基於解重擴技術的多類衛星導航幹擾抑制方法
2023-05-25 10:31:36
基於解重擴技術的多類衛星導航幹擾抑制方法
【專利摘要】一種基於解重擴技術的多類衛星導航幹擾抑制方法。其是將陣列天線接收到的信號向幹擾正交補空間投影來抑制壓制性幹擾，對投影后數據計算解重擴權向量矩陣，判斷矩陣是否滿秩以識別欺騙式幹擾是否存在。若存在欺騙式幹擾，計算解重擴權向量之間相關性，識別欺騙式幹擾源個數、各欺騙式幹擾源包含的偽衛星星號及真實衛星星號。利用欺騙式幹擾的解重擴權向量構造欺騙式幹擾的正交投影矩陣，對信號進行投影抑制欺騙式幹擾後，利用真實衛星的解重擴權向量進行多波束形成，獲得信號處理增益。本發明能產生高增益的具有抗壓制性幹擾、轉髮式欺騙式幹擾和生成式欺騙式幹擾能力的多個波束，多波束形成能力不受陣元數限制，無需知道衛星信號和幹擾來向信息。
【專利說明】基於解重擴技術的多類衛星導航幹擾抑制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及衛星導航抗幹擾領域，特別是涉及一種基於解重擴技術的多類衛星導 航幹擾抑制方法。
【背景技術】
[0002] 全球衛星導航系統（GNSS)利用人造衛星發射導航信號，從而能為覆蓋範圍內的 接收機在任何時間、任何地點提供高精度的位置和時間等信息，因此衛星導航系統具有極 端重要性。由於GNSS衛星信號極其微弱，如何確保GNSS應用設施的安全性和可靠性尤為 重要，抗幹擾問題已成為全球衛星導航系統面臨的首要問題。目前，衛星導航幹擾抑制方面 的研究主要集中在壓制性幹擾的抑制。其中功率倒置法是利用壓制性幹擾功率遠大於衛星 信號功率和噪聲功率這個特點，從而在壓制性幹擾來向上形成零陷，然而由於欺騙式幹擾 的功率低於噪聲電平，因此功率倒置法無法用於欺騙式幹擾的抑制。
[0003] 現有的欺騙式幹擾抑制方法是從幹擾來向、捕獲環節、跟蹤環節、定位結果以及導 航電文等方面對欺騙式幹擾進行抑制。S.Daneshmand提出了一種基於雙天線的欺騙式幹 擾抑制技術，將兩根天線的接收信號進行互相關運算得到欺騙式幹擾的來向角，進而對欺 騙式幹擾進行抑制，但是這種方法必需已知陣列流形，對陣列流形誤差敏感，只適用於單個 轉髮式欺騙式幹擾的抑制，並且要求欺騙式幹擾的功率較高。G.B.Moon等人提出利用跟 蹤環路跟蹤所有可能的欺騙式衛星信號和真實衛星信號，然後根據跟蹤參數來區分欺騙衛 星信號和真實衛星信號。這種技術需要更多的跟蹤通道，使接收機的複雜程度和成本大大 增加。史文森提出了一種利用接收機的推算位置和接收信號的D0A估計值來抑制欺騙式 幹擾來方法，該方法需要對接收機位置進行推算，且對導航電文進行解調，計算複雜度高。 C.E.McDowell對多天線波束形成和調零技術的理論和性能進行了分析，利用GPS相關器參 數及跟蹤環路參數形成多波束來識別和抑制欺騙式幹擾，但這種技術不具備在抑制欺騙式 幹擾的同時對真實衛星信號形成多波束增益的能力。值得注意的是，這些方法在壓制性幹 擾與欺騙式幹擾共存時均不能正常工作。為了保障GNSS的安全應用，迫切需要研究能夠識 別欺騙式幹擾，然後同時抑制壓制性幹擾、轉髮式欺騙式幹擾和生成式欺騙式幹擾，並且對 陣列流形誤差和幹擾功率不敏感的多類衛星導航幹擾抑制方法，這不僅在理論研究方面有 重要的意義，而且對推進GNSS在軍事應用等領域的應用也具有重要的意義。
【發明內容】
[0004] 為了解決上述問題，本發明的目的在於提供一種不需要已知陣列流形和接收機反 饋信息，能夠抑制衛星導航系統壓制性幹擾、識別與抑制轉髮式欺騙式幹擾和生成式欺騙 式幹擾、並且能對衛星信號提供增益的基於解重擴技術的多類衛星導航幹擾抑制方法。
[0005] 為了達到上述目的，本發明提供的基於解重擴技術的多類衛星導航幹擾抑制方法 包括按順序進行的下列步驟：
[0006] (1)將陣列天線接收到的射頻信號轉化成數字中頻信號：
[0007] (2)根據陣列天線接收到的多次快拍數據，計算幹擾正交補空間，將信號向幹擾正 交補空間投影來抑制壓制性幹擾：
[0008] (3)對投影后的數據取一路計算解重擴權向量矩陣，並判斷解重擴權向量矩陣是 否滿秩，以識別欺騙式幹擾是否存在；
[0009] (4)若存在欺騙式幹擾，計算解重擴權向量之間的相關性，根據相關結果確定欺騙 式幹擾源的個數、各欺騙式幹擾源包含的偽衛星星號以及真實衛星星號；
[0010] (5)利用欺騙式幹擾的解重擴權向量構造欺騙式幹擾的正交投影矩陣，對上述接 收信號進行投影以抑制欺騙式幹擾；
[0011] (6)利用真實衛星的解重擴權向量進行多波束形成，獲得信號處理增益。
[0012] 在步驟（3)中，所述的對上述投影后的數據取一路計算解重擴權向量矩陣，並判 斷解重擴權向量矩陣是否滿秩，以識別欺騙式幹擾是否存在的方法是根據解重擴技術對 每一顆捕獲到的衛星都計算其對應的解重擴權向量，該解重擴權向量包含有信號的來向信 息，然後求解重擴權向量矩陣的秩，如果解重擴權向量矩陣滿秩，則表明衛星信號彼此之間 相互獨立，來自不同的方向，接收信號中不存在欺騙式幹擾，反之，如果解重擴權向量矩陣 不滿秩，貝 1J表明接收信號中有來自同一方向的衛星信號，存在欺騙式幹擾。
[0013] 在步驟（4)中，所述的計算解重擴權向量之間的相關性，根據相關結果確定欺騙 式幹擾源個數、各欺騙式幹擾源包含的偽衛星星號以及真實衛星星號的方法是根據解重擴 權向量間歸一化相關係數與門限的比較將衛星信號的解重擴權向量分類，若存在來自同一 方向的不同衛星信號，則這些衛星信號所對應的解重擴權向量之間的相關性很高，認為是 欺騙式幹擾，反之，認為是真實衛星信號。
[0014] 在步驟（5)中，所述的利用欺騙式幹擾的解重擴權向量構造欺騙式幹擾的正交投 影矩陣，對上述接收信號進行投影以抑制欺騙式幹擾的方法是根據欺騙式幹擾的解重擴權 向量張成的子空間與欺騙式幹擾子空間相對應，再利用正交補空間計算公式求得欺騙式幹 擾的正交投影矩陣。
[0015] 在步驟（6)中，所述的利用真實衛星的解重擴權向量進行多波束形成，獲得信號 處理增益的方法是根據真實衛星的解重擴權向量收斂於真實衛星信號的陣列流形，進一步 可以形成陣列波束指向相應的衛星來向。
[0016] 本發明提供的基於解重擴技術的多類衛星導航幹擾抑制方法能產生高增益的具 有同時抗壓制性幹擾、轉髮式欺騙式幹擾和生成式欺騙式幹擾能力的多個波束，多波束形 成能力不受陣元數限制，無需知道衛星信號和幹擾來向信息，對陣列流形誤差和欺騙式幹 擾功率大小不敏感，不需要導航接收機的反饋信息。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是採用本發明方法得到的解重擴權向量矩陣的波束圖。
[0018] 圖2是採用本發明方法對所有衛星信號得到的總波束圖。
[0019] 圖3是進行壓制性幹擾正交投影后未採取本發明方法抑制欺騙式幹擾的捕獲結 果。
[0020] 圖4是採取本發明方法抑制壓制性幹擾和欺騙式幹擾後的捕獲結果。
[0021] 圖5是進行壓制性幹擾正交投影后未採取本發明方法抑制欺騙式幹擾時對PRN1 捕獲的二維搜索結果。
[0022] 圖6是進行壓制性幹擾正交投影后採取本發明方法抑制欺騙式幹擾時對PRN1捕 獲的二維搜索結果。
[0023] 圖7是本發明提供的基於解重擴技術的多類衛星導航幹擾抑制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面參照附圖和具體實施例對本發明基於解重擴技術的多類衛星導航幹擾抑制 方法給予詳細說明。為了方便起見，下面以GPS(GlobalPositioningSystem)系統和N個 陣元的陣列天線為例加以說明，實際上，該方法適用於任意陣列天線，且不需要知道陣列天 線流形。
[0025] 如圖7所示，本發明提供的基於解重擴技術的多類衛星導航幹擾抑制方法包括按 順序進行的下列步驟：
[0026] (1)將陣列天線接收到的射頻信號轉化成數字中頻信號：
[0027] 欺騙式幹擾由多顆衛星信號（稱為偽衛星信號）組成並沿同一方向發射。其中， 轉髮式欺騙式幹擾是通過接收當前的衛星信號，根據欺騙目的對衛星信號延遲和放大，然 後轉發來實現幹擾；生成式欺騙式幹擾是利用民用衛星導航信號形式已知的信息，直接生 成偽衛星信號並發射出去。
[0028] 當壓制性幹擾、轉髮式欺騙式幹擾和生成式欺騙式幹擾同時入射到陣列天線上 時，GPS接收機接收到的中頻信號為：
【權利要求】
1. 一種基於解重擴技術的多類衛星導航幹擾抑制方法，其特徵在於，其包括按順序進 行的下列步驟： (1) 將陣列天線接收到的射頻信號轉化成數字中頻信號：； (2) 根據陣列天線接收到的多次快拍數據，計算幹擾正交補空間，將信號向幹擾正交補 空間投影來抑制壓制性幹擾： (3) 對投影后的數據取一路計算解重擴權向量矩陣，並判斷解重擴權向量矩陣是否滿 秩，以識別欺騙式幹擾是否存在； (4) 若存在欺騙式幹擾，計算解重擴權向量之間的相關性，根據相關結果確定欺騙式幹 擾源的個數、各欺騙式幹擾源包含的偽衛星星號以及真實衛星星號； (5) 利用欺騙式幹擾的解重擴權向量構造欺騙式幹擾的正交投影矩陣，對上述接收信 號進行投影以抑制欺騙式幹擾； (6) 利用真實衛星的解重擴權向量進行多波束形成，獲得信號處理增益。
2. 根據權利要求1所述的基於解重擴技術的多類衛星導航幹擾抑制方法，其特徵在 於，在步驟（3)中，所述的對上述投影后的數據取一路計算解重擴權向量矩陣，並判斷解重 擴權向量矩陣是否滿秩，以識別欺騙式幹擾是否存在的方法是根據解重擴技術對每一顆捕 獲到的衛星都計算其對應的解重擴權向量，該解重擴權向量包含有信號的來向信息，然後 求解重擴權向量矩陣的秩，如果解重擴權向量矩陣滿秩，則表明衛星信號彼此之間相互獨 立，來自不同的方向，接收信號中不存在欺騙式幹擾，反之，如果解重擴權向量矩陣不滿秩， 則表明接收信號中有來自同一方向的衛星信號，存在欺騙式幹擾。
3. 根據權利要求1所述的基於解重擴技術的多類衛星導航幹擾抑制方法，其特徵在 於，在步驟（4)中，所述的計算解重擴權向量之間的相關性，根據相關結果確定欺騙式幹擾 源個數、各欺騙式幹擾源包含的偽衛星星號以及真實衛星星號的方法是根據解重擴權向量 間歸一化相關係數與門限的比較將衛星信號的解重擴權向量分類，若存在來自同一方向的 不同衛星信號，則這些衛星信號所對應的解重擴權向量之間的相關性很高，認為是欺騙式 幹擾，反之，認為是真實衛星信號。
4. 根據權利要求1所述的基於解重擴技術的多類衛星導航幹擾抑制方法，其特徵在 於，在步驟（5)中，所述的利用欺騙式幹擾的解重擴權向量構造欺騙式幹擾的正交投影矩 陣，對上述接收信號進行投影以抑制欺騙式幹擾的方法是根據欺騙式幹擾的解重擴權向量 張成的子空間與欺騙式幹擾子空間相對應，再利用正交補空間計算公式求得欺騙式幹擾的 正交投影矩陣。
5. 根據權利要求1所述的基於解重擴技術的多類衛星導航幹擾抑制方法，其特徵在 於，在步驟￠)中，所述的利用真實衛星的解重擴權向量進行多波束形成，獲得信號處理增 益的方法是根據真實衛星的解重擴權向量收斂於真實衛星信號的陣列流形，進一步可以形 成陣列波束指向相應的衛星來向。
【文檔編號】G01S19/21GK104330808SQ201410606254
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月1日 優先權日:2014年11月1日
【發明者】吳仁彪, 王璐, 張耀天, 王文益, 盧丹 申請人:中國民航大學