CN117492049B - 抗干扰条件下的高精度授时方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种抗干扰条件下的高精度授时方法和装置。所述方法包括：获取接收信号，对所述接收信号进行预处理，得到预处理信号；采用抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理，得到抗干扰信号；计算所述抗干扰处理算法采用的滤波器对应的滤波器时延，根据所述滤波器时延对所述抗干扰信号进行时延补偿，得到输出信号，根据所述输出信号进行高精度授时。采用本方法能够使接收机在复杂电磁环境下实现高精度授时。

Description

抗干扰条件下的高精度授时方法和装置
技术领域
本申请涉及卫星导航技术领域，特别是涉及一种抗干扰条件下的高精度授时方法和装置。
背景技术
全球卫星导航系统是一个为用户提供时空信息服务的国家信息基础设施，其关键作用是提供时间/空间参考以及各种与时刻/位置相关的实时动态信息。由于物理上的分散性，全球时间系统无法为相互独立的各个时钟模块提供统一的全局时间信息，而由各个本地时钟分别进行计时。由于这些本地时钟的计时速率、运行环境存在不一致性，因此这些本地时钟的时间信息需要经常校正（即时间同步），授时技术即是实现时间同步的重要技术手段。通信系统、电力系统、金融系统、导航系统，其有效运行都依赖于高精度时间同步。
在复杂电磁环境下，特别是在进行导航对抗时，卫星导航接收机由于受到干扰影响无法为用户提供正常的定位授时服务，需要进行抗干扰处理，而现有卫星导航接收机在抗干扰条件下无法达到高精度授时的要求。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种抗干扰条件下的高精度授时方法和装置。
一种抗干扰条件下的高精度授时方法，所述方法包括：
获取接收信号，对所述接收信号进行预处理，得到预处理信号；
采用抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理，得到抗干扰信号；
计算所述抗干扰处理算法采用的滤波器对应的滤波器时延，根据所述滤波器时延对所述抗干扰信号进行时延补偿，得到输出信号，根据所述输出信号进行高精度授时。
在其中一个实施例中，还包括：采用时域抗干扰处理算法或空时域抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理。
在其中一个实施例中，还包括：采用时域抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理时，根据时域滤波器的阶数和采样频率计算对应的滤波器时延。
在其中一个实施例中，还包括：采用空时域抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理时，根据每一阵列天线各通道上时域滤波器的阶数和采样频率计算对应的滤波器时延。
在其中一个实施例中，还包括：对每一阵列天线各通道进行通道校正，以使校正后各通道对应的滤波器时延一致。
在其中一个实施例中，还包括：根据每一阵列天线各通道信号的幅度和相位误差因子，得到误差矩阵；根据所述误差矩阵得到校正矩阵，利用所述误差矩阵和所述校正矩阵对各通道进行校正。
在其中一个实施例中，还包括：对所述预处理信号进行干扰检测，得到所述预处理信号的检测结果；所述检测结果包括有干扰的预处理信号和无干扰的预处理信号。
在其中一个实施例中，还包括：根据所述无干扰的预处理信号进行高精度授时。
在其中一个实施例中，还包括：对所述接收信号进行前置滤波放大处理及信号下变频处理，得到预处理信号。
一种抗干扰条件下的高精度授时装置，所述装置包括：
信号预处理模块，用于获取接收信号，对所述接收信号进行预处理，得到预处理信号；
抗干扰处理模块，用于采用抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理，得到抗干扰信号；
授时模块，用于计算所述抗干扰处理算法采用的滤波器对应的滤波器时延，根据所述滤波器时延对所述抗干扰信号进行时延补偿，得到输出信号，根据所述输出信号进行高精度授时。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取接收信号，对所述接收信号进行预处理，得到预处理信号；
采用抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理，得到抗干扰信号；
计算所述抗干扰处理算法采用的滤波器对应的滤波器时延，根据所述滤波器时延对所述抗干扰信号进行时延补偿，得到输出信号，根据所述输出信号进行高精度授时。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取接收信号，对所述接收信号进行预处理，得到预处理信号；
采用抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理，得到抗干扰信号；
计算所述抗干扰处理算法采用的滤波器对应的滤波器时延，根据所述滤波器时延对所述抗干扰信号进行时延补偿，得到输出信号，根据所述输出信号进行高精度授时。
上述抗干扰条件下的高精度授时方法和装置，通过抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理，并对抗干扰处理算法采用的滤波器进行时延估计，得到滤波器时延，利用滤波器时延对信号进行时延补偿，实现抗干扰条件下的高精度授时。本发明实施例，能够使接收机在复杂电磁环境下实现高精度授时。
附图说明
图1为一个实施例中抗干扰条件下的高精度授时方法的流程示意图；
图2为一个具体实施例中抗干扰条件下的高精度授时方法的流程示意图；
图3为一个实施例中抗干扰条件下的高精度授时装置的结构框图；
图4为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种抗干扰条件下的高精度授时方法，包括以下步骤：
步骤102，获取接收信号，对接收信号进行预处理，得到预处理信号。
步骤104，采用抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理，得到抗干扰信号。
步骤106，计算抗干扰处理算法采用的滤波器对应的滤波器时延，根据滤波器时延对抗干扰信号进行时延补偿，得到输出信号，根据输出信号进行高精度授时。
在本发明中，抗干扰处理算法采用的滤波器为时域滤波器。
上述抗干扰条件下的高精度授时方法中，通过抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理，并对抗干扰处理算法采用的滤波器进行时延估计，得到滤波器时延，利用滤波器时延对信号进行时延补偿，实现抗干扰条件下的高精度授时。本发明实施例，能够使接收机在复杂电磁环境下实现高精度授时。
在一个实施例中，采用抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理包括：采用时域抗干扰处理算法或空时域抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理。
在一个实施例中，采用时域抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理时，根据时域滤波器的阶数和采样频率计算对应的滤波器时延。
在一个实施例中，采用空时域抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理时，根据每一阵列天线各通道上时域滤波器的阶数和采样频率计算对应的滤波器时延。
在一个实施例中，在根据每一阵列天线各通道上时域滤波器的阶数和采样频率计算对应的滤波器时延之前，还包括：对每一阵列天线各通道进行通道校正，以使校正后各通道对应的滤波器时延一致。在本实施例中，接收机使用空时域抗干扰技术的情况下阵列天线各通道可能存在通道非理想状况，阵列天线的多个通道特性不一致可能导致每个通道的时延不一致，进行通道校正能够对恒幅度和线性相位进行校正，校正后每个通道的时延是一致的，从而提高各通道时延估计的准确性，提高信号授时精度。
在一个实施例中，对每一阵列天线各通道进行通道校正包括：根据每一阵列天线各通道信号的幅度和相位误差因子，得到误差矩阵；根据误差矩阵得到校正矩阵，利用误差矩阵和校正矩阵对各通道进行校正。
在一个实施例中，在采用抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理之前，还包括：对预处理信号进行干扰检测，得到预处理信号的检测结果；检测结果包括有干扰的预处理信号和无干扰的预处理信号。
在一个实施例中，根据无干扰的预处理信号进行高精度授时。
在一个实施例中，对接收信号进行预处理，得到预处理信号的步骤，包括：对接收信号进行前置滤波放大处理及信号下变频处理，得到预处理信号。
在一个具体实施例中，如图2所示，提供了一种抗干扰条件下的高精度授时方法的流程示意图，具体流程包括：
S1，对经由天线接收到的卫星导航信号进行预处理。
预处理包括前置滤波放大处理及信号下变频处理。信号放大处理包括利用前置滤波器与前置放大器的滤波放大，滤除接收信号中混杂的噪声，并将信号放大；信号变频处理包括利用本地振荡器产生的本振信号对卫星导航信号进行混频，使得卫星导航信号频率由高频降低到低中频，以便于进行数字采样及后续处理。
S2，通过信号检测，确定经预处理的卫星导航信号中是否存在干扰。
S3，对存在干扰的信号进行抗干扰处理，并对抗干扰过程中产生的滤波器时延进行补偿。
对于时域抗干扰处理：利用N-1阶FIR滤波器进行时域抗干扰处理，输入信号为，滤波器的传输函数为：/>，则抗干扰后的输出信号为。时延补偿处理包括：根据滤波器阶数N及采样频率/>计算上述FIR滤波器的时延/>，根据计算得到的时延对抗干扰后的信号进行时延补偿。
对于空时域抗干扰处理：利用空时域抗干扰模型进行抗干扰处理， M个阵列通道均包含一个N-1阶FIR滤波器，输入信号分别为，滤波器的传输函数为：，则每一个通道的输出信号为/>，最终经过阵列加权后的输出信号为/>。时延补偿处理包括：由于阵列各通道存在通道非理想状况，故首先对阵列天线的各通道进行通道校正，其次根据滤波器阶数N及采样频率/>计算各通道FIR滤波器的时延/>，根据计算得到的时延对抗干扰后的信号进行时延补偿；
通道校正包括：首先用复数因子来表征各个通道的幅相误差，则通道i的幅相误差为：
，
其中，表示不同的幅度，/>表示相位误差因子。其次选取一个参考通道（以第一个通道为例），测量得到误差矩阵为：
，
设各路通道的理想信号为，则实际信号为/>,可利用校正矩阵对通道进行校正，校正后的信号为：。
第四步，对无干扰的信号或抗干扰处理过的信号进行捕获跟踪，最终获得高精度的授时信息。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图3所示，提供了一种抗干扰条件下的高精度授时装置，包括：信号预处理模块302、抗干扰处理模块304和授时模块306，其中：
信号预处理模块302，用于获取接收信号，对接收信号进行预处理，得到预处理信号；
抗干扰处理模块304，用于采用抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理，得到抗干扰信号；
授时模块306，用于计算抗干扰处理算法采用的滤波器对应的滤波器时延，根据滤波器时延对抗干扰信号进行时延补偿，得到输出信号，根据输出信号进行高精度授时。
在其中一个实施例中，还用于采用时域抗干扰处理算法或空时域抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理。
在其中一个实施例中，还用于采用时域抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理时，根据时域滤波器的阶数和采样频率计算对应的滤波器时延。
在其中一个实施例中，还用于采用空时域抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理时，根据每一阵列天线各通道上时域滤波器的阶数和采样频率计算对应的滤波器时延。
在其中一个实施例中，还用于对每一阵列天线各通道进行通道校正，以使校正后各通道对应的滤波器时延一致。
在其中一个实施例中，还用于根据每一阵列天线各通道信号的幅度和相位误差因子，得到误差矩阵；根据误差矩阵得到校正矩阵，利用误差矩阵和校正矩阵对各通道进行校正。
在其中一个实施例中，还用于对预处理信号进行干扰检测，得到预处理信号的检测结果；检测结果包括有干扰的预处理信号和无干扰的预处理信号。
在其中一个实施例中，还用于根据无干扰的预处理信号进行高精度授时。
在其中一个实施例中，还用于对接收信号进行前置滤波放大处理及信号下变频处理，得到预处理信号。
关于抗干扰条件下的高精度授时装置的具体限定可以参见上文中对于抗干扰条件下的高精度授时方法的限定，在此不再赘述。上述抗干扰条件下的高精度授时装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种抗干扰条件下的高精度授时方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述实施例中方法的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种抗干扰条件下的高精度授时方法，其特征在于，所述方法包括：
获取接收信号，对所述接收信号进行预处理，得到预处理信号；
采用抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理，得到抗干扰信号；
计算所述抗干扰处理算法采用的滤波器对应的滤波器时延，根据所述滤波器时延对所述抗干扰信号进行时延补偿，得到输出信号，根据所述输出信号进行高精度授时；所述滤波器为时域滤波器；
采用抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理包括：采用时域抗干扰处理算法或空时域抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理；
采用空时域抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理时，根据每一阵列天线各通道上时域滤波器的阶数和采样频率计算对应的滤波器时延；
在根据每一阵列天线各通道上时域滤波器的阶数和采样频率计算对应的滤波器时延之前，还包括：
对每一阵列天线各通道进行通道校正，以使校正后各通道对应的滤波器时延一致；
对每一阵列天线各通道进行通道校正包括：
根据每一阵列天线各通道信号的幅度和相位误差因子，得到误差矩阵，根据所述误差矩阵得到校正矩阵，利用所述误差矩阵和所述校正矩阵对各通道进行校正；
根据每一阵列天线各通道信号的幅度和相位误差因子，得到误差矩阵，根据所述误差矩阵得到校正矩阵，利用所述误差矩阵和所述校正矩阵对各通道进行校正，包括：
根据当前通道的幅度以及相位误差因子得到当前通道的幅相误差，分别根据所选参考通道的幅相误差和各个通道的幅相误差得到误差矩阵和校正矩阵；根据误差矩阵和各通道的理想信号得到实际信号，利用校正矩阵对各通道实际信号进行校正；
在采用抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理之前，还包括：
对所述预处理信号进行干扰检测，得到所述预处理信号的检测结果；
所述检测结果包括有干扰的预处理信号和无干扰的预处理信号；
根据所述无干扰的预处理信号进行高精度授时。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用时域抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理时，根据时域滤波器的阶数和采样频率计算对应的滤波器时延。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述接收信号进行预处理，得到预处理信号的步骤，包括：
对所述接收信号进行前置滤波放大处理及信号下变频处理，得到预处理信号。
4.一种抗干扰条件下的高精度授时装置，其特征在于，所述装置包括：
信号预处理模块，用于获取接收信号，对所述接收信号进行预处理，得到预处理信号；
抗干扰处理模块，用于采用抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理，得到抗干扰信号；
授时模块，用于计算所述抗干扰处理算法采用的滤波器对应的滤波器时延，根据所述滤波器时延对所述抗干扰信号进行时延补偿，得到输出信号，根据所述输出信号进行高精度授时；所述滤波器为时域滤波器；
抗干扰处理模块，还用于采用时域抗干扰处理算法或空时域抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理；
抗干扰处理模块，还用于采用空时域抗干扰处理算法对有干扰的预处理信号进行抗干扰处理时，根据每一阵列天线各通道上时域滤波器的阶数和采样频率计算对应的滤波器时延；
授时模块，还用于对每一阵列天线各通道进行通道校正，以使校正后各通道对应的滤波器时延一致；
授时模块，还用于根据每一阵列天线各通道信号的幅度和相位误差因子，得到误差矩阵，根据所述误差矩阵得到校正矩阵，利用所述误差矩阵和所述校正矩阵对各通道进行校正；
授时模块，还用于根据当前通道的幅度以及相位误差因子得到当前通道的幅相误差，分别根据所选参考通道的幅相误差和各个通道的幅相误差得到误差矩阵和校正矩阵；根据误差矩阵和各通道的理想信号得到实际信号，利用校正矩阵对各通道实际信号进行校正；
信号预处理模块，还用于对所述预处理信号进行干扰检测，得到所述预处理信号的检测结果；所述检测结果包括有干扰的预处理信号和无干扰的预处理信号；
授时模块，还用于根据所述无干扰的预处理信号进行高精度授时。
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