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题目:GNSS干扰监测与处理的FPGA实现

关键词:支持向量机;FPGA;干扰监测;抗干扰

  摘要

卫星导航系统是现代军民领域的基础设施,在国民生活中扮演了十分重要的角色,但是导航信号本身的脆弱性导致其易受干扰,因此研究卫星导航抗干扰技术对于保障其在复杂电磁环境下稳定可靠地工作是至关重要的。
目前有空域、时域、空时等不同的抗干扰算法,不同算法的适用范围和对象都具有一定的针对性,不存在某一算法对所有类型的干扰都有效抑制。因此实现对干扰的参数进行监测,为抗干扰算法的适配提供依据是提高抗干扰性能的一项重要手段。
本文围绕卫星导航抗干扰问题研究了干扰监测与干扰消除两方面内容,具体的研究成果如下:
(1) 卫星导航信号干扰监测技术研究
对现有卫星导航信号干扰监测技术现状分析基础上,提出了卫星导航信号驱动的干扰监测技术,此种技术不需要信号在干扰环境下的模型,避免了导航信号存在环境复杂,难以精确建模的问题。
首先将卫星导航信号干扰监测问题建模为数据分类问题,并根据信号的特点以及现有数据分类算法的现状,选取支持向量机(Support Vector Machine, SVM)技术作为数据分类方法。
由于导航信号存在环境的复杂性,以及采集设备的影响,使得采集的数据不可避免地存在随机噪声,造成监测结果的不确定性。为解决这个问题,本文建立了鲁棒性的SVM模型,并且对模型进行了求解,降低了随机噪声引起的不确定性。
导航信号存在的环境是时变的,特别是在复杂战场环境中,因此要求干扰监测具有实时性。本文研究了双关联支持向量机,提高了SVM的训练速度,从而使得干扰监测速度提高了4倍以上。
为了进一步提高干扰监测的速度,本文将SVM在FPGA中实现,利用硬件实现的方式提高SVM训练速度,以满足干扰监测的实时性要求。
(2) 抗干扰技术研究
在本文中抗干扰技术的研究主要集中在以功率反演算法(Power Invertion, PI)为例,对抗干扰硬件平台进行的设计和方案测试。首先对PI算法进行了Matlab仿真,对其性能以及适应性进行了分析,同时也为FPGA实现的验证提供了对比数据。并在FPGA+DSP以及FPGA+CPU两个硬件平台上实现了PI算法。最后对硬件平台的抗干扰性能进行了测试,测试结果表明抗干扰平台方案可行,硬件平台可靠,并且也验证了PI对于单频干扰和窄带干扰具有很好的抑制作用,而对于宽带干扰则抑制效果不理想。
总之本文建立了一套卫星导航干扰监测以及消除的FPGA平台,此平台可以实现对干扰的类型以及强度的判别,并可以抗3个以下的单频和窄带干扰信号。