CN106970400A - 一种功率增强背景下天线阵抗干扰处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于阵列信号处理技术领域，具体涉及一种功率增强背景下天线阵抗干扰处理方法。该方法包括以下步骤：(S1)在无干扰的情况下，估计天线阵各个通道的接收功率；(S2)在干扰的情况下，计算接收信号的相关矩阵的最大似然估计；(S3)计算相关矩阵预处理结果，根据接收功率，接收信号的相关矩阵的最大似然估计；(S4)计算所述步骤(S3)中相关矩阵预处理结果的权值；(S5)对接收信号进行阵列加权，输出抗干扰处理后的信号。本发明利用无干扰条件下的接收功率(包括信号与噪声功率)，估计出相关矩阵后，对相关矩阵进行预处理，再利用功率倒置准则进行抗干扰，可实现抑制导航信号功率大幅度衰减的目的。

Description

一种功率增强背景下天线阵抗干扰处理方法

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，特别是天线阵抗干扰技术，具体涉及一种功率增强背景下天线阵抗干扰处理方法。

背景技术

尽管GPS在军事和民用领域已经得到了广泛的发展，但它的准确性、完好性、连续性和有效性对于航空导航等应用来说还有待进一步提高。在20世纪90年代末期，美国政府提出了提升军用和民用全球定位系统(GPS，Global Position System)性能的GPS现代化计划。现代化计划中的一个重要特征是：到2020年，GPS将具有优良的导航战性能，至少在战场区域可使导航信号增强30dB，这将使得地面接收机接收信号的信噪比由原来的-30dB提升到0dB左右，甚至有可能超过0dB。北斗全球导航系统也将计划采用点波束对特定区域进行信号增强。除了星基增强系统外，伪卫星增强系统也是实现信号增强的一种重要方式。随着信号功率的增强，接收端的抗干扰性能也将随着提高。但是，对于无抗干扰性能的接收机来说，仅仅依靠信号的增强还远远不能满足抗干扰的需求。因此，全球卫星导航系统(GNSS，Global Navigation Satellite Systems)实现信号增强以后，其仍然需要具备优越的抗干扰性能。天线阵接收机能够抑制宽带干扰，是一种在军事上应用的最优选择。以功率倒置(Power Inversion，缩写PI)准则为代表的抗干扰方法在工程中应用广泛，因为其不需要先验信息，且干扰抑制效果较好。但是，如果在信号增强的条件下仍然采用PI准则，天线阵有可能把信号视为干扰而进行抑制，这将直接导致信号能量的大幅度衰减。解决功率增强条件下天线阵抗干扰引入的信号能力大幅度衰减问题，有助于提高导航接收机的导航战能力、定位精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于利用天线阵在功率增强背景下，既能抑制干扰又能保护信号避免受到大幅度衰减。针对功率增强背景下天线阵抗干扰会导致导航信号功率严重衰减的问题，设计了一种解决此问题的方法，其结构简单，易于实现，在自适应类天线阵抗干扰算法的研究和开发中具有实用价值，提升了卫星导航接收机天线阵抗干扰技术。具体技术方案如下：

一种功率增强背景下天线阵抗干扰处理方法，包括以下步骤：

(S1)在无干扰的情况下，估计天线阵各个通道的接收功率，第n个通道的接收功率P_n表示为：

其中，x_n(i)为第n个通道在i时刻的采样值，L为功率估计所需的数据长度，i＝1,2,…,L，H表示矩阵共轭转置符号；n,i,L均取整数；

(S2)在干扰的情况下，计算接收信号的相关矩阵的最大似然估计R_xx：

其中，K表示接收信号的数据长度，x(j)为天线阵在j时刻的接收信号；j＝1,2,…,K；K为整数；

(S3)计算相关矩阵预处理结果R′_xx；根据接收功率P_n和接收信号的相关矩阵的最大似然估计R_xx，按照下式进行处理得到预处理结果R′_xx：

其中M为天线阵的阵元个数；阵元个数M与天线阵通道数相同；

(S4)计算所述步骤(S3)中相关矩阵预处理结果R′_xx的权值w：

上式中，μ为权值的归一化常数，b＝[1 0 … 0]^T为约束矢量，T为转置符号；

(S5)对接收信号进行阵列加权，输出抗干扰处理后的信号y(t)：

y(t)＝w^Hx(t) (5)

其中，x(t)表示接收信号，t表示时间。

进一步地，所述功率估计所需的数据长度L取值为1024。

进一步地，所述天线阵的阵型为直线阵列或平面阵列或立体阵列。

采用本发明获得的有益效果：本发明利用无干扰条件下的接收功率(包括信号与噪声功率)，估计出相关矩阵后，对相关矩阵进行预处理，再利用功率倒置准则进行抗干扰，可实现抑制导航信号功率大幅度衰减的目的。本发明方法适用于任意阵型(直线阵列、平面阵列、立体阵列等)、任意干扰信号频率以及任意干扰数量的情况。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是采用本发明方法的实施例效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明方法作进一步说明。

如图1所示为本发明方法流程示意图。本发明的技术方案是提供一种抑制导航信号功率大幅度衰减的自适应抗干扰处理方法，以确保功率增强提升导航系统导航战能力的意义。具体步骤为：

(S1)在无干扰的情况下，估计天线阵各个通道的接收功率，第n个通道的接收功率P_n表示为：

其中，x_n(i)为第n个通道在i时刻的采样值，L为功率估计所需的数据长度，i＝1,2,…,L，H表示矩阵共轭转置符号；图1中x₁(t),…,x_N(t)为通道1至通道N的输入信号，t表示时间，N为通道总个数。

输入信号经多通道ADC(模数转换电路)进行模数转换，用于后面的信号处理。

(S2)在干扰的情况下，计算接收信号的相关矩阵的最大似然估计R_xx：

其中，K表示接收信号的数据长度，x(j)为天线阵在j时刻的接收信号；j＝1,2,…,K；E(·)表示求矩阵均值，x(t)表示接收信号。

(S3)计算相关矩阵预处理结果R′_xx，根据接收功率P_n，接收信号的相关矩阵的最大似然估计R_xx，按照下式进行处理得到预处理结果R′_xx：

其中M为天线阵的阵元个数；阵元个数M与天线阵通道数相同；

(S4)计算所述步骤(S3)中相关矩阵预处理结果R′_xx的权值w：

上式中，μ为权值的归一化常数，b＝[1 0 … 0]^T为约束矢量，T为转置符号；约束向量中元素个数为M个，1个1，(M-1)个0。

(S5)对接收信号进行抗干扰阵列加权，输出处理后的信号y(t)：

y(t)＝w^Hx(t) (5)

其中，x(t)表示接收信号，t表示时间。

对阵列输出信号按照传统的捕获、跟踪、定位解算等导航接收机处理流程进行处理，通过上述步骤可以使得导航信号功率的大幅度衰减得到抑制。如图2所示，为采用本发明方法的实施例效果图。从图中得知，随着输入信号信噪比的增加，传统方法会导致信号功率的严重衰减，本发明方法对相关矩阵进行预处理后信号功率的衰减程度得到有效缓解。

以上所述仅为本发名的较佳实施范例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种功率增强背景下天线阵抗干扰处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(S1)在无干扰的情况下，估计天线阵各个通道的接收功率，第n个通道的接收功率P_n表示为：

$P_n=\frac{1}{L}\underset{i=1}{\overset{L}{\Σ}}{x}_n\left(i\right)x_n^H\left(i\right)---\left(1\right)$

其中，x_n(i)为第n个通道在i时刻的采样值，L为功率估计所需的数据长度，i＝1,2,…,L，H表示矩阵共轭转置符号；

(S2)在干扰的情况下，计算接收信号的相关矩阵的最大似然估计R_xx：

$R_{xx}=\frac{1}{K}\underset{j=1}{\overset{K}{\Σ}}x\left(j\right)x^H\left(j\right)---\left(2\right)$

其中，K表示接收信号的数据长度，x(j)为天线阵在j时刻的接收信号；j＝1,2,…,K；

(S3)计算相关矩阵预处理结果R′_xx，根据接收功率P_n，接收信号的相关矩阵的最大似然估计R_xx，按照下式进行处理得到预处理结果R′_xx：

$R_{xx}^{\′}=R_{xx}-\left[\begin{array}{cccc}{P}_1& 0& \mathrm{...}& 0\\ 0& P_2& \mathrm{...}& 0\\ .& .& & .\\ .& .& \mathrm{...}& .\\ .& .& & .\\ 0& 0& \mathrm{...}& P_M\end{array}\right]---\left(3\right)$

其中M为天线阵的阵元个数；

(S4)计算所述步骤(S3)中相关矩阵预处理结果R′_xx的权值w：

$w={\mathrm{\μR}}_{xx}^{\′-1}b---\left(4\right)$

上式中，μ为权值的归一化常数，b＝[1 0 … 0]^T为约束矢量，T为转置符号；

(S5)对接收信号进行阵列加权，输出处理后的信号y(t)：

y(t)＝w^Hx(t) (5)

其中，x(t)表示接收信号，t表示时间。

2.如权利要求1所述的一种功率增强背景下天线阵抗干扰处理方法，其特征在于：所述功率估计所需的数据长度L取值为1024。

3.如权利要求1所述的一种功率增强背景下天线阵抗干扰处理方法，其特征在于：所述天线阵的阵型为直线阵列或平面阵列或立体阵列。