CN104865585A - 一种分布式串行子空间投影导航接收机欺骗式干扰消除方法 - Google Patents

Abstract

一种分布式串行子空间投影导航接收机欺骗式干扰消除方法，涉及一种导航接收机欺骗式干扰消除方法，属于抗干扰技术领域。本发明为了解决传统的基于子空间投影的欺骗式干扰消除算法需要经过较复杂的矩阵运算，尤其是在欺骗式干扰数量较多时，算法运算量较大的问题。对j个欺骗式干扰信号子空间的投影矩阵进行构建；计算欺骗式干扰子空间的补空间；将干扰消除器的输入信号在公式(4)得到的补空间上进行投影，即完成干扰消除运算，并将输出结果作为下一个干扰消除器的输入结果；判断是否所有的干扰信号都被消除了，如果j<M₂，则令j＝j+1，直至j＝M₂，所有干扰信号均被消除。用于消除导航卫星系统的干扰信号。

Description

一种分布式串行子空间投影导航接收机欺骗式干扰消除方法

技术领域

本发明涉及一种导航接收机欺骗式干扰消除方法，涉及抗干扰技术。

背景技术

欺骗式干扰作为一种新型的干扰技术，继压制式干扰后，成为了全球导航卫星系统的又一潜在威胁。根据欺骗干扰信号的产生方式，可分为产生式干扰和转发式干扰两类。产生式干扰是将导航信号模拟器与功放、天线连接，即可产生用于欺骗目标接收机的导航信号，这种欺骗信号难以与真实导航信号同步，故产生的信号在接收端类似于噪声，可使目标接收机锁定欺骗信号或失锁。转发式欺骗是先用导航信号接收机接收导航卫星下行信号，然后直接将接收信号转发或对接收导航电文信息篡改后转发，使目标接收机解得错误的定位定时结果，这种方式由于与卫星导航下行信号一致性很高，故不易被受害接收机发现。

目前有效的欺骗式干扰消除方法主要有两种：基于天线阵列的欺骗式干扰消除算法和基于子空间投影的干扰消除算法。其中基于天线阵列的干扰消除算法只能应用在多天线接收机中，而基于子空间投影的干扰消除算法，则可用在普通的单天线接收机中。

传统的基于子空间投影的欺骗式干扰消除算法需要经过较复杂的矩阵运算，尤其是在欺骗式干扰数量较多时，算法运算量较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式串行子空间投影导航接收机欺骗式干扰消除方法，以解决传统的基于子空间投影的欺骗式干扰消除算法需要经过较复杂的矩阵运算，尤其是在欺骗式干扰数量较多时，算法运算量较大的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种分布式串行子空间投影导航接收机欺骗式干扰消除方法，假设导航接收机接收到的信号经过下变频后得到的中频信号为r_IF，包含M₁个授权卫星信号和M₂个欺骗式干扰信号，n₀为高斯白噪声：

$r_{IF}=\underset{j=1}{\overset{M_1}{\&Sigma;}}{r}_{re\mathrm{al}1}^j+\underset{j=1}{\overset{M_2}{\&Sigma;}}{r}_{spoof}^i+n_0---\left(1\right)$

在消除M₂个欺骗式干扰信号的具体过程如下：

步骤1：导航接收机开机对信号进行接收，同时对欺骗式干扰信号进行检测，确定M₂个欺骗式干扰信号；

步骤2：对已经完成接收的欺骗式干扰信号的载波频率信息与扩频码信息和导航电文信息进行复现；上述三种参数可在欺骗式干扰信号的观测通道的载波跟踪环和码跟踪环得到；

步骤3：利用观测到的欺骗式干扰信号的参数信息对分别对欺骗式干扰信号矢量S_q(j＝1,2,...,M₂)进行重建；假设每次运算的数据长度为K，则第j个欺骗式干扰信号矢量S_j按下面的公式进行重建：

$S_j={\left[\begin{array}{c}{d}_{spoof}^j\left(t_1\right)C_{spoof}^j\left(t_1\right)e^{j\left(2{\mathrm{\&pi;f}}_{spoof}^j{t}_1\right)}\\ .\\ .\\ .\\ d_{spoof}^j\left(t_K\right)C_{spoof}^j\left(t_K\right)e^{j\left(2{\mathrm{\&pi;f}}_{spoof}^j{t}_K\right)}\end{array}\right]}_{K\&times;1}---\left(2\right)$

式中，t表示采样时刻，下角标表示第1、2……K个采样时刻；

步骤4：干扰消除循环运算初始化，令j＝1，第1个干扰消除器的输入信号

步骤5：消除干扰信号：

步骤5a：对j个欺骗式干扰信号子空间的投影矩阵进行构建：

$H_{spoof}^j=S_j{\left(S_j^H{S}_j\right)}^{-1}{S}_j^H---\left(3\right)$

步骤5b：计算欺骗式干扰子空间的补空间，I为单位矩阵：

$H_c^j=I-H_{spoof}^j---\left(4\right)$

步骤5c：将干扰消除器的输入信号在公式(4)得到的补空间上进行投影，即完成干扰消除运算，并将输出结果作为下一个干扰消除器的输入结果：

$r_{IF}^{j+1}=H_c^j\&CenterDot;r_{IF}^j---\left(5\right)$

步骤5d：判断是否所有的干扰信号都被消除，如果j<M₂，则令j＝j+1，跳至步骤5a，如果j＝M₂，说明所有干扰信号都被消除了，则继续步骤6；

步骤6：得到的信号近似为包含M₁个授权卫星信号和噪声的混合信号(M₂个欺骗式干扰信号已经被消除)，即可对其进行捕获、跟踪、解调和解算。

本发明的有益效果是：

本发明提出的分布式串行子空间投影导航接收机欺骗式干扰消除方法将复杂的矩阵运算简化为简单的向量乘积运算，传统的子空间投影算法的计算量与欺骗式干扰信号的数量的平方成正比，而本发明方法的计算量只与干扰信号的数量成正比，本方法在保证了子空间投影算法的性能的同时，大大降低了算法的计算量。本发明方法用于消除卫星导航系统中的欺骗式干扰信号。

附图说明

图1是本发明方法的流程框图，图2是采用本发明方法构建的抗干扰接收机的信号处理框图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1和2所示，本实施方式所述的分布式串行子空间投影导航接收机欺骗式干扰消除方法的过程为：

假设导航接收机接收到的信号经过下变频后得到的中频信号为r_IF，包含M₁个授权卫星信号和M₂个欺骗式干扰信号，n₀为高斯白噪声：

$r_{IF}=\underset{j=1}{\overset{M_1}{\&Sigma;}}{r}_{real1}^j+\underset{j=1}{\overset{M_2}{\&Sigma;}}{r}_{spoof}^i+n_0---\left(1\right)$

本方法在消除M₂个欺骗式干扰信号的具体过程如下：

步骤1：导航接收机开机对信号进行接收，同时对欺骗式干扰信号进行检测，确定M₂个欺骗式干扰信号；

步骤2：对已经完成接收的欺骗式干扰信号的载波频率信息与扩频码信息和导航电文信息进行复现。而这三种参数可以在欺骗式干扰信号的观测通道的载波跟踪环和码跟踪环得到；

步骤3：利用观测到的欺骗式干扰信号的参数信息对分别对欺骗式干扰信号矢量S_j(j＝1,2,...,M₂)进行重建。假设每次运算的数据长度为K，则第j个欺骗式干扰信号矢量S_j按下面的公式进行重建：

$S_j={\left[\begin{array}{c}{d}_{spoof}^j\left(t_1\right)C_{spoof}^j\left(t_1\right)e^{j\left(2{\mathrm{\&pi;f}}_{spoof}^j{t}_1\right)}\\ .\\ .\\ .\\ d_{spoof}^j\left(t_K\right)C_{spoof}^j\left(t_K\right)e^{j\left(2{\mathrm{\&pi;f}}_{spoof}^j{t}_K\right)}\end{array}\right]}_{K\&times;1}---\left(2\right)$

步骤4：干扰消除器初始化，令j＝1，第1个干扰消除器的输入信号

步骤5a：对j个欺骗式干扰信号子空间的投影矩阵进行构建：

$H_{spoof}^j=S_j{\left(S_j^H{S}_j\right)}^{-1}{S}_j^H---\left(3\right)$

步骤5b：计算欺骗式干扰子空间的补空间，I为单位矩阵：

$H_c^j=I-H_{spoof}^j---\left(4\right)$

步骤5c：将干扰消除器的输入信号在公式(4)得到的补空间上进行投影，即完成干扰消除运算，并将输出结果作为下一个干扰消除器的输入结果：

$r_{IF}^{j+1}=H_c^j\&CenterDot;r_{IF}^j---\left(5\right)$

步骤5d：判断是否所有的干扰信号都被消除了，如果j<M₂，则令j＝j+1，跳至步骤5a，如果j＝M₂，说明所有干扰信号都被消除，则继续步骤6；

步骤6：得到的信号近似为包含M₁个授权卫星信号和噪声的混合信号(M₂个欺骗式干扰信号已经被消除)，即可对其进行捕获、跟踪、解调和解算。

对本发明方法的技术效果进一步说明：

本发明的分布式串行子空间投影欺骗式干扰消除算法的主要目的是在保证算法性能的前提下，降低算法计算负责度。假设每次投影运算长度为K，共有M₂个欺骗式干扰信号，则传统的子空间投影抗欺骗式干扰算法的计算负责度与本文设计的分布式串行子空间投影欺骗式干扰消除算法的计算复杂度如表1所示。

表1算法复杂度对比

假设投影运算长度K＝500个采样点，共有M₂＝5个欺骗式干扰信号，则算法复杂度的对比如表2所示，可以看到本发明的算法所需的计算量要远小于传统的算法的计算量。

表2算法复杂度对比实例

Claims (1)

1.一种分布式串行子空间投影导航接收机欺骗式干扰消除方法，假设导航接收机接收到的信号经过下变频后得到的中频信号为r_IF，包含M₁个授权卫星信号和M₂个欺骗式干扰信号，n₀为高斯白噪声：

$r_{IF}=\underset{j=1}{\overset{M_1}{\&Sigma;}}{r}_{real1}^j+\underset{j=1}{\overset{M_2}{\&Sigma;}}{r}_{spoof}^i+n_0---\left(1\right)$

其特征在于，在消除M₂个欺骗式干扰信号的具体过程如下：

步骤1：导航接收机开机对信号进行接收，同时对欺骗式干扰信号进行检测，确定M₂个欺骗式干扰信号；

步骤2：对已经完成接收的欺骗式干扰信号的载波频率信息与扩频码信息和导航电文信息进行复现；上述三种参数可在欺骗式干扰信号的观测通道的载波跟踪环和码跟踪环得到；

步骤3：利用观测到的欺骗式干扰信号的参数信息对分别对欺骗式干扰信号矢量S_j(j＝1,2,...,M₂)进行重建；假设每次运算的数据长度为K，则第j个欺骗式干扰信号矢量S_j按下面的公式进行重建：

$S_j={\left[\begin{array}{c}{d}_{spoof}^j\left(t_1\right)C_{spoof}^j\left(t_1\right)e^{j\left(2{\mathrm{\&pi;f}}_{spoof}^j{t}_1\right)}\\ .\\ .\\ .\\ d_{spoof}^j\left(t_K\right)C_{spoof}^j\left(t_K\right)e^{j\left(2{\mathrm{\&pi;f}}_{spoof}^j{t}_K\right)}\end{array}\right]}_{K\&times;1}---\left(2\right)$

式中，t表示采样时刻，下角标表示第1、2……K个采样时刻；

步骤4：干扰消除循环运算初始化，令j＝1，第1个干扰消除器的输入信号

步骤5：消除干扰信号：

步骤5a：对j个欺骗式干扰信号子空间的投影矩阵进行构建：

$H_{spoof}^j=S_j{\left(S_j^H{S}_j\right)}^{-1}{S}_j^H---\left(3\right)$

步骤5b：计算欺骗式干扰子空间的补空间，I为单位矩阵：

$H_c^j=I-H_{spoof}^j---\left(4\right)$

步骤5c：将干扰消除器的输入信号在公式(4)得到的补空间上进行投影，即完成干扰消除运算，并将输出结果作为下一个干扰消除器的输入结果：

$r_{IF}^{j+1}=H_c^j\&CenterDot;r_{IF}^j---\left(5\right)$

步骤5d：判断是否所有的干扰信号都被消除，如果j<M₂，则令j＝j+1，跳至步骤5a，如果j＝M₂，所有干扰信号均被消除，则继续步骤6；

步骤6：得到的信号近似为包含M₁个授权卫星信号和噪声的混合信号，即可对其进行捕获、跟踪、解调和解算。