基于共轭梯度的北斗导航抗干扰算法及FPGA实现

杨利霞

基于共轭梯度的北斗导航抗干扰算法及FPGA实现

4 K- i: W# n2 X( p! _北斗导航信号到达用户接收机时相当微弱，极易受到有意或无意的干扰，恶化定位误差。以
功率倒置 (Power Inversion，PI) 算法为代表的盲干扰消除技术通过优化设计天线阵权值，可以在未知
; x: s9 W* f* n" D; c' [4 I1 L0 S干扰先验信息的条件下实现对干扰的有效抑制，提升系统的输出信干噪比 (Signal to Interference plus
7 A/ E& U( N) t7 M/ g  Q2 X" p( E% uNoise Ratio, SINR) 。以抗干扰性能和实现复杂度为目标，提出了基于System Generator的PI算法实现结
构，高效进行数字系统的开发，并探索现场可编程门阵列 (Field Programmable Gate Array, FPGA) 的
并行处理性能，通过基于最小均方误差 (Minimum Mean Square Error, MMSE) 准则的直接求逆算法、
$ v- T, H) N, U) E6 H* z7 t最陡下降算法、以及共轭梯度 (Conjugate Gradient, CG) 算法，实现了PI算法的FPGA北斗导航抗干扰
& U/ e5 s' K8 U系统。通过仿真阵元间距为半波长的四阵元线阵和面阵，给出了仿真结果。并通过系统的对天测试，
给出了实测数据，从而说明了共轭梯度法的优点和适用场景。结果表明：相比于最陡下降法，共轭梯
度算法可以在不大于阵元数量的迭代次数下快速收敛到与直接求逆算法几乎相同的干扰压制效果。
FPGA实测中，在62 MHz时钟频率，3000快拍条件下权重更新时间小于48 us。针对单个和三个20 MHz
0 Y$ L4 }* `( p& r5 A. W1 F2 Q% p宽带干扰，分别可以达到80 dB和65 dB左右的抗干扰性能。

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