GNSS信号的线性调频干扰抑制方法

doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2025.07.26

系统工程与电子技术 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (7): 2339-2348.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2025.07.26

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GNSS信号的线性调频干扰抑制方法

巴晓辉¹^,²^,³, 温雯霏¹^,*, 蔡伯根¹^,²^,³, 王剑¹^,²^,³, 姜维¹^,²^,³, 柴琳果¹^,²^,³

1. 北京交通大学自动化与智能学院, 北京 100044
2. 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室, 北京 100044
3. 北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心, 北京 100044

收稿日期:2024-04-12 出版日期:2025-07-16 发布日期:2025-07-22
通讯作者: 温雯霏
作者简介:巴晓辉(1980—), 男, 教授, 博士, 主要研究方向为卫星导航
温雯霏(1999—), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为卫星导航
蔡伯根(1966—), 男, 教授, 博士, 主要研究方向为卫星定位导航、列车运行控制
王剑(1978—), 男, 教授, 博士, 主要研究方向为卫星导航、组合导航、列车运行控制
姜维(1988—), 男, 教授, 博士, 主要研究方向为卫星导航、多源信息融合、室内外无缝定位
柴琳果(1988—), 男, 副教授, 博士, 主要研究方向为卫星导航、智能交通
基金资助:
国家自然科学基金联合基金(U2468202);国家自然科学基金联合基金(U2268206);国家自然科学基金重大仪器(62027809);国家自然科学基金(T2422002);北京市自然科学基金-丰台轨道交通前沿研究联合基金(L211004);北京交通大学人才基金(2022XKRC003)

Linear frequency modulation interference suppression method for GNSS signal

Xiaohui BA¹^,²^,³, Wenfei WEN¹^,*, Baigen CAI¹^,²^,³, Jian WANG¹^,²^,³, Wei JIANG¹^,²^,³, Linguo CHAI¹^,²^,³

1. School of Automation and Intelligence, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
2. State Key Laboratory of Rail Traffic Control and Safety, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
3. Beijing Engineering Research Center of EMC and GNSS Technology for Rail Transportation, Beijing 100044, China

Received:2024-04-12 Online:2025-07-16 Published:2025-07-22
Contact: Wenfei WEN

摘要/Abstract

摘要：

针对全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)信号易受射频干扰影响的问题, 提出一种线性调频(linear frequency modulation, LFM)干扰抑制方法。首先, 提出一种四阶时域自相关方法估计LFM信号参数。其次, 设计应用于单天线GNSS接收机的LFM干扰抑制模块, 利用LFM信号的参数估计结果将干扰信号的能量在频域上聚集, 采用可配置二阶陷波器滤除干扰信号。最后, 通过仿真实验验证LFM信号的参数估计效果和干扰抑制结果。实验结果表明, 在干信比达到80 dB时, 干扰抑制后的卫星信号跟踪载噪比损失值为3.5 dB·Hz。所提方法可以有效抑制LFM干扰, 保障GNSS接收机应对强LFM干扰条件下的干扰抑制性能。

关键词: 线性调频信号, 全球导航卫星系统干扰抑制, 干扰参数估计, 全球导航卫星系统接收机

Abstract:

To address the issue of global navigation satellite system (GNSS) signal being susceptible to radio frequency interference, a linear frequency modulation (LFM) interference suppression method is proposed. Firstly, a fourth-order time-domain autocorrelation method to estimate the parameters of LFM signal is introduced. Secondly, an LFM interference suppression module for single-antenna GNSS receivers is designed. It utilizes the estimated LFM signal parameters to concentrate the energy of interference signals in the frequency domain and employs a configurable second-order notch filter to remove the interference. Finally, simulation experiments validate the effectiveness of the LFM signal parameter estimation and the interference suppression result. The experimental results demonstrate that when the jamming-to-signal ratio reaches 80 dB, the tracking carrier-to-noise ratio loss of satellite signals after interference suppression is 3.5 dB·Hz. The proposed method effectively suppresses LFM interference, ensuring the interference suppression performance of GNSS receivers against strong LFM interference.

Key words: linear frequency modulation (LFM) signal, global navigation satellite system (GNSS) interference suppression, interference parameter estimation, GNSS receiver

中图分类号:

TN973.3

巴晓辉, 温雯霏, 蔡伯根, 王剑, 姜维, 柴琳果. GNSS信号的线性调频干扰抑制方法[J]. 系统工程与电子技术, 2025, 47(7): 2339-2348.

Xiaohui BA, Wenfei WEN, Baigen CAI, Jian WANG, Wei JIANG, Linguo CHAI. Linear frequency modulation interference suppression method for GNSS signal[J]. Systems Engineering and Electronics, 2025, 47(7): 2339-2348.

图/表 10

图1

图2

表1

表2

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表3

表4

参考文献 34

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参数	数值
采样率f_s/MHz	32.768
中频f_IF/MHz	7.161
卫星导航信号载噪CN₀/(dB·Hz)	44(对应-130 dBm)
量化比特数/bit	16
起始频率f₀/MHz	7.058 7
调频率k/(Hz/s)	2.046×10⁸
LFM周期T/ms	1

类别	参数	平均误差(×10^-6)/s
类别	参数	20	25	30	35
周期估计样本	平均误差(×10^-6)/s	5.40	6.30	6.84	6.84
周期估计样本	标准差(×10^-6)	3.37	2.26	0	0
调频率估计样本	平均误差/ (MHz/s)	0.4	0.4	0.4	0.4
调频率估计样本	标准差	0	0	0	0
初始频率估计样本	平均误差/ Hz	195.22	194.85	194.19	194.07
初始频率估计样本	标准差	10.94	6.55	3.96	2.53

类别	文献[7]	文献[8]	本文
特点	基于检测概率设置FRFT域的干扰门限	基于Radon-Wigner变换的LFM干扰抑制方法	基于时域自相关方法估计LFM干扰信号的参数
性能	干扰抑制后, 干噪比为2 dB时, 输出信噪比相较于干噪比为-8 dB时下降2 dB	在复杂干扰场景下, GPS L1频段C/A信号的码相位延迟和多普勒频移可以正常恢复	在JSR达到80 dB时, 卫星信号的跟踪载噪比损失值仅为3.5 dB·Hz
优点	在FRFT域的最优变换阶数下, LFM干扰的能量集中, 而有用信号平坦分布, 利于滤除干扰	通过Radon-Wigner变换估计LFM信号的参数, 可以解决时频分析技术中的交叉项问题	设计针对不同强度等级的LFM干扰信号的参数估计方法, 初始频率估计精度较高
缺点	需要搜索最优阶数, 搜索范围和搜索步长难以确定, 计算量较大	初始频率估计精度较低, 且只验证了干噪比为10 dB条件下的干扰抑制效果	四阶时域自相关方法不适用于低JSR条件

参数	实验组别
参数	1	2	3	4
调频率误差/(kHz/s)	2.52	25.2	2.52	25.2
初始频率误差/Hz	1.34	1.34	13.4	13.4
卫星信号跟踪载噪比/(dB·Hz)	38.42	38.38	38.30	38.24

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Linear frequency modulation interference suppression method for GNSS signal

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