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eLoran干扰误差模型及抗干扰接收方法的深度剖析与实践探索

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代导航定位领域，随着科技的飞速发展和人们对定位精度要求的不断提高，各类导航系统发挥着至关重要的作用。增强型罗兰（eLoran）系统作为一种陆基无线电导航系统，在全球定位系统（GPS）等卫星导航系统面临诸多挑战的情况下，其重要性日益凸显。

eLoran系统是在传统LORAN-C系统基础上发展而来，结合了最新的数据通信技术、接收机技术、天线技术和发射机系统，具备独特的数据通道，可发射校正、告警和信号完整性等信息，能在卫星服务中断或者没有GNSS信号的地区为用户提供定位和高精度授时，被视为卫星导航系统的关键备份。在航空非精密仪器进场，海港进出港、陆地移动车辆导航、定位和精确授时等领域，eLoran系统都有着广泛的应用。

然而，eLoran系统在实际运行过程中，不可避免地会受到各种干扰的影响。这些干扰会严重影响eLoran信号到达时间（TOA）测量精度和到达时差（TD）的测量精度，进而导致定时和定位精度恶化。干扰信号的存在会使eLoran信号的接收变得复杂，增加了信号处理的难度，降低了系统的可靠性和稳定性。从干扰类型来看，主要包括噪声干扰和连续波干扰等。噪声干扰是一种常见的干扰形式，它会使信号淹没在噪声之中，导致信号的信噪比降低，从而影响信号的检测和测量。连续波干扰则会对信号的相位跟踪准确性产生严重影响，使得信号的处理和分析变得更加困难。在实际应用场景中，如城市环境中，大量的电子设备和通信系统会产生各种电磁干扰，这些干扰会对eLoran信号造成严重的影响，导致定位精度下降，甚至无法正常工作；在海洋环境中，由于存在各种自然干扰源，如海浪、雷电等，以及船舶上的电子设备产生的干扰，eLoran系统也面临着严峻的挑战。

研究eLoran干扰误差模型具有重要的理论意义。通过建立准确的干扰误差模型，可以深入了解干扰对eLoran信号的影响机理，为后续的抗干扰研究提供坚实的理论基础。在实际应用中，能够根据干扰误差模型，对干扰进行定量分析，从而更加准确地评估eLoran系统的性能，为系统的优化和改进提供科学依据。同时，这也有助于推动导航定位理论的发展，丰富和完善相关的学术体系。

研究抗干扰接收方法具有重要的现实意义。随着电磁环境的日益复杂，干扰对eLoran系统的影响越来越严重，因此，寻求有效的抗干扰接收方法迫在眉睫。有效的抗干扰接收方法能够提高eLoran系统的抗干扰能力，增强系统的可靠性和稳定性，使其在复杂的电磁环境中能够正常工作，为用户提供准确的定位和授时服务。在军事领域，eLoran系统作为卫星导航系统的备份，其抗干扰能力的提升对于保障军事行动的顺利进行具有重要意义；在民用领域，如航空、航海、交通等行业，准确的导航定位服务对于保障人民生命财产安全、提高生产效率等方面都起着关键作用。

1.2国内外研究现状

随着对卫星导航信号脆弱性认识的加深，eLoran作为卫星导航系统的备份和补充，受到了广泛关注，国内外学者在eLoran干扰误差模型及抗干扰接收方法方面开展了大量研究。

在国外，美国一直处于eLoran研究的前沿。美国政府组织交通部（DOT）、国土安全部（DHS）对罗兰系统的政策进行评估和研究，认为罗兰C系统是GPS系统较为理想的备份系统。美国在eLoran系统建设方面投入了大量资源，对罗兰C系统进行现代化改造。按照北美增强罗兰系统的建设目标，在发射台配置高精度铯钟，装备固态发射机和新型时间频率测量和控制设备，在罗兰脉冲组中引入新脉冲并调制多种信息，同时发展接收机内DSP处理技术、多台链接收机技术以及GPS/Loran集成接收模块技术等。在干扰误差模型研究方面，有学者采用最大似然相位估计方法和矢量分解方法，分别对eLoran接收信号中噪声和连续波干扰引起的信号到达时间（TOA）测量误差进行推导，建立测量误差模型，并通过模拟接收过程实现TOA测量和对模型进行验证，结果表明在一定条件下该模型有效。在抗干扰接收方法研究上，针对点频连续波干扰（窄带干扰）严重影响接收信号相位跟踪准确性的问题，有研究对nf陷波器在罗兰系统抗窄带干扰中的原理进行研究，提出了基于带内点频干扰的频差、幅度跟踪及重构技术的wf-nf滤波算法，通过变步长设计克服信号畸变，增加频差权函数解决频差对陷波的影响，并通过自适应调节设计提高收敛速度，经实验验证该算法能够在噪声环境下同时拟合并去除多个带内点频干扰且对信号特性不造成影响。

欧洲也在积极推进eLoran相关研究。欧洲改造的基本思想是以罗兰C信号作为差分GPS改正值和完善性信息的载体，用脉冲时间移位调制（脉位调制