全球导航卫星系统(GNSS)接收机抗干扰技术是针对接收机在特定环境中接收到的信号极微弱,易受干扰的问题,尤其是当接收机应用于军事作战等高干扰强度的环境时,抗干扰性能对于接收机的正常工作至关重要。由于信号强度微弱,信号可能完全被环境噪声覆盖,这就要求接收机具备强大的抗干扰能力。
文章提出的抗干扰方案是频域-空域联合抗干扰技术,其基本原理可以分为频域抗干扰技术和空域抗干扰技术。频域抗干扰技术主要是针对窄带干扰信号,利用数字信号处理技术对卫星接收信号的频谱进行分析,将接收机接收到的卫星信号频谱与噪声进行对比,由于GNSS信号功率通常比噪声低,所以理论上频谱是平坦的。但在存在窄带干扰信号的情况下,相应的频谱幅度会突出,从而可以检测出干扰信号的频点。在频域抗干扰过程中,采用的是频域滤波的方式来抑制干扰,一般使用IFFT(反快速傅里叶变换)技术。
空域抗干扰技术主要针对宽带干扰信号。频域抗干扰技术在面对宽带干扰时效果不佳,所以可以使用空间滤波器来抑制干扰信号。在数字信号处理中,通过使用横向滤波器对离散时间信号进行滤波处理,可以抑制宽带干扰信号。
在具体实现时,文章还提出了基于FPGA(现场可编程门阵列)的实现方法。FPGA具有灵活的可编程性,适用于复杂的数字信号处理,且具备并行处理能力,适合于实现抗干扰算法。文中使用了Verilog语言在FPGA上实现了提出的频域-空域联合抗干扰算法,这项技术方案经仿真验证,其性能优于单纯的频域抗干扰算法和空域抗干扰算法。
以上内容表明,FPGA在GNSS接收机的抗干扰设计中扮演了至关重要的角色,不仅提供了强大的数字信号处理能力,而且还可以根据需要进行现场编程,以应对不同类型的干扰。FPGA技术的引入,使得接收机在高干扰环境下的性能得到了显著提升,对于卫星导航系统性能的稳定性和可靠性有着重要意义。
值得注意的是,该研究在设计FPGA实现方案时,必须充分考虑FPGA的资源利用率,尽可能优化算法以减少所需的逻辑单元数、寄存器数量和存储资源。同时,考虑到FPGA的功耗和速度限制,设计过程中需要对信号处理流程进行合理的时序安排和资源分配,确保在满足实时性要求的同时,也能保证系统的稳定运行。此外,抗干扰算法的性能验证也是不可或缺的部分,需要通过硬件仿真和实际环境测试来确保算法能够有效对抗各类干扰。
整体而言,基于FPGA的GNSS接收机抗干扰设计涉及到数字信号处理、FPGA编程与优化、信号分析、滤波算法等多个专业领域的知识,是卫星导航技术中的一个高难度且前沿的研究方向。