CN105301606A - 一种级联结构的导航接收机抗干扰的方法和装置 - Google Patents

一种级联结构的导航接收机抗干扰的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电子信息领域的抗干扰技术，特别是指一种级联结构的导航接收机抗干扰的方法和装置，包括阵列天线和自适应滤波处理器，阵列天线和自适应滤波处理器构成的两级级联结构，其中由阵列天线和自适应滤波处理器构成的第一级，与自适应滤波处理器构成的第二级联接；本发明的优点在于，采用多个自适应空域或空时滤波处理模块级联一个自适应空域滤波处理模块的抗干扰方法，避免参考天线的选取对系统的抗干扰性能造成影响。

Description

一种级联结构的导航接收机抗干扰的方法和装置
技术领域
本发明涉及电子信息领域的抗干扰技术，特别是指一种级联结构的导航接收机抗干扰的方法和装置。
背景技术
公知的单级方案如图1所示，包括通过选定阵列天线1中的某根天线作为参考天线，采用自适应滤波处理器2进行自适应处理，其中自适应滤波处理2包括自适应空域滤波处理或者自适应空时滤波处理；基于自适应滤波的抗干扰处理后，干扰信号仍有少量残留，同时GNSS信号（GlobalNavigationSatelliteSystem全球卫星导航系统）仍然淹没在噪声之中，如果不对GNSS信号进行解扩处理，就无法估计GNSS期望信号的空间特征。公知的级联方案如图2所示，首先对阵列天线1中的每根天线做窄带抗干扰处理，例如频域自适应处理，然后选定某根天线作为参考天线，对上一级的处理结果采用自适应滤波处理器2进行自适应处理，自适应滤波处理器2包括自适应空域滤波处理或者自适应空时域滤波处理。在上述的自适应滤波处理过程中，参考天线为随机选取或固定选取，由于各参考天线本身存在着差别，因此导致参考天线本身对系统的抗干扰性能造成了影响。
由于卫星导航系统是以人造卫星作为导航台的无线电导航系统，且卫星导航系统发送信号的功率很低，面临着复杂恶劣的信道环境，易受到多种形式的有意或无意干扰，导致导航接收机导航定位性能的下降。因此，本申请人有鉴于上述现有之缺失与不便之处，秉持着研究创新、精益求精之精神，利用其专业眼光和专业知识，研究出一种联结构的导航接收机抗干扰的方法和装置，对抗这些干扰从而保证导航接收机的定位效能。
发明内容
本发明的目的在于为了避免参考天线的选取带来的性能影响，而提供一种级联结构的导航接收机抗干扰的方法和装置。采用轮询处理和级联处理，通过轮询各天线的方式，即逐个选择各个天线作为参考天线进行自适应滤波处理。
本发明通过以下技术方案实现，包括阵列天线和自适应滤波处理器，阵列天线和自适应滤波处理器构成的两级级联结构，其中由阵列天线和自适应滤波处理器构成的第一级，与自适应滤波处理器构成的第二级联接；第一级采用轮询处理，通过轮询各天线的方式，即逐个选择各个天线作为参考天线进行自适应滤波处理；第二级，以第一级自适应滤波处理器的输出为第二级自适应滤波处理器的输入。
由M根天线组成的阵列天线与M根天线对应的M个自适应滤波处理器构成的第一级。
所述第一级自适应滤波处理器进行自适应空时滤波处理或者自适应空域处理。
所述第二级自适应滤波处理器进行自适应空域处理。
本发明包括以下方法：
步骤1，第一级轮询处理，将阵列天线中的单根天线轮流作为参考天线，通过自适应滤波处理器进行自适应滤波处理，输出的结果为M路包含抗干扰处理后的数据；
步骤2，第二级级联处理，采用扩频通信体制的双方预先约定，并由收端生成的伪码信号，对第一级滤波输出的路信号进行解扩处理，所述解扩处理为采用扩频信号体制的通用技术；
步骤3，用解扩处理后的数据流对约定信号中的某一颗或某几颗卫星的来向信息，获得空间特征矢量，通过自适应滤波处理器以此对第一级抗干扰输出信号进行波束成形处理，以进一步提高信号干噪比；
步骤4，重复步骤2和步骤3，完成对指定的多个卫星的波束形成，并输出给后续的导航接收机进行解算处理。
第一级处理过程如下：设阵列天线的天线阵元个数为M，时间延迟单元数为P，抽头之间的时延间隔为△，假设第m个阵元上的输入信号为Xm（n），第m个阵元的第p个抽头的权值为Wmp，则自适应滤波处理器的输出，即空时二维滤波处理的输出信号可表示为：
，
公式中H为共轭转置，
，
。
公式中T为转置，表示对括号中表示的向量做向量的转置，W11表示第一个阵元第一根天线上的加权值，Wmp表达第m根天线第p个tap上的加权权值。
空时滤波处理的目的在于寻求最优权值矢量W来达到抑制干扰信号并保护有用信号的目的。具体的求取方案可以采用业界通用的基于功率倒置的LMS算法实现。特别地，选取不同的天线作为参考天线，都进行空时滤波处理，得到M路经过抗干扰处理后的数据Ym(t)。
第二级的处理过程如下：
对上一级输出的M路Ym(t)数据都做对第任意颗卫星的捕获处理，通过解扩Ym(t)得到Zm(t)；由于解扩增益的存在，Zm(t)中的期望信号的功率已经大于噪声功率，因此通过求Z(t)的相关矩阵Rzz来估计出期望信号的空间特征矢量，Z(t)的相关矩阵可表示为：
其中Rss为解扩后GNSS信号矢量的相关矩阵，λs为其非零特征值，us为λs对应的特征矢量，σ2为噪声功率；
求出Rzz的主特征矢量为：
vk=us
矢量v即为期望信号的空间特征矢量，第二级自适应滤波处理器利用空间特征矢量对第一级滤波后的M路输出信号进行加权求和处理来完成对指定的第k颗卫星的波束形成；
最终阵列输出信号可表示为：
。
本发明的技术原理在于，第一级基于自适应滤波的抗干扰处理后，干扰信号仍有少量残留，同时GNSS信号（GlobalNavigationSatelliteSystem全球卫星导航系统）仍然淹没在噪声之中，如果不对GNSS信号进行解扩处理，就无法估计GNSS期望信号的空间特征，也就无法对抗干扰处理后的路数据进行波束形成处理。因此，先用本地指定的伪码信号对第一级抗干扰处理输出的路信号进行解扩处理，经过解扩处理后，GNSS期望信号的功率已经大于噪声功率，此时可以估计GNSS期望信号的空间特征并以此对抗干扰处理后的路数据进行波束形成进一步提高信干噪比。
本发明的优点在于，采用多个自适应空域或空时滤波处理模块级联一个自适应空域滤波处理模块的抗干扰方法。1.轮询处理：所有天线轮流作为参考天线进行自适应处理，区别于现有方法的选定某根天线作为参考天线进行自适应处理。2.级联处理：两级宽带抗干扰级联处理，区别于现有方法的窄带、宽带抗干扰级联处理。3.逐个选择各天线作为参考天线同时进行自适应滤波处理，避免参考天线的选取对系统的抗干扰性能造成影响。
附图说明
图1为单级方案示意图。
图2为级联方案示意图。
图3为本发明结构示意图。
图4为轮询处理原理示意图。
具体实施方式
下面将结合附图3、4，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明包括阵列天线1和自适应滤波处理器2，阵列天线1和自适应滤波处理器2构成的两级级联结构，其中由阵列天线1和自适应滤波处理器2a构成的第一级，与自适应滤波处理器2b构成的第二级联接；第一级采用轮询处理，通过轮询各天线的方式，即逐个选择各个天线作为参考天线进行自适应滤波处理；第二级，以第一级自适应滤波处理器2a的输出为第二级自适应滤波处理器2b的输入。
由M根天线组成的阵列天线1与M根天线对应的M个自适应滤波处理器2a构成的第一级。
所述第一级自适应滤波处理器2a进行自适应空时滤波处理或者自适应空域处理。
所述第二级自适应滤波处理器2b进行自适应空域处理。
本发明包括以下方法：
步骤1，第一级轮询处理，将阵列天线1中的单根天线轮流作为参考天线，通过自适应滤波处理器2a进行自适应滤波处理，输出的结果为M路包含抗干扰处理后的数据；
步骤2，第二级级联处理，采用扩频通信体制的双方预先约定，并由收端生成的伪码信号，对第一级滤波输出的路信号进行解扩处理，所述解扩处理为采用扩频信号体制的通用技术；
步骤3，用解扩处理后的数据流对约定信号中的某一颗或某几颗卫星的来向信息，获得空间特征矢量，通过自适应滤波处理器2b以此对第一级抗干扰输出信号进行波束成形处理，以进一步提高信号干噪比；
步骤4，重复步骤2和步骤3，完成对指定的多个卫星的波束形成，并输出给后续的导航接收机进行解算处理。
第一级处理过程如下，参见附图4，设阵列天线的天线阵元个数为M，时间延迟单元数为P，抽头之间的时延间隔为△，假设第m个阵元上的输入信号为Xm（n），第m个阵元的第p个抽头的权值为Wmp，则自适应滤波处理器的输出，即空时二维滤波处理的输出信号可表示为：
，
其中
，
。
空时滤波处理的目的在于寻求最优权值矢量W来达到抑制干扰信号并保护有用信号的目的。具体的求取方案可以采用业界通用的基于功率倒置的LMS算法实现。特别地，选取不同的天线作为参考天线，都进行空时滤波处理，得到M路经过抗干扰处理后的数据Ym(t)。
对上一级输出的M路Ym(t)数据都做对第任意颗卫星的捕获处理，通过解扩Ym(t)得到Zm(t)；由于解扩增益的存在，Zm(t)中的期望信号的功率已经大于噪声功率，因此通过求Z(t)的相关矩阵Rzz来估计出期望信号的空间特征矢量，Z(t)的相关矩阵可表示为：
其中Rss为解扩后GNSS信号矢量的相关矩阵，λs为其非零特征值，us为λs对应的特征矢量，σ2为噪声功率；
求出Rzz的主特征矢量为：
vk=us
矢量v即为期望信号的空间特征矢量，第二级自适应滤波处理器2b利用空间特征矢量对第一级滤波后的M路输出信号进行加权求和处理来完成对指定的第k颗卫星的波束形成；
最终阵列输出信号可表示为：
。
其中，重复第二级处理的步骤，可以完成对指定的多个卫星的波束形成，特别是对大于等于四个卫星的波束形成，并输出给后续的导航接收机进行解算处理。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种级联结构的导航接收机抗干扰的方法和装置，包括阵列天线（1）和自适应滤波处理器（2），其特征是，
阵列天线（1）和自适应滤波处理器（2）构成的两级级联结构，其中由阵列天线（1）和自适应滤波处理器（2a）构成的第一级，与自适应滤波处理器（2b）构成的第二级联接；
第一级采用轮询处理，通过轮询各天线的方式，即逐个选择各个天线作为参考天线进行自适应滤波处理；第二级，以第一级自适应滤波处理器（2a）的输出为第二级自适应滤波处理器（2b）的输入。
2.根据权利要求1所述的一种级联结构的导航接收机抗干扰的方法和装置，其特征是，由M根天线组成的阵列天线（1）与M根天线对应的M个自适应滤波处理器（2a）构成的第一级。
3.根据权利要求1所述的一种级联结构的导航接收机抗干扰的方法和装置，其特征是，所述第一级自适应滤波处理器（2a）进行自适应空时滤波处理或者自适应空域处理。
4.根据权利要求1所述的一种级联结构的导航接收机抗干扰的方法和装置，其特征是，所述第二级自适应滤波处理器（2b）进行自适应空域处理。
5.根据权利要求1至4所述的一种级联结构的导航接收机抗干扰的方法和装置，其特征是包括以下方法：
步骤1，第一级轮询处理，将阵列天线（1）中的单根天线轮流作为参考天线，通过自适应滤波处理器（2a）进行自适应滤波处理，输出的结果为M路包含抗干扰处理后的数据；
步骤2，第二级级联处理，采用扩频通信体制的双方预先约定，并由收端生成的伪码信号，对第一级滤波输出的路信号进行解扩处理，所述解扩处理为采用扩频信号体制的通用技术；
步骤3，用解扩处理后的数据流对约定信号中的某一颗或某几颗卫星的来向信息，获得空间特征矢量，通过自适应滤波处理器（2b）以此对第一级抗干扰输出信号进行波束成形处理，以进一步提高信号干噪比；
步骤4，重复步骤2和步骤3，完成对指定的多个卫星的波束形成，并输出给后续的导航接收机进行解算处理。
6.根据权利要求5所述的一种级联结构的导航接收机抗干扰的方法和装置，其特征是第一级处理过程如下：设阵列天线（1）的天线阵元个数为M，时间延迟单元数为P，抽头之间的时延间隔为△，假设第m个阵元上的输入信号为Xm（n），第一个阵元的第一个抽头的权值为W11，第m个阵元的第p个抽头的权值为Wmp；则自适应滤波处理器（2a）的输出，即空时二维滤波处理的输出信号可表示为：
，
，
，
根据权利要求5所述的一种级联结构的导航接收机抗干扰的方法和装置，其特征是第二级的处理过程如下：
对上一级输出的M路Ym(t)数据都做对第任意颗卫星的捕获处理，通过解扩Ym(t)得到Zm(t)；由于解扩增益的存在，Zm(t)中的期望信号的功率已经大于噪声功率，因此通过求Z(t)的相关矩阵Rzz来估计出期望信号的空间特征矢量，Z(t)的相关矩阵可表示为：
其中Rss为解扩后GNSS信号矢量的相关矩阵，λs为其非零特征值，us为λs对应的特征矢量，σ2为噪声功率；
求出Rzz的主特征矢量为：
vk=us，
矢量v即为期望信号的空间特征矢量，第二级自适应滤波处理器（2b）利用空间特征矢量对第一级滤波后的M路输出信号进行加权求和处理来完成对指定的第k颗卫星的波束形成；
最终阵列输出信号可表示为：
。
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