| 标题 | 卫星导航的应用 |
| 范文 | 赵宇昕 摘 要：卫星导航系统的应用是人类导航技术发展的一次飞跃。然而随着其快速发展，其易受干扰的问题也越来越突出。本章首先介绍了卫星导航系统抗干扰的研究背景与意义；综述了国内外抗干扰技术的研究现状以及抗干扰系统的未来发展趋势。 关键词：卫星导航 随着现代科技的飞速发展，卫星导航作为一种全新的无线电导航方式，在军事领域应用越来越广泛，然而卫星导航系统信号弱、易受干扰的问题也越来越突出，因此迫切需要研究具有抗干扰能力的卫星导航接收系统。国内外卫星导航抗干扰技术的研究现状，分析和讨论了不同实现方式的优缺点。针对卫星导航信号特点，在总结GPS信号结构和频率特性的基础上，分析了干扰对GPS接收系统的影响；提出了一种基于软件无线电技术的GPS抗干扰接收系统，并分析了系统所需的灵敏度、噪声系数、动态范围，仿真了射频模块的频率选择性、增益预算、噪声系数预算，选择了适合本系统的射频系统结构；分析了信号处理模块中A/D转换位数、采样频率与系统性能的关系，仿真并分析了信号处理模块中量化位数对系统抗干扰性能的影响，分析了系统电磁兼容中的干扰源和敏感源。在理论分析与仿真的基础上，设计了小型化的微带GPS天线阵；设计了射频模块，其中包括低噪声放大器、混频器、中频放大器和自动增益放大器、频率综合器；设计了高性能的信号处理模块，并对其进行了两代小型化和低功耗改进设计；实现了抗干扰算法的硬件程序；后设计实现了电磁兼容的GPS抗干扰接收系统，并对系统的进行了测试。针对多模式卫星导航的发展趋势，本文总结并分析了各种模式的卫星导航系统信号特点和频率特性，提出了两种多模抗干扰接收系统的结构，设计了GPS/GLONASS抗干扰信号处理子模块和可用于多模式卫星导航抗干扰接收系统的多路输出DDS频率源。对多模式卫星导航抗干扰系统中关键器件之一的双频/多频功分器进行了研究与设计。针对双频功分器，提出了小型化双频双路微带平面功分器结构、小型化的双频三路微带平面功分器结构、基于双模谐振器的双频双路微带平面功分器结构，采用奇偶模分析了设计的结构，推导得到了参数设计方程，为验证设计有效性，仿真并实测了多款双频功分器；针对多频功分器，提出了一种耦合式三频双 路微带平面功分器结构、三频三路微带平面功分器结构，给出了参数设计方程，加工了实物，仿真与实测结果吻合较好，所设计的功分器达到了较好的性能。 人类的导航从初的政治、经济、军事活动出现后便伴随人类进步而不断发展。从早以石头、树、山脉作为参照物，渐渐发展到天文观测法，通过天上的太阳、月亮和星星来判断位置，而我国四大发明之一指南针的出现，开创人类导航领域新里程，从此人们可以远涉重洋。无论丝绸之路还是哥伦布发现美洲大陆，离开了导航简直是无法想象的。 几千年来，人类一直为开发各种巧妙导航方法或装置使自己能准确到达遥远的目的地而努力。随着无线电技术的出现，无线电导航随之发明，使导航系统成为航行中真正可依赖工具，这标志着近代导航史的开端。 20世纪20年代，无线电信标——第一个无线电导航系统问世，开创了航空和海洋导航的新篇章。第二次世界大战爆发后，无线电导航技术迅速发展，涌现出各种导航系统，如仪表着陆系统、微波着陆系统、伏尔/测距器、罗兰C、奥米伽、塔康和台卡等陆基无线电导航系统。但这一类导航系统普遍存在信号覆盖区域有限、技术落后、定位精度低等不足等缺点。1963年12月，第一颗导航卫星的入轨运行，开创了陆海空卫星无线电导航的新时代。1994年4月，美国宣布GPS全面建成达到初始运行能力，1996年1月，俄罗斯的GLONASS达到满星运行，它们的应用使无线电导航产生了一场技术革命，也标志着卫星导航时代真正到来。 卫星导航系统是一种全新的星基无线电导航系统，它不仅具有全球性、全天候和连续的紧密三维定位能力，而且能实时地对军民各种运动载体的速度、姿态进行精确测定以及精确授时。在民用方面，广泛应用于海洋、陆地和空中运输的导航。如今卫星导航已渗透国民经济各部门。在军事应用方面，卫星导航同样得到了全方位应用，从根本上解决了空中、陆地和海上各种军事运载体、武器的定位和导航问题。GPS在海湾战争、美国对伊拉克实施”沙漠之狐”行动、以美国为首的北约对南联盟的战争中都发挥了极其重要的作用。可见卫星导航系统已成为重要的军事民用基础设施，谁掌握这种技术和能力，谁就在军事、外交和经济领域拥有主动权，这也引起了所有大国的关注和重视。 GNSS（Global Navigation Satellite System）泛指全球导航卫星系统，它包 含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO、我国的北斗（COMPASS）等系统。到目前为止，只有美国的GPS和俄罗斯的GLONASS具有全球定位导航的能力，其中GPS技术较为领先，占有市场大部分份额，GLONASS因卫星寿命过短以及俄罗斯经济原因，尚不能保证星座完整性，随着补星，其后可能满星座运行。欧洲的GALILEO系统正处于部署星座阶段。我国的北斗系统第一代已经建成，目前正处于第二代星座的部署阶段，届时我国将成为继美国俄罗斯之后第三个拥有全球卫星导航系统的国家。卫星导航系统作为一个功能强大的军事传感系统，已成为天战、电子战、远程作战、导弹战、信息战的重要武器，并且敌我双方对控制导航作战权的斗争将发展成为导航战。卫星导航在军事领域应用广泛，但作为军事战术应用，有一个明显的缺点，那就是到达地面的信号弱、容易受到干扰。特别是敌方施加有意干扰时，普通卫星接收机将完全失锁而无法接收导航定位信号，这对于军事设备来说是致命的。例如，GPS信号在众所周知的频率上发射，发射功率不大，信噪比低，导航卫星又在离地面两万公里之遥，信号到达地面已十分微弱，非常容易受到干扰或欺骗。一个很常用的例子是GPS的L1信号到达地面信号小功率电平-160dBW，其信号强度仅相当于16000km外一个25W的灯泡发出的光，比电视天线所接收到的功率低10亿倍，即便是无意发射的信号也可能干扰接收机。 卫星导航接收系统在复杂干扰环境中抗干扰能力的强弱已成為其发挥作用的关键，因此，深入研究卫星导航信号受干扰的机理，提出卫星导航抗干扰的方法，研究实用的卫星导航抗干扰接收系统，具有非常重要的军事意义和现实意义，对我国的卫星导航系统的发展也有重要的理论意义和应用价值。 |
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