一種衛星導航幹擾抑制算法的製作方法

2023-08-06 13:52:26 1

本發明屬於衛星導航抗幹擾領域，是一種對壓制式衛星導航幹擾信號實現抑制的算法。

背景技術：

在衛星導航抗幹擾天線系統的信號處理過程中，幹擾抑制算法是整個數位訊號處理中核心的部分。幹擾抑制算法可以分為自適應調零類算法和最優數字多波束類算法兩大類。

自適應調零類算法的典型代表為功率倒置(Power Inversion，PI)算法，該算法不需要衛星方位信息等先驗信息，零陷深度隨幹擾功率的強度自動調節，對於強幹擾信號有較好的抑制效果，因而在衛星導航抗幹擾領域的工程應用中得到了廣泛地使用。但是，其缺點是對於弱幹擾信號的抑制效果較差，使得其在弱幹擾環境或同時存在強幹擾和弱幹擾的環境中的應用受到限制。

最優數字多波束算法採用數字復用技術，同時在視野空間內形成多個最優數字接收波束。典型的最優數字波束為最小方差無失真響應響應(Minimum Variance Distorted Response，MVDR)波束。每個最優數字波束的主瓣指向一顆導航衛星，同時自適應地在幹擾方向形成零陷。最優數字多波束算法在對幹擾抑制的同時可以提升系統輸出信號的信噪比。但是該算法需要衛星方位、陣列姿態等先驗信息輔助，算法結構複雜、計算量較大，很難在工程應用中得到廣泛使用。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種衛星導航幹擾抑制算法，採用歸一化後的接收數據協方差矩陣的噪聲子空間特徵向量作為自適應調零權向量對接收信號中的幹擾分量進行抑制，可以同時對接收信號中的弱功率幹擾信號分量和強功率幹擾進行有效地抑制，易於工程實現。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案包括以下步驟：

第一步，計算接收數據協方差矩陣Rx的估計值其中，x(n)為由M個陣元的陣列天線在n時刻接收到的中頻數字複數信號向量，維數為M×1，M≥2；的維數大小為M×M；上標H為共軛轉置運算符；N為計算接收數據協方差矩陣的估計值需要的信號快拍數，N≥4M；

第二步，對接收數據協方差矩陣的估計值採用Jacobi算法進行特徵分解運算，獲得特徵值λm和相應的特徵向量qm，m＝1,2,…,M；

第三步：將最小特徵值λmin作求倒數運算並與其對應的特徵向量相乘得到未歸一化的權向量的維數大小為M×1；

第四步，對權向量進行歸一化處理，得到歸一化的權向量其中，為權向量的第一個元素；

第五步，採用權向量wopt對第一步中接收到的中頻數字複數信號x(n)進行加權疊加處理，幹擾抑制後的輸出信號

本發明的有益效果是：採用本發明得到的權向量wopt省去對應於幹擾特徵向量的權分量，使得加權後輸出的信號功率中只包含噪聲信號分量，可以同時對強幹擾信號和弱幹擾信號進行有效地抑制。

附圖說明

圖1是本發明的算法流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限於下述實施例。

本發明算法實現步驟如下：

第一步：計算接收數據協方差矩陣Rx的估計值計算表達式如下：

其中，x(n)為由M(M≥2)個陣元的陣列天線在n時刻接收到的中頻數字複數信號向量，維數為M×1；的維數大小為M×M；上標H為共軛轉置運算符；N為計算接收數據協方差矩陣的估計值需要的信號快拍數，需滿足N≥4M。

第二步：對接收數據協方差矩陣的估計值進行特徵分解運算，特徵分解採用Jacobi算法實現，獲得特徵值λm(m＝1,2,…,M)和相應的特徵向量qm(m＝1,2,…,M)。

第三步：將最小特徵值λmin作求倒數運算並與其對應的特徵向量相乘得到未歸一化的權向量

的維數大小為M×1。

第四步：對第三步中得到的未歸一化的權向量進行歸一化處理，得到歸一化的權向量wopt，計算過程如下式所示：

其中，為權向量的第一個元素。

第五步：採用第四步中計算得到的權向量wopt對第一步中接收到的中頻數字複數信號x(n)進行加權疊加處理，計算過程如下式所示：

其中，上標H為共軛轉置運算符，y為幹擾抑制後的輸出信號。

對於功率倒置算法，其權向量計算如下：

其中，wPI為功率倒置算法計算得到的權向量，維數大小為M×1；為收數據協方差矩陣估計值的逆矩陣，維數大小為M×M；a0＝[1,0,…,0]T為約束向量，維數大小為M×1；K為幹擾源數目，且K＜M；δ2為系統噪聲功率；wjam和wnoise分為幹擾信號和噪聲信號兩部分分別對應的權向量，維數大小為M×1。

當外界存在強幹擾信號時(幹擾信號的功率遠大於噪聲信號功率)，幹擾信號對用的特徵值將遠大於噪聲信號對應的特徵值，即

由式(6)可知，隨著幹擾功率的增大，最優權值中對應於幹擾特徵向量的權分量將越來越小。因此，功率倒置法可以在強幹擾方向上形成較深的零陷，抗幹擾能力較強。反之，若干擾信號的功率較小(略大於噪聲信號)時，最優權值中對應於幹擾特徵向量的權分量(式(5)中第二個等號右側第一項)將略小於對應於噪聲特徵分量的權向量(式(5)中第二個等號右側第二項)，形成的零陷變淺，抗幹擾能力較差。而採用本發明得到的權向量wopt省去對應於幹擾特徵向量的權分量，使得加權後輸出的信號功率中只包含噪聲信號分量，可以同時對強幹擾信號和弱幹擾信號進行有效地抑制。

本發明適用於GPS、BDS和GLONASS衛星導航系統幹擾抑制處理。以4單元BD2-B3頻點抗幹擾天線抗兩個寬帶幹擾為例闡述本發明的具體實施方式。

步驟1：計算4元陣列接收數據協方差矩陣的估計值數據採樣快拍數N＝256，計算得到的是維數為4×4的Hermit矩陣，計算過程如下：

步驟2：採用Jacobi算法對接收數據協方差矩陣的估計值進行特徵分解運算，獲得特徵值λm(m＝1,2,…,4)和相應的特徵向量qm(m＝1,2,…,4)。

步驟3：將步驟2計算得到的最小特徵值λmin作求倒數運算並與其對應的特徵向量相乘得到未歸一化的權向量計算過程如下：

步驟4：對步驟3中得到的未歸一化的權向量進行歸一化處理，得到歸一化的權向量wopt，計算過程如式(3)所示。

步驟5：採用步驟4中計算得到的權向量wopt對第一步中接收到的中頻數字複數信號x(n)進行加權疊加處理並輸出，計算過程如式(4)所示。

至此，完成對4單元BD2-B3頻點接收信號的幹擾抑制處理。