子空間投影的導航幹擾抑制與信號增強方法
2023-08-06 13:13:16
專利名稱：子空間投影的導航幹擾抑制與信號增強方法
技術領域：
本發明屬於信號處理技術領域，涉及陣列信號處理技術，可以用於導航接收機強幹擾抑制和弱信號增強，提高導航接收機輸出性能，實測數據驗證了方法的有效性。
背景技術：
衛星導航定位系統可全天候、全天時提供位置、速度以及時間等信息，在民用和國防領域有著廣闊的應用需求。但是，由於電磁環境日益惡劣並且到達接收機的導航信號非常微弱，使得導航接收機對幹擾極其敏感，這種對幹擾敏感的特性嚴重影響導航接收機的輸出性能，因此在幹擾背景下提高導航接收機的輸出性能是十分重要的。傳統的抗幹擾算法如採樣協方差矩陣求逆SMI (Sample Matrix hverse)方法、最小均方誤差LMS (Least Mean Square)迭代方法在理想條件下具有良好的抗幹擾性能，但在實際中由於存在系統誤差，如陣列方向圖不一致、多通道幅相誤差、指向誤差以及訓練樣本數少等，導致常規抗幹擾方法輸出性能不佳甚至失效。還有一種比較通用的抗幹擾算法是功率倒置PI (Power Inverse)算法，幹擾功率越強，抑制效果越好，因此可以有效的抑制強幹擾，但是該算法對幹擾抑制的同時，對導航信號沒有增強效果，甚至有可能將其削弱，無法獲得信號的空間增益。還有採用自適應調零天線進行抗幹擾的技術，該方法也能通過調節陣列指向，在幹擾處形成零陷實現幹擾抑制，但也存在著無法獲得信號空間增益的問題。通過陣列優化布陣結合上述抗幹擾算法的研究也是抗幹擾技術的一個方面，但實際系統中考慮到系統複雜度，一般陣元數有限的情況下陣列優化布陣也就受到限制，主要還是通過傳統抗幹擾技術實現幹擾抑制，而這些幹擾技術往往無法獲得導航信號空間增
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發明內容
本發明的目的在於克服上述已有技術的不足，提出了一種子空間投影的導航幹擾抑制與信號增強方法，以在有系統誤差和強幹擾的情況下，實現幹擾穩健抑制和導航衛星信號空間增益的獲得，以便於後續導航電文的準確提取。為實現上述目的，本發明方法包括如下步驟(1)對陣列接收數據x(t)進行子空間投影，得到抑制幹擾後的數據X1 (t)；(2)利用導航信號自相關特性，尋找X1 (t)中視野內衛星的最優自相關矢量，利用該相關矢量對數據X1 (t)進行波束形成，獲得該衛星信號空間增益(2. 1)設置外循環變量P = 1，P表示衛星序號；(2. 2)產生本地第ρ顆衛星aiis的C/A碼序列作為本地參考信號，並設都卜勒頻率為fd(q) = [-5+(q-l) X05]KHz,其中⑴上標ref表示該信號為本地參考信號，q為內循環變量，表示衛星信號都卜勒頻率序號，初始化q = 1，都卜勒頻率fd從-5KHz變化到5KHz，以0. 5KHz為步長；
(2. 3)將步驟(1)中產生的數據X1 (t)做頻移後與步驟02)產生的⑴做相關運算，記錄相關結果中最大峰值矢量和次大峰值矢量至矩陣Zf的第q列和矩陣Z〖的第q列
權利要求
1.一種導航信號子空間幹擾抑制與信號增強方法，包括如下步驟(1)對陣列接收數據x(t)進行子空間投影，得到抑制幹擾後的數據X1(t)；(2)利用導航信號自相關特性，尋找X1(t)中視野內衛星的最優自相關矢量，利用該相關矢量對數據X1 (t)進行波束形成，獲得該衛星信號空間增益(2. 1)設置外循環變量ρ = 1，ρ表示衛星序號；(2. 2)產生本地第ρ顆衛星2ms的C/A碼序列作為本地參考信號，並設都卜勒頻率為fd(q) = [-5+(q-l) X0. 5]KHz,其中⑴上標ref表示該信號為本地參考信號，q為內循環變量，表示衛星信號都卜勒頻率序號，初始化q = 1，都卜勒頻率fd從-5KHz變化到5KHz，以0. 5KHz為步長；(2. 3)將步驟(1)中產生的數據X1 (t)做頻移後與步驟(2. 2)產生的⑴做相關運算， 記錄相關結果中最大峰值矢量和次大峰值矢量至矩陣Zf的第q列和矩陣Z丨的第q列ZfC譯^刺…圳綱+似卞隱小；^)],!}，Zp2 (:,q) = peak ([X1 (t)e]2,l(Mq)+fo)t ] * conj[_srf (0], 2)，其中\(作"24(表示將X1 (t)各行數據乘以fd(q)加上中頻fQ = 7. 5MHz的復單音信號實現頻移，*表示相關運算，conj表示取共軛，peak{ ·，k}表示取第k高峰值矢量， Zf (:,妁和Ζ〖(:,妁分別表示最大峰值矩陣Zf的第q列和次大峰值矩陣Z丨的第q列；(2.4)更新內循環變量q= q+l，當q彡21時，返回步驟O. 3)，否則執行步驟(2.5)；(2.5)在步驟(2.3)中得到的矩陣Zf的第1行中尋找最大值的列標q(l，計算衛星ρ在都卜勒頻率點％處的相關峰主副比矢量rp 其中./表示對應元素相除，孔=ai"gmax(Zf (1^)，表示取矩陣ζ〃的第1行中最大值的9liI列標；(2. 6)根據步驟(2. 5)得到的相關峰主副比矢量rp判斷是否需要對第ρ顆衛星進行信號增強，如果rp中所有元素都大於設定門限Th說明視野中存在衛星p，需要對其增強，執行步驟(2. 7)，否則跳至步驟(2.8)；(2.7)由步驟0.5)中的列標Citl得到第ρ顆衛星的歸一化最佳相關峰矢量Iv用、對步驟(1)中得到的幹擾抑制後數據X1 (t)進行波束形成，獲得第ρ顆衛星的空間增益y 力) = 1) ⑴，其中、=Zf(:,%)/Zf(l,%)，它表示第P顆衛星的歸一化最佳相關峰矢量， 表示通道1在Citl頻率點處的相關峰值，上標H表示對矢量取共軛轉置；(2.8)更新循環變量ρ= p+l，如果ρ彡32，返回步驟(2. 2)，否則結束。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(1)所述的對陣列接收數據x(t)進行子空間投影，按如下步驟進行(1. 1)利用M個陣元組成的陣列天線接收導航數據，得到t時刻一批包含L顆衛星信號和J個幹擾的陣列接收數據x(t)
全文摘要
本發明公開了一種子空間投影的導航幹擾抑制與信號增強方法，主要解決現有方法抗幹擾輸出性能不佳甚至失效，且無法獲得空間增益的問題。其實現過程為(1)對陣列接收數據估計協方差矩陣，進行特徵分解；(2)估計幹擾個數，利用特徵向量構造幹擾正交補空間；(3)將陣列接收數據向幹擾正交補空間投影；(4)設置衛星序號p為循環變量；(5)將抗幹擾後數據頻移，與本地第p顆衛星信號做相關運算，記錄相關峰及相關峰主副比；(6)對相關峰主副比大於門限的衛星，用相關峰矢量作波束形成，增強衛星p的強度。本方法能穩健抑制幹擾，對衛星信號增強效果顯著，輸出信號可獲得接近理論值的空間增益，可用於導航衛星的幹擾抑制及信號增強。
文檔編號G01S19/21GK102393525SQ20111033497
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月28日 優先權日2011年10月28日
發明者何學輝, 廖桂生, 張學攀, 曾操, 段斌, 陶海紅, 魏海剛 申請人:西安電子科技大學