CN114839652A - 阵列误差下的稳健欺骗式干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阵列误差下的稳健欺骗式干扰抑制方法，采用阵列天线接收数据，进行解扩处理后，选择合适的门限，即可用来判断接收数据中是否有欺骗式干扰，根据归一化导向矢量的归一化系数即可区分信号的导向矢量与欺骗式干扰信号的导向矢量，根据所有接收信号的导向矢量信息建立信号子空间与干扰子空间，沿着干扰子空间向信号子空间斜投影完成干扰信号抑制与期望信号保形。本发明接收信号通过解扩处理获得信号导向矢量，避免角度估计不准确导致子空间建立出现误差。在卫星信号受到转发式欺骗干扰时可分辨出欺骗式干扰，并且相比于传统的基于空间到达角估计的欺骗式干扰抑制方法，本方法不会出现角度估计误差引起的干扰抑制效果变差的现象。

Description

阵列误差下的稳健欺骗式干扰抑制方法

技术领域

本发明涉及信号干扰领域，尤其是存在一定阵列误差下卫星导航欺骗式干扰稳健抑制方法，适用于存在导向矢量误差下采用斜投影技术实现对期望信号保形对干扰信号调零。

背景技术

欺骗式干扰在人为干扰中对导航接收机具有很强的危害性，它能通过与卫星信号相同的信号结构欺骗甚至是控制目标接收机，空域抗干扰技术能有效地抑制欺骗式干扰，其中应用较为广泛的是仅需入射信号空间信息的保形调零技术。保形调零技术不仅能对干扰信号有很深的零陷抑制效果，而且能尽可能的保持期望卫星信号方向上的增益。但是，大多数保形调零算法都需要对期望信号子空间与干扰信号子空间有着高精度的估计，当阵列接收信号导向矢量存在一定误差时，估计出的信号子空间将会与真实的信号子空间相差较大，阵列将不会在期望卫星信号来向产生保形效果；另外干扰子空间也会产生一定的偏差，导致干扰抑制效果很差，阵列方向图零陷位置生成在了错误的位置，大大降低了干扰抑制的稳健性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种阵列误差下的稳健欺骗式干扰抑制方法，适用于本地已知扩频码的卫星导航信号，通过解扩技术在阵列接收数据中直接提取对应扩频码的所有信号的导向矢量信息，避免角度估计产生的误差，以提取出的入射信号导向矢量建立信号子空间与干扰子空间，沿着干扰子空间向信号子空间斜投影完成干扰信号抑制与期望信号保形。

本发明利用扩频码良好的自相关特性，采用阵列天线接收数据，在传统的导航接收机跟踪模块前加入预处理模块，将传统的捕获模块改进为具有输出信号导向矢量的解扩模块。因进行解扩处理后，载波相位信息被保留，阵元间的相位差被保留，即解扩会将一个扩频码周期内的信号集中于一点，在本地码与接收信号对齐时的相关值那一点，信号中的扩频码会与本地扩频码相关为一个常数值，只剩下接收信号中的载波信息，不同的阵元之间由于到达时间的不同产生的相位信息也不同，而这些相位信息共同组成了阵列在该信号上的导向矢量，此外，对同一扩频码而言，在没有欺骗式干扰时只会产生一个极大值，选择合适的门限，即可用来判断接收数据中是否有欺骗式干扰，由于欺骗式干扰一般会比真实信号高一定的信噪比，根据归一化导向矢量的归一化系数即可区分信号的导向矢量与欺骗式干扰信号的导向矢量。根据所有接收信号的导向矢量信息建立信号子空间与干扰子空间，沿着干扰子空间向信号子空间斜投影完成干扰信号抑制与期望信号保形。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)对阵列天线接收到的信号，每个阵元作为一个通道，作下变频与AD采样量化后转化为中频数字信号s(nTs)，nTs为第n个采样点，Ts为采样频率；

2)对本地C/A码进行调制，载波信号频率为中频频率f，用同样的AD采样频率将其转化为数字信号；

3)取某一颗卫星的长度为1ms的本地已调C/A码信号与1ms接收信号进行串行捕获，码相位偏移表现为每隔1个采样点偏移一次；

4)对每一个通道取该通道相关后，所有超过门限值的相关值x₁＝[x₁,x₂,…,x_M]，M为入射信号中采用该扩频码扩频的所有信号个数，x₁包含有接收信号的相位信息；

5)得出所有通道经捕获处理后的相关值矩阵x＝[x₁,x₂,…,x_N]^T，N为阵列总阵元数；

6)矩阵x即为扩频码所能提取出的所有入射信号的导向矢量信息，导向矢量都是含有阵列误差信息的；对x中每一列进行归一化，取最小的归一化系数对应的向量作为卫星信号导向矢量，其余为欺骗式干扰导向矢量；

7)所有扩频码都相关完成后，将所有卫星信号导向矢量张成信号子空间A，所有干扰信号导向矢量张成干扰子空间B；

8)沿着干扰子空间向信号子空间斜投影抑制干扰，投影矩阵为

其中

为B的正交补空间；

9)用投影矩阵乘以阵列接收到的数据，即可完成欺骗式干扰抑制的同时保持阵列在卫星来向上的增益。

所述步骤1)中，阵列接收到的模拟信号经射频下变频与滤波及AD采样后信号构成为：

其中，P_s表示PRN1卫星的发射功率，c表示PRN1卫星的C/A码，f_H表示中频，f_D表示PRN1卫星信号的多普勒频移，θ_s表示PRN1卫星到达阵列天线的相位信息，P_j表示转发的欺骗式干扰的发射功率，θ_j表示转发的欺骗式干扰到达阵列天线的相位信息，η表示噪声，nTs表示第n个采样点。

本发明的有益效果在于：

第一：接收信号通过解扩处理获得信号导向矢量，相比于获得角度信息而言保留了阵列自身误差，避免角度估计不准确导致子空间建立出现误差。

第二：本发明介绍的方法，在卫星信号受到转发式欺骗干扰时可分辨出欺骗式干扰，并且相比于传统的基于空间到达角估计的欺骗式干扰抑制方法，本方法不会出现角度估计误差引起的干扰抑制效果变差的现象。

附图说明

图1为阵列误差下稳健欺骗干扰抑制步骤示意图。

图2为存在欺骗干扰时的采用本方法抑制干扰时的阵列方向图。

图3为抑制干扰后阵列输出信干噪比随输入信噪比的变化情况。

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。

本发明阵列采用七阵元均匀线阵，接收信号为GPS卫星信号，到达地面时的信噪比默认为-20dB，存在的噪声默认为高斯白噪声。真实卫星信号有4个PRN1、PRN6、PRN16、PRN24，分别以12°、48°、102°、150°方位角入射阵列，一个欺骗式干扰转发PRN1号卫星信号以37°方向入射阵列，阵列本身导向矢量存在误差，本发明提供了一种阵列误差下的稳健欺骗干扰抑制方法，信号结构分析以PRN1为例，其他星号的卫星参考此分析，具体实施方式如下：

步骤一：阵列接收到的模拟信号经射频下变频与滤波及AD采样后信号构成为：

其中，P_s表示PRN1卫星的发射功率，c表示PRN1卫星的C/A码，f_H表示中频，f_D表示PRN1卫星信号的多普勒频移，θ_s表示PRN1卫星到达阵列天线的相位信息，P_j表示转发的欺骗式干扰的发射功率，θ_j表示转发的欺骗式干扰到达阵列天线的相位信息，η表示噪声，nTs表示第n个采样点。

步骤二：对PRN1卫星信号的本地C/A码进行调制，调制完成后信号模型为：s_c(nTs)＝c(nTs)exp(j[2πf_HnTs])

步骤三：采用本地已调C/A码对该通道中的所有包含该扩频码的信号成分进行解扩，由于存在欺骗式干扰，会有两个超过判决门限的相关值，卫星信号的为

N表示1ms内的信号采样点数，R(.)表示C/A码的相关函数，△τ是采样点偏移量，对齐时△τ＝0，噪声与其他扩频信号由于与C/A码相关性近乎为0，这里已忽略，欺骗干扰的信号为

步骤四：对其他阵元通道采用从样的方法。由于y_s和y_j中除了相位外，其他都是常数，于是各通道间只存在相位上的不同，并且导向矢量误差依然存在于各通道的y_s和y_j内；

步骤五：对以上各个通道解扩后得到的超过门限的相关值形成列矢量后归一化处理并作为卫星信号导向矢量，若某一扩频码解扩出的列矢量列数大于1，根据它们归一化系数之间的大小判断出欺骗干扰，归一化系数较大的那一列判断为干扰信号导向矢量。

步骤六：以各个卫星信号导向矢量建立信号子空间A_s，各个干扰信号导向矢量建立干扰子空间A_j

步骤七：沿着干扰子空间向信号子空间斜投影完成欺骗干扰抑制。抑制干扰时的天线阵列方向图如图2所示，采用本方法抑制干扰后阵列输出信干噪比随输入信噪比的变化曲线与直接估计角度后正交投影抑制干扰方法的对比图如图3所示。

Claims (2)

1.一种阵列误差下的稳健欺骗式干扰抑制方法，其特征在于包括下述步骤：

1)对阵列天线接收到的信号，每个阵元作为一个通道，作下变频与AD采样量化后转化为中频数字信号s(nTs)，nTs为第n个采样点，Ts为采样频率；

2)对本地C/A码进行调制，载波信号频率为中频频率f，用同样的AD采样频率将其转化为数字信号；

3)取某一颗卫星的长度为1ms的本地已调C/A码信号与1ms接收信号进行串行捕获，码相位偏移表现为每隔1个采样点偏移一次；

4)对每一个通道取该通道相关后，所有超过门限值的相关值x₁＝[x₁,x₂,…,x_M]，M为入射信号中采用该扩频码扩频的所有信号个数，x₁包含有接收信号的相位信息；

5)得出所有通道经捕获处理后的相关值矩阵x＝[x₁,x₂,…,x_N]^T，N为阵列总阵元数；

6)矩阵x即为扩频码所能提取出的所有入射信号的导向矢量信息，导向矢量都是含有阵列误差信息的；对x中每一列进行归一化，取最小的归一化系数对应的向量作为卫星信号导向矢量，其余为欺骗式干扰导向矢量；

7)所有扩频码都相关完成后，将所有卫星信号导向矢量张成信号子空间A，所有干扰信号导向矢量张成干扰子空间B；

8)沿着干扰子空间向信号子空间斜投影抑制干扰，投影矩阵为

其中

为B的正交补空间；

9)用投影矩阵乘以阵列接收到的数据，即可完成欺骗式干扰抑制的同时保持阵列在卫星来向上的增益。

2.根据权利要求1所述的阵列误差下的稳健欺骗式干扰抑制方法，其特征在于：

所述步骤1)中，阵列接收到的模拟信号经射频下变频与滤波及AD采样后信号构成为：

其中，P_s表示PRN1卫星的发射功率，c表示PRN1卫星的C/A码，f_H表示中频，f_D表示PRN1卫星信号的多普勒频移，θ_s表示PRN1卫星到达阵列天线的相位信息，P_j表示转发的欺骗式干扰的发射功率，θ_j表示转发的欺骗式干扰到达阵列天线的相位信息，η表示噪声，nTs表示第n个采样点。

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