jiān)測系統(tǒng)(含監(jiān)測天線和RNSS多信道監(jiān)測接收機(jī))、1套R(shí)NSS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、1臺(tái)監(jiān)測操作控制終端和1套頻譜監(jiān)測管理軟件組成。固定站組成框圖如圖3所示。

圖3 RNSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)(固定站)組成框圖Fig.3 RNSS interference monitoring and positioning subsystem(fixed station) composition diagram

RNSS多信道監(jiān)測接收機(jī)(含1塊天線分配卡)通過4個(gè)定頻監(jiān)測信道固定監(jiān)測衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)RNSS業(yè)務(wù)下行3個(gè)導(dǎo)航頻點(diǎn)及RDSS業(yè)務(wù)下行S頻點(diǎn)附近頻段的頻譜狀況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)周圍電磁環(huán)境異常時(shí)進(jìn)行報(bào)警和分析，寬帶監(jiān)測接收機(jī)通過1個(gè)掃描監(jiān)測信道對(duì)整個(gè)監(jiān)測頻段進(jìn)行掃描監(jiān)測；當(dāng)發(fā)現(xiàn)干擾時(shí)，固定站測向系統(tǒng)對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行測向，移動(dòng)監(jiān)測車根據(jù)固定站測向結(jié)果指引，進(jìn)行多點(diǎn)測向，根據(jù)多次測量結(jié)果選取一致性較好的測向結(jié)果進(jìn)行干擾源定位，為使用便攜式頻譜監(jiān)測設(shè)備逼近查找干擾源的具體位置提供指引。

(2)RNSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)移動(dòng)車

移動(dòng)車主要由1套測向系統(tǒng)(含測向天線和測向接收機(jī))、1套寬帶監(jiān)測系統(tǒng)(含寬帶監(jiān)測天線和寬帶監(jiān)測接收機(jī))、1套監(jiān)測操作控制終端及1套頻譜監(jiān)測管理軟件組成。測向部分采用車載天線升降桿系統(tǒng)，將測向天線安裝在氣動(dòng)升降桿上，當(dāng)需要測向時(shí)可升高天線高度，提高測向的精度和準(zhǔn)確度。其他附屬設(shè)備實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電和聯(lián)網(wǎng)操作與控制。移動(dòng)監(jiān)測車內(nèi)常備便攜式監(jiān)測測向設(shè)備，用于現(xiàn)場干擾排查。移動(dòng)車組成框圖如圖4所示。

圖4 RNSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)(移動(dòng)車)組成框圖Fig.4 RNSS interference monitoring and positioning subsystem (moving vehicle) composition diagram

1.2 分系統(tǒng)單機(jī)方案設(shè)計(jì)

1.2.1 RDSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)單機(jī)方案設(shè)計(jì)

(1)RDSS多信道監(jiān)測接收機(jī)

RDSS多信道監(jiān)測接收機(jī)是RDSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)的核心設(shè)備，可監(jiān)測衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GEO衛(wèi)星入站信號(hào)，發(fā)現(xiàn)干擾時(shí)可進(jìn)行聲光報(bào)警、信號(hào)特征分析和參數(shù)測量，能夠記錄干擾信息，具有干擾頻譜回放和干擾數(shù)據(jù)提取功能。發(fā)現(xiàn)干擾時(shí)可進(jìn)行信號(hào)干噪比測量，將測量結(jié)果送給RDSS干擾源定位平臺(tái)軟件進(jìn)行定位解算，實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)內(nèi)的干擾源定位功能。RDSS多信道監(jiān)測接收機(jī)包括雙信道監(jiān)測接收機(jī)和三信道監(jiān)測接收機(jī)，其中雙信道接收機(jī)的2個(gè)信道是同步采樣處理的，三信道接收機(jī)在雙信道接收機(jī)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)獨(dú)立的C/C監(jiān)測信道。

接收機(jī)的設(shè)計(jì)基于CPCI工控機(jī)平臺(tái)，主要由射頻單元、標(biāo)頻單元和數(shù)字信號(hào)處理單元組成，其中射頻單元包括信道和頻合2部分，各單元采用CPCI板卡設(shè)計(jì)。天線信號(hào)首先經(jīng)過濾波和放大，對(duì)頻段內(nèi)信號(hào)進(jìn)行放大，對(duì)頻段外信號(hào)進(jìn)行衰減，然后經(jīng)過變頻，輸出中頻信號(hào)；中頻信號(hào)送入數(shù)字信號(hào)處理單元進(jìn)行采樣、下變頻和FFT計(jì)算，計(jì)算結(jié)果經(jīng)PCI總線送給上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信號(hào)特征測量，將測量結(jié)果和經(jīng)補(bǔ)償?shù)腇FT數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)端口送給監(jiān)測控制軟件。標(biāo)頻單元負(fù)責(zé)時(shí)鐘的產(chǎn)生，具有外標(biāo)頻輸入接口，可使用內(nèi)部或外部基準(zhǔn)頻率源。監(jiān)測接收機(jī)原理框圖如圖5所示。

圖5 RDSS多信道監(jiān)測接收機(jī)原理框圖Fig.5 RDSS multi-channel monitoring receiver schematic diagram

(2)RDSS監(jiān)測管理軟件

RDSS監(jiān)測管理軟件是RDSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)的監(jiān)控軟件，主要負(fù)責(zé)對(duì)RDSS多信道監(jiān)測接收機(jī)的參數(shù)控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測頻譜顯示、干擾報(bào)警、干擾查詢、頻譜記錄及回放等功能。采用QT5.3，VS2010進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，具備良好的人機(jī)交互界面，主要的實(shí)現(xiàn)界面如圖6所示。

圖6 RDSS監(jiān)測管理軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測界面Fig.6 RDSS monitoring management software real-time monitoring interface

(3)RDSS入站干擾源定位平臺(tái)軟件

RDSS入站干擾源定位平臺(tái)基于幅差法干擾源定位原理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)入站干擾源定位。在接收到干擾源定位指令時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)衛(wèi)星G/T值分布數(shù)據(jù)，完成干擾源定位解算、定位結(jié)果地圖顯示和定位結(jié)果存儲(chǔ)，同時(shí)利用系統(tǒng)實(shí)時(shí)入站用戶定位數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)衛(wèi)星G/T值分布，確保干擾源定位精度。

RDSS入站定位平臺(tái)軟件采用C#進(jìn)行設(shè)計(jì)，操作方便，界面友好，可實(shí)現(xiàn)RDSS入站干擾源的手動(dòng)和自動(dòng)定位功能，并可將定位結(jié)果保存為圖片。

1.2.2 RNSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)單機(jī)方案設(shè)計(jì)

(1)RNSS多信道監(jiān)測接收機(jī)

RNSS多信道監(jiān)測接收機(jī)用于監(jiān)測RNSS業(yè)務(wù)下行3個(gè)導(dǎo)航頻點(diǎn)及RDSS業(yè)務(wù)下行S頻點(diǎn)附近頻段的頻譜狀況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)周圍電磁環(huán)境異常或出現(xiàn)干擾時(shí)進(jìn)行報(bào)警、信號(hào)分析測量及干擾數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，設(shè)備采用四通道并行監(jiān)測。

RNSS多信道監(jiān)測接收機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于CPCI工控機(jī)平臺(tái)，主要由射頻單元、標(biāo)頻單元及數(shù)字信號(hào)處理單元組成，其中射頻單元包括信道和頻合2部分，一個(gè)射頻單元包括2個(gè)獨(dú)立的射頻信道，各單元采用CPCI板卡設(shè)計(jì)。天線信號(hào)首先經(jīng)過濾波和放大，對(duì)監(jiān)測信號(hào)進(jìn)行放大，對(duì)頻段外信號(hào)進(jìn)行衰減，然后經(jīng)過變頻，輸出中頻信號(hào)；中頻信號(hào)送入數(shù)字信號(hào)處理單元進(jìn)行采樣、下變頻和FFT計(jì)算，計(jì)算結(jié)果經(jīng)PCI總線送給上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信號(hào)特征測量，將測量結(jié)果和經(jīng)補(bǔ)償?shù)腇FT數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)端口送給監(jiān)測控制軟件。標(biāo)頻天線分配單元由2部分組成，標(biāo)頻部分負(fù)責(zé)時(shí)鐘的產(chǎn)生，具有外標(biāo)頻輸入接口，可使用內(nèi)部或外部基準(zhǔn)頻率源，天線分配部分負(fù)責(zé)將天線輸入信號(hào)分配給4個(gè)獨(dú)立的監(jiān)測信道。監(jiān)測接收機(jī)原理框圖如圖7所示。

圖7 RNSS多信道監(jiān)測接收機(jī)原理框圖Fig.7 RNSS multi-channel monitoring receiver schematic diagram

(2)寬帶監(jiān)測接收機(jī)

寬帶監(jiān)測接收機(jī)是RNSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)的寬帶掃描監(jiān)測設(shè)備，具有完善的頻譜監(jiān)測功能。接收機(jī)主要由射頻信道單元、中頻信號(hào)處理單元、標(biāo)頻單元、電源單元和遠(yuǎn)程控制單元組成。監(jiān)測接收機(jī)原理框圖如圖8所示。

圖8 寬帶監(jiān)測接收機(jī)原理框圖Fig.8 Wideband monitoring receiver schematic diagram

(3)測向系統(tǒng)

測向系統(tǒng)由測向天線和雙通道寬帶監(jiān)測測向接收機(jī)2部分組成，是RNSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)固定站和移動(dòng)車的核心設(shè)備。測向系統(tǒng)采用雙通道相關(guān)干涉儀測向體制，天線接收的射頻信號(hào)經(jīng)2個(gè)通道接收機(jī)進(jìn)行下變頻處理后變頻為可采樣的中頻信號(hào)，經(jīng)雙通道采集卡采集，再變頻并轉(zhuǎn)換為基帶IQ數(shù)據(jù)，IQ數(shù)據(jù)經(jīng)相關(guān)運(yùn)算后計(jì)算得出波的方位。

為了保證2個(gè)接收通道的相位是同步的，接收機(jī)射頻部分配置有一部校準(zhǔn)信號(hào)源，在每次數(shù)據(jù)采集前，先將校準(zhǔn)源打開，校準(zhǔn)源信號(hào)送入天線陣中的天線開關(guān)，功分成2路后再由接收機(jī)接收、采集處理，測出當(dāng)前頻率下2個(gè)接收通道的相位差，此相位差將作為固有誤差予以消除，以確保實(shí)際測量的空中信號(hào)方位正確。

系統(tǒng)整機(jī)由測向天線和測向接收機(jī)組成，測向接收機(jī)包括雙信道射頻前端、信號(hào)采集處理、控制單元和電源等功能單元。其中，射頻前端完成射頻信號(hào)的接收及到中頻的轉(zhuǎn)換；信號(hào)采集處理單元完成中頻信號(hào)的A/D變換與處理，以及對(duì)測向天線的控制；控制單元為嵌入式工控平臺(tái)，是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心和測向算法實(shí)現(xiàn)單元；接收機(jī)電源負(fù)責(zé)給射頻前端和測向天線進(jìn)行供電，控制單元電源負(fù)責(zé)為嵌入式工控平臺(tái)供電。系統(tǒng)框圖如圖9和圖10所示，車載測向系統(tǒng)和固定站測向系統(tǒng)相比，測向接收機(jī)完全相同，測向天線進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)。

圖9 雙通道寬帶監(jiān)測測向系統(tǒng)組成框圖Fig.9 Two-channel wideband monitoring and direction finding system composition diagram

圖10 雙通道寬帶監(jiān)測測向系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖Fig.10 Two-channel wideband monitoring and direction finding system design diagram

(4)RNSS監(jiān)測測向管理軟件

RNSS監(jiān)測測向管理軟件是RNSS干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)的監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測參數(shù)控制、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理和監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。軟件設(shè)計(jì)采用C/S架構(gòu)，采用Oracle數(shù)據(jù)庫進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)管理，功能強(qiáng)大、可靠性高、操作界面友好，支持設(shè)備參數(shù)控制、實(shí)時(shí)頻譜顯示、測向結(jié)果顯示、地圖顯示、頻譜回放、報(bào)表生成以及離線分析等功能[13-14]。軟件實(shí)現(xiàn)界面如圖11所示。

圖11 RNSS監(jiān)測測向管理軟件實(shí)現(xiàn)界面Fig.11 RNSS monitoring and direction finding management software implementation interface

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于同星雙波束入站干噪比差值的幅差法干擾源定位技術(shù)

RDSS系統(tǒng)衛(wèi)星工作于地球靜止軌道，每顆星采用雙波束入站，每個(gè)波束覆蓋區(qū)內(nèi)各點(diǎn)發(fā)射的上行L信號(hào)到達(dá)星上天線時(shí)對(duì)應(yīng)的G/T值不同，且同一個(gè)G/T值對(duì)應(yīng)地面一條閉合曲線[15-17]，離波束中心越遠(yuǎn)閉合曲線對(duì)應(yīng)的G/T值越小。與波束覆蓋區(qū)特性對(duì)應(yīng)，每顆衛(wèi)星2個(gè)波束G/T差值也呈現(xiàn)類似分布關(guān)系，即2個(gè)波束G/T差值相等的點(diǎn)分布在一條閉合曲線上(稱為等差值曲線)，而地面控制站接收到的兩波束間干噪比(J/N0)差值與該G/T差值存在直接關(guān)系[18]。

若系統(tǒng)同一顆衛(wèi)星的各波束下行頻點(diǎn)接近，同時(shí)地面天線、低噪聲場放等射頻接收設(shè)備采用多頻點(diǎn)共用模式，則可認(rèn)為空間路徑損耗和設(shè)備增益、損耗基本相同，此時(shí)地面控制站接收到的任意2個(gè)波束間的干噪比(J/N0)差值只與衛(wèi)星對(duì)應(yīng)2個(gè)上行接收天線的G/T值差值有關(guān)，具體關(guān)系推導(dǎo)如下。

以1個(gè)波束為例，干擾信號(hào)經(jīng)衛(wèi)星上行鏈路到達(dá)衛(wèi)星接收天線的干噪比[J/N0]u為：

[J/N0]u=[EIRP]J-[L]u+[G/T]s-[k]。

經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)通過下行鏈路到達(dá)地面控制站低噪聲場放的干噪比[J/N0]d為：

[J/N0]d=[EIRP]s-[L]d+[G/T]e-[k]，

[EIRP]s=[EIRP]J-[L]u+[G]R+[G]tran+[G]T，

式中，EIRPJ為干擾源發(fā)射的等效全向輻射功率；EIRPs為衛(wèi)星發(fā)射的等效全向輻射功率；Lu，Ld分別為干擾源到衛(wèi)星、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器到地面站天線的自由空間損耗；[G/T]s，[G/T]e為星上接收天線和地面接收天線的品質(zhì)因數(shù)；k為波爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23；GR，Gtran，GT分別為星上接收天線增益、轉(zhuǎn)發(fā)器增益和星上發(fā)射天線增益；中心控制系統(tǒng)地面接收到的總干噪比[J/N0]sum可根據(jù)上下行干噪比計(jì)算得出：

通常星上轉(zhuǎn)發(fā)器增益比上行接收信號(hào)強(qiáng)度高出多個(gè)數(shù)量級(jí)，由上式可得[J/N0]sum主要取決于[J/N0]u，可認(rèn)為[J/N0]sum≈[J/N0]u。因此，對(duì)于同一顆衛(wèi)星的任意2個(gè)波束有：

而星上各個(gè)波束接收天線距離很近，可以認(rèn)為干擾信號(hào)經(jīng)任意2個(gè)入站波束的上行鏈路損耗相同即Lu1=Lu2，則有2個(gè)波束的入站干噪比差值等于2個(gè)波束接收天線G/T差值，即：

Δ[J/N0]sum12=Δ[G/T]s12。

因此，可以認(rèn)為地面干擾源通過同星2個(gè)波束入站的干噪比差值對(duì)應(yīng)地面一條等差值(G/T差值)曲線，可根據(jù)同星2個(gè)波束間的干噪比差值進(jìn)行干擾源定位：當(dāng)只有一顆星的2個(gè)入站波束接收到干擾時(shí)，可將干擾源定位在波束間G/T差值曲線上；若多顆星的所有波束均同時(shí)接收到干擾，則可將干擾源定位在多星G/T差值曲線的交點(diǎn)處，定位示意如圖12所示。

圖12 幅差法干擾源定位示意Fig.12 Amplitude difference interference source positioning method schematic diagram

2.2 “相位相關(guān)+電平相關(guān)”聯(lián)合測向技術(shù)

傳統(tǒng)的相關(guān)干涉儀測向技術(shù)[19]主要利用各陣子之間的相位差信息，與樣本庫中的相位樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，通過相關(guān)運(yùn)算，獲得來波方向信息。但是在城市環(huán)境下，由于存在建筑物的信號(hào)遮擋與反射，對(duì)相位測量影響很大，導(dǎo)致測向系統(tǒng)性能下降，表現(xiàn)為測向質(zhì)量差或測向結(jié)果跳動(dòng)大。

本方案采用無源雙極化相關(guān)干涉儀測向技術(shù)[20]，并通過“相位相關(guān)+電平相關(guān)”聯(lián)合模式完成測向，綜合利用測向天線多元陣子間的電平和相位信息，充分發(fā)揮電平相關(guān)抗多徑能力好、相位相關(guān)測向精度高的優(yōu)點(diǎn)。首先依據(jù)電平相關(guān)結(jié)果獲得來波比較粗略的方向范圍，然后在粗選的范圍內(nèi)利用相位相關(guān)的結(jié)果搜索來波方向，獲得更為精確的結(jié)果，極大地克服了城市環(huán)境下建筑物信號(hào)遮擋與反射影響單一相位測量結(jié)果而導(dǎo)致的測向質(zhì)量差或測向跳動(dòng)大等問題。

本方案采用9元陣測向天線，中央?yún)⒖缄囎訛殡p錐全向陣子，四周采樣天線采用的雙極化扇形天線陣子具有一定的方向性，如圖13所示。當(dāng)來波方向如圖13所示時(shí)，陣子3和4接收信號(hào)較強(qiáng)，陣子7和8接收信號(hào)較弱，每個(gè)采樣陣子的電平測量結(jié)果都存在差異，因此電平分布也包含了來波方向信息。與相位相關(guān)類似，采樣時(shí)將每個(gè)采樣陣子與參考陣子的電平差也存儲(chǔ)在樣本庫中，進(jìn)行干擾源測向時(shí)，將測量獲得的9個(gè)陣子電平信息與樣本庫中的電平樣本做相關(guān)運(yùn)算，獲得電平相關(guān)的測向結(jié)果。

圖13 “相位相關(guān)+電平相關(guān)”聯(lián)合測向示意Fig.13 “Phase correlation + level correlation”joint direction finding schematic diagram

測向系統(tǒng)聯(lián)合利用“相位相關(guān)和電平相關(guān)”結(jié)果，進(jìn)行聯(lián)合測向，結(jié)合電平相關(guān)抗多徑能力好、相位相關(guān)測向精度高的優(yōu)點(diǎn)，首先由電平相關(guān)結(jié)果獲得來波比較粗略的方向范圍，然后在初選的范圍內(nèi)利用相位相關(guān)的結(jié)果搜索來波方向，可充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)束語

本文進(jìn)行了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地面站干擾監(jiān)測與定位系統(tǒng)總體方案及RDSS入站、RNSS場區(qū)干擾監(jiān)測與定位分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地面站干擾監(jiān)測與定位系統(tǒng)建設(shè)，為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)干擾源排查與消除提供了有效技術(shù)手段。設(shè)計(jì)成果已成功應(yīng)用于我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和服務(wù)質(zhì)量方面發(fā)揮了重要作用。隨著未來電磁環(huán)境日益復(fù)雜，其成果可推廣應(yīng)用于其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和我國下一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，應(yīng)用前景廣闊。