CN105490688A - 一种阵列天线抗干扰的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种阵列天线抗干扰的方法及装置，所述方法包括接收经过数字正交插值处理后的N个射频通道对应的N组数字复信号，所述N为大于1的整数；生成与所述N组数字复信号对应的互相关系数矩阵；利用所述互相关系数矩阵，计算与预设的自适应选取条件相符的约束导向矢量；在所述约束导向矢量的基础上，结合预设的最优准则，确定抗干扰权值。本申请实施例提供的一种阵列天线抗干扰的方法及装置，能够解决目前阵列天线抗干扰技术存在的部分角度抗干扰效果减弱的问题。

Description

一种阵列天线抗干扰的方法及装置

技术领域

本申请涉及阵列信号处理技术领域，特别涉及一种阵列天线抗干扰的方法及装置。

背景技术

无线通信技术在现代通讯领域中发挥越来越重要的作用，但由于无线信号极其微弱，容易受到各种自然或人为的干扰而无法使用，因此，需要引入干扰抑制技术来提高无线通信系统的抗干扰能力。鉴于当干扰和有用信号频率相同时，时域和频域抗干扰技术在对干扰抑制的同时，也会抑制有用信号，所以可以根据干扰和有用信号的空间来向不同，在空域对干扰进行抑制，保证有用信号正常接收，因此阵列天线抗干扰技术得到了广泛的应用。

任何阵列天线自适应处理算法，滤波权值都是基于某种最优准则计算出来的，常用的最优准则包括最大信干噪比准则、最小均方误差准则和最小噪声方差准则。通常由于无法分离卫星信号、干扰和噪声，最大信干噪比准则在实际中不太适用，用得最多的是最小噪声方差准则。

文献“卫星导航自适应调零天线抗干扰算法研究”中提到的功率倒置算法就是基于最小噪声方差准则(也称为线性约束最小方差准则)的抗干扰算法，因不需要知道有用信号和干扰信号的相关信息就能够有效抑制干扰而获得了广泛的应用。通常功率倒置算法中虽然针对不同的天线阵形，参考阵元的选取不同，例如对于均匀线阵，有的选最边上的阵元为参考阵元，有的选中间的阵元为参考阵元；对均匀圆阵，一般固定圆周上某个阵元为参考阵元。参考阵元的选取反应到约束导向矢量上，表现为约束导向矢量s中1的位置不同，但是不论选取哪个阵元为参考阵元，目前的方法都是参考阵元是固定的。然而在实际应用过程中，这种参考阵元固定的情况会导致部分干扰来向抗干扰效果减弱的问题。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种阵列天线抗干扰的方法及装置，以解决目前阵列天线抗干扰技术存在的部分角度抗干扰效果减弱的问题。

本申请实施例提供的一种阵列天线抗干扰的方法及装置是这样实现的：

一种阵列天线抗干扰的方法，包括：

接收经过数字正交插值处理后的N个射频通道对应的N组数字复信号，所述N为大于1的整数；

生成与所述N组数字复信号对应的互相关系数矩阵；

利用所述互相关系数矩阵，计算与预设的自适应选取条件相符的约束导向矢量；

在所述约束导向矢量的基础上，结合预设的最优准则，确定抗干扰权值。

一种阵列天线抗干扰的装置，所述装置包括通道互相关系数计算单元，参考阵元自适应选取单元以及杭干扰权值计算单元，其中，

所述互相关系数计算单元用于接收经过数字正交插值处理后的N个射频通道对应的N组数字复信号，所述N为大于1的整数并且生成与所述N组数字复信号对应的互相关系数矩阵；

所述参考阵元自适应选取单元用于利用所述互相关系数矩阵，计算与预设的自适应选取条件相符的约束导向矢量；

所述杭干扰权值计算单元用于在所述约束导向矢量的基础上，结合预设的最优准则，确定抗干扰权值。

本申请实施例提供的一种阵列天线抗干扰的方法及装置，通过对N个射频通道对应的N组数字复信号进行自适应选取计算，可以解决目前阵列天线抗干扰技术存在的部分角度抗干扰效果减弱的问题；本发明的整个过程可以集成在FPGA中实现，有利于装置的小型化设计；本发明方法适用于导航、通信、雷达、声呐等领域的阵列天线抗干扰设备，具有较强的实用性。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种阵列天线抗干扰的方法流程图；

图2为本申请实施例提供的一种阵列天线抗干扰的装置的功能模块图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种阵列天线抗干扰的方法流程图。虽然下文描述流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。如图1所示，所述方法可以包括：

S1：接收经过数字正交插值处理后的N个射频通道对应的N组数字复信号，所述N为大于1的整数。

在本申请实施例中，阵列天线接收到的阵列信号可以通过N个射频通道输入到数字正交插值单元中，经过数字正交插值处理后，便可以生成N组数字复信号，这N组数字复信号与所述N个射频通道一一对应。在本申请实施例中，可以接收所述N组数字复信号，留待后续处理。

S2：生成与所述N组数字复信号对应的互相关系数矩阵。

在接收了所述N组数字复信号后，本申请实施例可以进一步地生成与所述N组数字复信号对应的互相关系数矩阵。具体地，步骤S2可以通过下述子步骤来实现：

S21：计算所述N组数字复信号中每一组数字复信号与其它各组数字复信号之间的互相关系数。

由于每个射频通道均对应着一组数字复信号，本申请实施例可以计算不同射频通道对应的数字复信号之间的互相关系数，具体如下式所示：

${\mathrm{\ρ}}_{mn}=\frac{E\[x_m^{*}{x}_n\]}{\sqrt{P_m{P}_n}}$

P_m＝E[|x_m|²]

P_n＝E[|x_n|²]

其中，m不等于n，x_m表示第m个射频通道对应的数字复信号，x_n表示第n个射频通道对应的数字复信号，P_m表示第m个射频通道对应的数字复信号的信号功率，P_n表示第n个射频通道对应的数字复信号的信号功率，ρ_mn表示第m个射频通道对应的数字复信号和第n个射频通道对应的数字复信号之间的互相关系数。

S22：利用所述N组数字复信号中每一组数字复信号对应的互相关系数构成与所述N组数字复信号对应的互相关系数矩阵。

在计算出每组数字复信号对应的互相关系数后，可以利用这些计算出的互相关系数构成与所述N组数字复信号对应的互相关系数矩阵。具体地，射频通道1对应的互相关系数可以为[ρ₁₂,ρ₁₃,…,ρ_1M]^T，射频通道2对应的互相关系数可以为[ρ₂₁,ρ₂₃,…,ρ_2M]^T，以此类推，那么将这些互相关系数构成互相关系数矩阵则可以为：

$\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\ρ}}_{12}& {\mathrm{\ρ}}_{21}& ...& {\mathrm{\ρ}}_{M1}\\ {\mathrm{\ρ}}_{13}& {\mathrm{\ρ}}_{23}& ...& {\mathrm{\ρ}}_{M2}\\ .& .& & .\\ .& .& ...& .\\ .& .& & .\\ {\mathrm{\ρ}}_{1M}& {\mathrm{\ρ}}_{2M}& ...& {\mathrm{\ρ}}_{M(M-1)}\end{array}\right]$

这样，便可以生成与所述N组数字复信号对应的互相关系数矩阵。

S3：利用所述互相关系数矩阵，计算与预设的自适应选取条件相符的约束导向矢量。

在本申请实施例中，计算出所述互相关系数矩阵后，便可以利用所述互相关系数矩阵，计算与预设的自适应选取条件相符的约束导向矢量。所述的预设的自适应选取条件可以作为约束导向矢量的最优准则。例如，在本申请实施例中，该预设的自适应选取条件可以为平均互相关系数为最大值。也就是说，根据平均互相关系数为最大值这样的约束条件，可以计算相对应的约束导向矢量。具体地，所述利用所述互相关系数矩阵，计算与预设的自适应选取条件相符的约束导向矢量具体包括：

S31：计算所述N组数字复信号中每一组数字复信号对应的互相关系数的平均值。

由步骤S2可知，每组数字复信号或者每个射频通道均对应着一系列的互相关系数，根据预设的自适应选取条件，需要计算出每个射频通道对应的互相关系数平均值。具体地，可以按照下述公式计算所述N组数字复信号中每一组数字复信号对应的互相关系数的平均值：

${\mathrm{\ρ}}_m=\frac{\underset{k=1,k\≠m}{\overset{M}{\Σ}}\left|{\mathrm{\ρ}}_{mk}\right|}{M-1}$

其中，ρ_m表示第m组数字复信号对应的互相关系数的平均值，ρ_mk表示第m组数字复信号对应的互相关系数。

这样，每个射频通道或者每组数字复信号均可以对应着一个互相关系数的平均值。

S32：确定所述互相关系数的平均值最大的射频通道的标识。

在计算出的N个互相关系数平均值中，可以确定出平均值的最大值，这样同时便可以确定出所述互相关系数的平均值最大的射频通道。在本申请实施例中，可以为确定出的射频通道分配一个标识，以留待后续生成约束导向矢量。具体地，所述确定出的射频通道的标识可以根据该射频通道在N个射频通道中的顺序来进行分配。例如，N个射频通道中的第k个射频通道对应的互相关系数平均值为最大值，那么便可以为该射频通道分配标识k。

S33：根据确定的所述射频通道的标识，生成约束导向矢量。

根据确定的所述射频通道的标识，例如步骤S32中的k，那么便可以生成约束导向矢量。具体地，可以预先设置一个内部值都为0的N维向量，由于互相关系数平均值最大的射频通道的标识为k，那么便可以将该N维向量中第k个值更正为1，那么所述约束导向矢量便可以为s＝[0,...,1,...,0]^T，其中1的位置为第k个。

S4：在所述约束导向矢量的基础上，结合预设的最优准则，确定抗干扰权值。

在本申请实施例中，可以根据生成的约束导向矢量，并结合预设的最优准则，对抗干扰权值进行确定。该抗干扰权值可以对阵列天线信号进行加权处理，从而解决目前阵列天线抗干扰技术存在的部分角度抗干扰效果减弱的问题。具体地，所述预设的最优准则例如可以为线性约束最小方差准则。所述线性约束最小方差准则可以理解为在一定的约束条件下，使得利用抗干扰权值加权处理后的输出复信号的信号功率最小，从而可以达到抑制干扰的目的。在本申请实施例中，结合预设的最优准则，在所述约束导向矢量的基础上，可按照下述公式确定抗干扰权值：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{W}{min}{P}_{out}=E\left\{{\left|y\left(n\right)\right|}^2\right\}\\ W^{H}s=1\end{array}\right.$

其中，s为所述约束导向矢量，W为抗干扰权值，y(n)代表利用抗干扰权值加权处理后的输出复信号，P_out代表所述输出复信号的信号功率。

通过对上式进行推导可以得到：

$W=\frac{R_X^{-1}s}{s^H{R}_X^{-1}s}$

其中为协方差矩阵R_X的逆矩阵。

这样，通过对每个射频通道对应的数字复信号进行互相关系数计算，并根据计算出的互相关系数计算约束导向矢量，从而可以根据所述约束导向矢量确定抗干扰权值，从而能够解决目前阵列天线抗干扰技术存在的部分角度抗干扰效果减弱的问题。

本申请实施例还提供一种阵列天线抗干扰的装置。图2为本申请实施例提供的一种阵列天线抗干扰装置的功能模块图。如图2所示，所述阵列天线抗干扰装置包括通道互相关系数计算单元100，参考阵元自适应选取单元200以及杭干扰权值计算单元300，其中，

所述互相关系数计算单元100用于接收经过数字正交插值处理后的N个射频通道对应的N组数字复信号，所述N为大于1的整数并且生成与所述N组数字复信号对应的互相关系数矩阵；

所述参考阵元自适应选取单元200用于利用所述互相关系数矩阵，计算与预设的自适应选取条件相符的约束导向矢量；

所述杭干扰权值计算单元300用于在所述约束导向矢量的基础上，结合预设的最优准则，确定抗干扰权值。

在本申请一优选实施例中，所述预设的自适应选取条件包括平均互相关系数为最大值；

相应地，所述参考阵元自适应选取单元200具体包括：

平均值计算模块，用于计算所述N组数字复信号中每一组数字复信号对应的互相关系数的平均值；

标识确定模块，用于确定所述互相关系数的平均值最大的射频通道的标识；

约束导向矢量生成模块，用于根据确定的所述射频通道的标识，生成约束导向矢量。

在本申请一优选实施例中，所述平均值计算模块按照下述公式计算所述N组数字复信号中每一组数字复信号对应的互相关系数的平均值：

${\mathrm{\ρ}}_m=\frac{\underset{k=1,k\≠m}{\overset{M}{\Σ}}\left|{\mathrm{\ρ}}_{mk}\right|}{M-1}$

其中，ρ_m表示第m组数字复信号对应的互相关系数的平均值，ρ_mk表示第m组数字复信号对应的互相关系数。

在本申请一优选实施例中，所述预设的最优准则包括线性约束最小方差准则；

相应地，所述杭干扰权值计算单元300结合预设的最优准则，在所述约束导向矢量的基础上，可按照下述公式确定抗干扰权值：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{W}{min}{P}_{out}=E\left\{{\left|y\left(n\right)\right|}^2\right\}\\ W^{H}s=1\end{array}\right.$

其中，s为所述约束导向矢量，W为抗干扰权值，y(n)代表利用抗干扰权值加权处理后的输出复信号，P_out代表所述输出复信号的信号功率。

上述阵列天线抗干扰装置中各个功能模块的具体实现方式及计算公式均与步骤S1至S4中相同，这里便不再赘述。

本申请实施例提供的一种阵列天线抗干扰的方法及装置，通过对N个射频通道对应的N组数字复信号进行自适应选取计算，可以解决目前阵列天线抗干扰技术存在的部分角度抗干扰效果减弱的问题；本发明的整个过程可以集成在FPGA中实现，有利于装置的小型化设计；本发明方法适用于导航、通信、雷达、声呐等领域的阵列天线抗干扰设备，具有较强的实用性。

上面对本申请的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本申请的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本申请旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (10)

1.一种阵列天线抗干扰的方法，其特征在于，包括：

接收经过数字正交插值处理后的N个射频通道对应的N组数字复信号，所述N为大于1的整数；

生成与所述N组数字复信号对应的互相关系数矩阵；

利用所述互相关系数矩阵，计算与预设的自适应选取条件相符的约束导向矢量；

在所述约束导向矢量的基础上，结合预设的最优准则，确定抗干扰权值。

2.如权利要求1所述的一种阵列天线抗干扰的方法，其特征在于，所述生成与所述N组数字复信号对应的互相关系数矩阵具体包括：

计算所述N组数字复信号中每一组数字复信号与其它各组数字复信号之间的互相关系数；

利用所述N组数字复信号中每一组数字复信号对应的互相关系数构成与所述N组数字复信号对应的互相关系数矩阵。

3.如权利要求2所述的一种阵列天线抗干扰的方法，其特征在于，按照下述公式计算所述N组数字复信号中每一组数字复信号与其它各组数字复信号之间的互相关系数：

${\mathrm{\ρ}}_{mn}=\frac{E\[x_m^{*}{x}_n\]}{\sqrt{P_m{P}_n}}$

P_m＝E[|x_m|²]

P_n＝E[|x_n|²]

其中，m不等于n，x_m表示第m个射频通道对应的数字复信号，x_n表示第n个射频通道对应的数字复信号，P_m表示第m个射频通道对应的数字复信号的信号功率，P_n表示第n个射频通道对应的数字复信号的信号功率，ρ_mn表示第m个射频通道对应的数字复信号和第n个射频通道对应的数字复信号之间的互相关系数。

4.如权利要求1所述的一种阵列天线抗干扰的方法，其特征在于，所述预设的自适应选取条件包括平均互相关系数为最大值；

相应地，所述利用所述互相关系数矩阵，计算与预设的自适应选取条件相符的约束导向矢量具体包括：

计算所述N组数字复信号中每一组数字复信号对应的互相关系数的平均值；

确定所述互相关系数的平均值最大的射频通道的标识；

根据确定的所述射频通道的标识，生成约束导向矢量。

5.如权利要求4所述的一种阵列天线抗干扰的方法，其特征在于，按照下述公式计算所述N组数字复信号中每一组数字复信号对应的互相关系数的平均值：

${\mathrm{\ρ}}_m=\frac{\underset{k=1,k\≠m}{\overset{M}{\Σ}}\left|{\mathrm{\ρ}}_{mk}\right|}{M-1}$

其中，ρ_m表示第m组数字复信号对应的互相关系数的平均值，ρ_mk表示第m组数字复信号对应的互相关系数。

6.如权利要求1所述的一种阵列天线抗干扰的方法，其特征在于，所述预设的最优准则包括线性约束最小方差准则；

相应地，结合预设的最优准则，在所述约束导向矢量的基础上，可按照下述公式确定抗干扰权值：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{W}{min}{P}_{out}=E\left\{\right|y\left(n\right){|}^2\}\\ W^{H}s=1\end{array}\right.$

其中，s为所述约束导向矢量，W为抗干扰权值，y(n)代表利用抗干扰权值加权处理后的输出复信号，P_out代表所述输出复信号的信号功率。

7.一种阵列天线抗干扰的装置，其特征在于，所述装置包括通道互相关系数计算单元，参考阵元自适应选取单元以及杭干扰权值计算单元，其中，

所述互相关系数计算单元用于接收经过数字正交插值处理后的N个射频通道对应的N组数字复信号，所述N为大于1的整数并且生成与所述N组数字复信号对应的互相关系数矩阵；

所述参考阵元自适应选取单元用于利用所述互相关系数矩阵，计算与预设的自适应选取条件相符的约束导向矢量；

所述杭干扰权值计算单元用于在所述约束导向矢量的基础上，结合预设的最优准则，确定抗干扰权值。

8.如权利要求7所述的一种阵列天线抗干扰的装置，其特征在于，所述预设的自适应选取条件包括平均互相关系数为最大值；

相应地，所述参考阵元自适应选取单元具体包括：

平均值计算模块，用于计算所述N组数字复信号中每一组数字复信号对应的互相关系数的平均值；

标识确定模块，用于确定所述互相关系数的平均值最大的射频通道的标识；

约束导向矢量生成模块，用于根据确定的所述射频通道的标识，生成约束导向矢量。

9.如权利要求8所述的一种阵列天线抗干扰的装置，其特征在于，所述平均值计算模块按照下述公式计算所述N组数字复信号中每一组数字复信号对应的互相关系数的平均值：

${\mathrm{\ρ}}_m=\frac{\underset{k=1,k\≠m}{\overset{M}{\Σ}}\left|{\mathrm{\ρ}}_{mk}\right|}{M-1}$

其中，ρ_m表示第m组数字复信号对应的互相关系数的平均值，ρ_mk表示第m组数字复信号对应的互相关系数。

10.如权利要求7所述的一种阵列天线抗干扰的装置，其特征在于，所述预设的最优准则包括线性约束最小方差准则；

相应地，结合预设的最优准则，在所述约束导向矢量的基础上，可按照下述公式确定抗干扰权值：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{W}{min}{P}_{out}=E\left\{\right|y\left(n\right){|}^2\}\\ W^{H}s=1\end{array}\right.$

其中，s为所述约束导向矢量，W为抗干扰权值，y(n)代表利用抗干扰权值加权处理后的输出复信号，P_out代表所述输出复信号的信号功率。