CN107728104A - 一种改进的卫星导航干扰测向方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改进的卫星导航干扰测向方法，首先对单天线阵元输出矩阵进行单比特量化，对均匀线阵的单比特量化阵列输出矩阵进行FFT变换；然后频域检测，测频并获取频域样本；对频域峰值快拍矢量的快拍数进行统计平均，得到自相关估计，对自相关估计进行特征值分解，构造信号子空间矩阵和噪声子空间矩阵；最终搜索方向矢量到噪声子空间投影的峰值，得到波达方向的估计。本发明采用单比特方法，使得数据位宽降低，简化了FFT变换过程，运算量大大降低，占用的硬件资源减少，极大的简化了测向过程，易于工程实现。

Description

一种改进的卫星导航干扰测向方法

技术领域

本发明属于卫星导航抗干扰领域，涉及一种简化的卫星导航干扰信号测向方法。

背景技术

在卫星导航抗干扰信号处理过程中，确定干扰信号的空间位置，即波达方向(DOA)估计是一个基本问题。最早的超分辨DOA估计方法是著名的MUSIC(多重信号分类：multiplesignal classification)方法。

MUSIC方法属于特征结构的子空间方法，它建立在这样一个基本观察之上：若传感器个数比信源个数多，则阵列数据的信号分量一定位于一个低质的子空间，在一定条件下，这个子空间将唯一确定信号的波达方向，并且可以使用数值稳定的奇异值分解精确确定波达方向。由于在频域中进行DOA估计，MUSIC算法对波达方向估计的性能改进是明显的。但是，该方法需要进行FFT变换，运算量大，占用硬件资源多，硬件集成化程度低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种改进的卫星导航干扰测向方法，能够简化测向过程，易于工程实现。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

第一步，对单天线阵元输出矩阵进行单比特量化，单个阵元在n时刻接收到的射频数字信号其中，x(t)为射频模拟信号；

第二步，对均匀线阵的单比特量化阵列输出矩阵进行FFT变换，得到其中，k＝0,1,...N-1，N是FFT变换的采样点数；

第三步，测频并获取频域样本，对阵元1的单比特量化阵列FFT后的结果搜索谱峰，然后记录谱峰值和相应的频点坐标，其他M-1个阵元取出该频点坐标位置的频域复数值，对应M个阵元得到M个峰值，称为频域峰值快拍矢量X(f)，该矢量是一个M×P的矩阵，其中M是阵元个数，P是信源个数，f为信源的频点位置标记；

第四步，对频域峰值快拍矢量X(f)的快拍数进行统计平均，得到M×M维的自相关估计

第五步，对自相关估计进行特征值分解，用数值自大向小排列的前P个特征值对应的特征矢量构成信号子空间矩阵S，用其余M-P个特征值对应的特征矢量构成噪声子空间矩阵G；

第六步，搜索方向矢量到噪声子空间投影的峰值，得到波达方向的估计；搜索函数其中，a(w)为方向矢量。

本发明的有益效果是：采用单比特方法，使得数据位宽降低；由于数据位宽少，只有1位，极大的简化了FFT变换过程，省去了乘法运算，只剩下加法运算，运算量大大降低，使得算法实现时占用的硬件资源减少70％以上，可以在一个芯片上实现整个设计，极大的简化了测向过程，易于工程实现。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明的算法流程如图1所示，实现步骤如下：

第一步：对单天线阵元输出矩阵进行单比特量化，量化过程如下式：

其中，x(n)为单个阵元在n时刻接收到的射频数字信号；x(t)为射频模拟信号。

第二步：对均匀线阵的单比特量化阵列输出矩阵x(n)进行FFT变换，变换公式如下：

其中N是FFT变换的采样点数；

第三步：频域检测，测频并获取频域样本。对阵元1的单比特量化阵列FFT后的结果搜索谱峰，然后记录谱峰值和相应的频点坐标，其他M-1个阵元取出该频点坐标位置的频域复数值，对应M个阵元得到M个峰值，称为频域峰值快拍矢量X(f)，该矢量是一个M×P的矩阵，其中M是阵元个数，P是信源个数，f为信源的频点位置标记。

第四步：对频域峰值快拍矢量X(f)的快拍数进行统计平均，得到自相关估计，计算表达式如下：

其中，P为信源个数；上标H为共轭转置运算符；的维数大小为M×M。

第五步：对自相关估计进行特征值分解，用P个大特征值(数值自大向小排列的前P个)对应的特征矢量构成信号子空间矩阵S，用M-P个小特征值对应的特征矢量构成噪声子空间矩阵G(P为信源个数，M为阵元数)；

第六步：搜索方向矢量到噪声子空间投影的峰值，得到波达方向的估计。搜索函数表达式如下：

其中a(w)为方向矢量，G为噪声子空间矩阵，上标H为共轭转置运算符。

本发明适用于GPS、BDS和GLONASS卫星导航系统干扰来向检测。以8单元均匀线阵检测2个不同方向干扰源来向为例阐述本发明的具体实施方式。

步骤1：对8单元均匀线阵各阵元输出矩阵依次进行单比特量化，数据采样快拍数n＝1024，计算过程如下：

步骤2：对均匀线阵的单比特量化阵列输出矩阵x(n)进行FFT变换，变换公式如下：

步骤3：频域检测，测频并获取频域样本。对阵元1的单比特量化阵列FFT后的结果搜索谱峰，然后记录谱峰值和相应的频点坐标，其他7个阵元根据频点坐标取出相应位置的频域复数值，对应8个阵元得到8个峰值，称为频域峰值快拍矢量X(f)，该矢量是一个8×2的矩阵。

步骤4：对频域峰值快拍矢量X(f)进行统计平均，得到自相关估计，计算表达式如下：

其中，2是信源个数；上标H为共轭转置运算符；的维数大小为8×8。

步骤5：依次对自相关估计进行特征值分解，用2个大特征值对应的特征矢量构成信号子空间S，用6个小特征值对应的特征矢量构成噪声子空间G。

步骤6：搜索方向矢量到噪声子空间投影的峰值，得到波达方向的估计。搜索函数表达式如下：

其中a(w)为方向矢量，G为噪声子空间矩阵，上标H为共轭转置运算符。

至此，完成对8单元均匀线阵检测2个不同方向干扰源来向检测。

Claims (1)

1.一种改进的卫星导航干扰测向方法，其特征在于包括下述步骤：

第一步，对单天线阵元输出矩阵进行单比特量化，单个阵元在n时刻接收到的射频数字信号其中，x(t)为射频模拟信号；

第二步，对均匀线阵的单比特量化阵列输出矩阵进行FFT变换，得到其中，k＝0,1,...N-1，N是FFT变换的采样点数；

第三步，测频并获取频域样本，对阵元1的单比特量化阵列FFT后的结果搜索谱峰，然后记录谱峰值和相应的频点坐标，其他M-1个阵元取出该频点坐标位置的频域复数值，对应M个阵元得到M个峰值，称为频域峰值快拍矢量X(f)，该矢量是一个M×P的矩阵，其中M是阵元个数，P是信源个数，f为信源的频点位置标记；

第四步，对频域峰值快拍矢量X(f)的快拍数进行统计平均，得到M×M维的自相关估计

第五步，对自相关估计进行特征值分解，用数值自大向小排列的前P个特征值对应的特征矢量构成信号子空间矩阵S，用其余M-P个特征值对应的特征矢量构成噪声子空间矩阵G；

第六步，搜索方向矢量到噪声子空间投影的峰值，得到波达方向的估计；搜索函数其中，a(w)为方向矢量。