專利名稱：導(dǎo)航接收機(jī)盲自適應(yīng)空時(shí)陣列抗干擾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)航接收機(jī)的抗干擾方法。
背景技術(shù)：
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GlobalNavigation Satellite System，GNSS)憑借其高精度 定位、授時(shí)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和全天候、實(shí)時(shí)性、連續(xù)性和被動(dòng)式導(dǎo)航定位的工作特點(diǎn)，不僅可廣 泛應(yīng)用于公路、鐵路、航運(yùn)、電信、公安、消防等部門(mén)和行業(yè)，而且可應(yīng)用在航天器飛行、空間 站交匯對(duì)接、靶場(chǎng)測(cè)控、航空、軍事偵察、戰(zhàn)場(chǎng)單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、智能武器、靈巧炸彈等軍事領(lǐng) 域。美國(guó)的GPS，歐洲的Galileo，俄羅斯的GL0NASS和中國(guó)的BD都屬于GNSS的一種?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是核威懾下的信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，信息和知識(shí)將成為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的主導(dǎo)因素。實(shí) 時(shí)精確位置、速度、時(shí)間和姿態(tài)(PVTA)信息在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中有重要的作用。在可提供PVTA信 息的系統(tǒng)中，從覆蓋范圍和精度看，還沒(méi)有一種其它系統(tǒng)可以和GPS系統(tǒng)比擬。由于其壟斷 地位，對(duì)其干擾及其抗干擾技術(shù)研究也最深入。導(dǎo)航星在離地20000km的軌道上運(yùn)行，由于距離遙遠(yuǎn)加上衛(wèi)星上發(fā)射機(jī)的功率不 可能很大，信號(hào)到達(dá)地面時(shí)已相當(dāng)弱，一個(gè)喜歡引用的例子是1227. 76MHz的L2信號(hào)到達(dá) 地球表面時(shí)最小的信號(hào)強(qiáng)度為_(kāi)165dBw，相當(dāng)于1000英里外一個(gè)25瓦的燈泡發(fā)出的光，或 者說(shuō)，比電視機(jī)天線所接收到的功率低10億倍，可見(jiàn)GPS信號(hào)是相當(dāng)弱的。即使在天頂運(yùn) 行的GPS衛(wèi)星，其信號(hào)到達(dá)接收機(jī)天線是功率不過(guò)3X 10_18W，盡管采用了擴(kuò)頻措施，仍然對(duì) 干擾十分敏感。實(shí)驗(yàn)表明，一臺(tái)ERP (有效輻射功率)IW的調(diào)頻噪聲干擾機(jī)，可使距它22km 范圍內(nèi)的GPS信號(hào)接收機(jī)不能正常工作。一臺(tái)100W的干擾機(jī)，可使距它IOOOkm的GPS信 號(hào)接收機(jī)難以捕獲和跟蹤到GPS信號(hào)。十分有效的GPS干擾機(jī)“曲棍球精靈”(HockeyPimk) 僅需500美元，卻能對(duì)耗資200億美元的GPS系統(tǒng)構(gòu)成很大的威脅。同時(shí)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用的擴(kuò)頻技術(shù)不僅具有多址通信及精密測(cè)距能力，而且具 有很強(qiáng)的抗干擾能力和隱蔽性，已成為現(xiàn)代軍事通信系統(tǒng)中的主要手段，同時(shí)也是民用新 一代移動(dòng)通信的最重要體制CDMA的技術(shù)核心。由于擴(kuò)頻技術(shù)的機(jī)理在于采用相對(duì)寬的頻 帶，因而也為干擾提供了更大可能性，使之受到窄帶干擾和寬帶干擾等各種干擾的攻擊。擴(kuò) 頻系統(tǒng)的抗干擾能力由其擴(kuò)頻處理增益決定。處理增益是通過(guò)增加射頻帶寬實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)達(dá) 到一定限度時(shí)，進(jìn)一步提高處理增益的代價(jià)很大，有時(shí)甚至是不可能的，因此，必須研究其 抗干擾技術(shù)。目前抗干擾技術(shù)已經(jīng)被研究，但還存在很多不足之處1、時(shí)頻域處理可以抑制窄帶干擾，但對(duì)寬帶干擾卻無(wú)能為力。2、現(xiàn)有的陣列天線自適應(yīng)抗干擾方法絕大部分是基于已知信號(hào)波達(dá)角方向(DOA) 的，而實(shí)際中無(wú)論是導(dǎo)航信號(hào)還是干擾信號(hào)的DOA都是未知的，需要預(yù)先采用相應(yīng)的DOA 估計(jì)算法來(lái)估計(jì)導(dǎo)航信號(hào)與干擾信號(hào)的D0A，這給系統(tǒng)增加了不少計(jì)算負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)成 本。而且如果DOA估計(jì)有誤差時(shí)，系統(tǒng)性能?chē)?yán)重下降。3、經(jīng)典的線性約束最小方差(LCMV)算法等雖然在DOA已知情況下能有效抑制干擾，但實(shí)際情況中存在各種陣列通道誤差，經(jīng)典算法的性能大幅度降低，甚至失效。4、一些迭代的閉環(huán)算法雖然計(jì)算量相對(duì)較低，理想情況下收斂效果好，但實(shí)際應(yīng) 用中因?yàn)楦鞣N擾動(dòng)而不收斂。5、由于天線體積的限制，陣元數(shù)不能太大，導(dǎo)致純空域處理抗干擾數(shù)目受到限制。 并且對(duì)寬帶信號(hào)的場(chǎng)合性能下降很多，不能有效抑制寬帶干擾。而空時(shí)處理一方面可以在 不增加陣元的情況下有效增加抗干擾自由度，一方面可以實(shí)現(xiàn)更徹底的寬帶干擾抑制，尤 其對(duì)于實(shí)際中的各種誤差情況，空時(shí)自適應(yīng)處理有更好的。6、空時(shí)處理的計(jì)算量龐大復(fù)雜，本方法可以適當(dāng)降低計(jì)算量而不降低系統(tǒng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的抗干擾技術(shù)抑制寬帶干擾時(shí)，存在計(jì)算量大、誤差嚴(yán)重的 問(wèn)題，提出一種導(dǎo)航接收機(jī)盲自適應(yīng)空時(shí)陣列抗干擾方法。導(dǎo)航接收機(jī)盲自適應(yīng)空時(shí)陣列抗干擾方法，它是基于陣列天線信號(hào)處理系統(tǒng)完成 的，所述陣列天線信號(hào)處理系統(tǒng)包括自適應(yīng)處理模塊、接收機(jī)和M條射頻通道，每條射頻通 道由一個(gè)天線陣元、一個(gè)AD采樣電路和抽頭延時(shí)器組組成，所述抽頭延時(shí)器組由N個(gè)抽頭 延時(shí)器串聯(lián)組成，所述M條射頻通道結(jié)構(gòu)相同，每條射頻通道中的天線陣元的信號(hào)輸出端 與AD采樣電路的信號(hào)出入端相連，AD采樣電路的信號(hào)輸出端與抽頭延時(shí)器組的信號(hào)輸入 端相連，所述抽頭延時(shí)器組的自適應(yīng)調(diào)整信號(hào)輸出端與自適應(yīng)處理模塊的一組通道的自適 應(yīng)調(diào)整信號(hào)輸入端相連，所述自適應(yīng)處理模塊的該組通道的自適應(yīng)調(diào)整反饋信號(hào)輸出端連 接所述抽頭延時(shí)器組的自適應(yīng)抽頭加權(quán)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)輸入端相連，所述抽頭延時(shí)器組的通道信 號(hào)輸出端與接收機(jī)的一個(gè)信號(hào)輸入端相連；所述方法，具體過(guò)程如下步驟一、M個(gè)射頻通道在η時(shí)刻獨(dú)立接收來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)，每個(gè)射頻通道中天線陣 元將接收到的信號(hào)降頻后發(fā)送至所在射頻通道的AD采樣電路；步驟二、每一個(gè)射頻通道內(nèi)的AD采樣電路對(duì)降頻后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，得到 η時(shí)刻的數(shù)字信號(hào)，并將η時(shí)刻的數(shù)字信號(hào)發(fā)送至抽頭延時(shí)器組；步驟三、所有射頻通道內(nèi)的抽頭延時(shí)器組對(duì)接收到的η時(shí)刻的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行延時(shí) 和采樣，得到η時(shí)刻的數(shù)字采樣信號(hào)X (η)，并將η時(shí)刻的數(shù)字采樣信號(hào)X (η)發(fā)送至自適應(yīng) 處理模塊；步驟四、自適應(yīng)處理模塊對(duì)M個(gè)射頻通道獲得的η時(shí)刻的數(shù)字采樣信號(hào)X (η)進(jìn)行 抑制干擾信號(hào)處理，使得代價(jià)函數(shù)F(W)取得最小值，將此時(shí)的抽頭延時(shí)器組加權(quán)向量W反 饋給對(duì)應(yīng)的抽頭延時(shí)器組的抽頭自適應(yīng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，并由抽頭自適應(yīng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算獲得陣列 輸出信號(hào)y (Π)，并將輸出信號(hào)y (Π)發(fā)送至接收機(jī)。本發(fā)明的方法的有益效果1、針對(duì)接收機(jī)IOM帶寬內(nèi)的接收范圍的干擾進(jìn)行有效抑制，達(dá)到窄帶和單頻干擾 60dB以上的抑制，和寬帶干擾50dB以上的抑制能力，同時(shí)抑制2個(gè)窄帶干擾2個(gè)寬帶干擾。2、對(duì)衛(wèi)星位置無(wú)須先驗(yàn)已知，無(wú)須DOA估計(jì)技術(shù)，采用7元圓陣運(yùn)用盲自適應(yīng)技 術(shù)，形成干擾零陷，對(duì)干擾進(jìn)行抑制。3、采用開(kāi)環(huán)算法，防止不收斂的情況發(fā)生。
4、使接收機(jī)在一定的干擾環(huán)境下依然正常工作，給出正確定位結(jié)果。5、相對(duì)常規(guī)空時(shí)自適應(yīng)處理計(jì)算量有所降低，但同時(shí)性能沒(méi)有下降。本發(fā)明適用于導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾領(lǐng)域。


圖1為陣列天線信號(hào)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的方法的流程圖。圖 3為產(chǎn)生的信號(hào)加干擾的頻譜圖。圖4為純空域抗干擾處理后的頻譜圖。圖5為一種圓陣 天線陣列結(jié)構(gòu)示意圖，該陣列包括7個(gè)天線陣元。圖6為7元均勻圓陣空時(shí)處理的自適應(yīng) 方向圖。圖7為圖6的等高線圖。圖8為常規(guī)空時(shí)自適應(yīng)方法處理后得到的頻譜圖，時(shí)間 延遲線長(zhǎng)度為9。圖9為本發(fā)明提出的空時(shí)盲自適應(yīng)方法處理后的頻譜圖。圖10為純空域 自適應(yīng)處理后接收機(jī)定位結(jié)果圖。圖11為常規(guī)空時(shí)自適應(yīng)處理后接收機(jī)定位結(jié)果圖。圖 12為本發(fā)明中提出的空時(shí)盲自適應(yīng)處理后接收機(jī)的定位結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，導(dǎo)航接收機(jī)盲自適應(yīng)空時(shí)陣列 抗干擾方法，它是基于陣列天線信號(hào)處理系統(tǒng)完成的，所述陣列天線信號(hào)處理系統(tǒng)包括自 適應(yīng)處理模塊4、接收機(jī)5和M條射頻通道，每條射頻通道由一個(gè)天線陣元1、一個(gè)AD采樣 電路2和抽頭延時(shí)器組組成，所述抽頭延時(shí)器組由N個(gè)抽頭延時(shí)器3串聯(lián)組成，所述M條射 頻通道結(jié)構(gòu)相同，每條射頻通道中的天線陣元1的信號(hào)輸出端與AD采樣電路2的信號(hào)出入 端相連，AD采樣電路2的信號(hào)輸出端與抽頭延時(shí)器組的信號(hào)輸入端相連，所述抽頭延時(shí)器 組的自適應(yīng)調(diào)整信號(hào)輸出端與自適應(yīng)處理模塊4的一組通道的自適應(yīng)調(diào)整信號(hào)輸入端相 連，所述自適應(yīng)處理模塊4的該組通道的自適應(yīng)調(diào)整反饋信號(hào)輸出端連接所述抽頭延時(shí)器 組的自適應(yīng)抽頭加權(quán)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)輸入端相連，所述抽頭延時(shí)器組的通道信號(hào)輸出端與接收機(jī) 5的一個(gè)信號(hào)輸入端相連；所述方法，具體過(guò)程如下步驟一、M個(gè)射頻通道在η時(shí)刻獨(dú)立接收來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)，每個(gè)射頻通道中天線陣 元1將接收到的信號(hào)降頻后發(fā)送至所在射頻通道的AD采樣電路2 ；步驟二、每一個(gè)射頻通道內(nèi)的AD采樣電路2對(duì)降頻后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，得 到η時(shí)刻的數(shù)字信號(hào)，并將η時(shí)刻的數(shù)字信號(hào)發(fā)送至抽頭延時(shí)器組；步驟三、所有射頻通道內(nèi)的抽頭延時(shí)器組對(duì)接收到的η時(shí)刻的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行延時(shí) 和采樣，得到η時(shí)刻的數(shù)字采樣信號(hào)X (η)，并將η時(shí)刻的數(shù)字采樣信號(hào)X (η)發(fā)送至自適應(yīng) 處理模塊4 ；步驟四、自適應(yīng)處理模塊4對(duì)M個(gè)射頻通道獲得的η時(shí)刻的數(shù)字采樣信號(hào)X (η)進(jìn) 行抑制干擾信號(hào)處理，使得代價(jià)函數(shù)F(W)取得最小值，將此時(shí)的抽頭延時(shí)器組加權(quán)向量W 反饋給對(duì)應(yīng)的抽頭延時(shí)器組的抽頭自適應(yīng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，并由抽頭自適應(yīng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算獲得陣 列輸出信號(hào)y (η)，并將輸出信號(hào)y (η)發(fā)送至接收機(jī)5?？諘r(shí)聯(lián)合陣列天線抗干擾的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。每一個(gè)天線陣元有一個(gè)獨(dú)立的 射頻通道，經(jīng)降頻后在中頻對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)一組抽 頭延遲器，并在每個(gè)延遲器的抽頭后延時(shí)，然后將獲得的數(shù)字采樣信號(hào)送往自適應(yīng)處理模塊，由模塊根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算加權(quán)，最后將各個(gè)抽頭進(jìn)行加權(quán)作和以抵消干擾信號(hào)分量，最后輸 出至后面的接收機(jī)做后續(xù)處理。抽頭延遲器組內(nèi)部有抽頭自適應(yīng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，自適應(yīng)處理模塊4的反饋信號(hào)發(fā)送至 抽頭自適應(yīng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)。
具體實(shí)施方式
二、結(jié)合圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一的 進(jìn)一步說(shuō)明，具體實(shí)施方式
一中天線陣元1的排列方式為圓陣天線陣列結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
三、結(jié)合圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
二的 進(jìn)一步說(shuō)明，圓陣天線陣列結(jié)構(gòu)半徑為R，設(shè)置有M個(gè)天線陣元1，其中M為奇數(shù)，一個(gè)天線 陣元1設(shè)置在圓心位置，M-I個(gè)天線陣元1為等間隔排列的對(duì)稱振子，與圓心位置的天線陣 元1的距離為半徑R。
具體實(shí)施方式
四、結(jié)合圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方 式三的進(jìn)一步說(shuō)明，圓陣天線陣列結(jié)構(gòu)的場(chǎng)方向圖函數(shù)表示如下以圓心位置的天 線陣元1為坐標(biāo)系的原點(diǎn)0，圓周上的一個(gè)天線陣元1為χ軸，M個(gè)天線陣元1所 在平面為xoy平面建立三維直角坐標(biāo)系，圓周上第k個(gè)天線陣元1與原點(diǎn)ο之間
的連線與χ軸的夾角為;，其中1彡k彡M-1，圓周上第k個(gè)天線
陣元ι的位置向量為巧二(cos八,sin&,0)，圓陣天線陣列接收到的平面波為
中心頻率為&的窄帶平面波，所述平面波以一尸的方向入射到圓陣天線陣列，其中
Tr = (sin汐cosAsin汐sin甙cos<9)為單位矢量，其中，θ為信號(hào)的俯仰角，為ζ軸與
信號(hào)入射方向的夾角，θ e
； Φ信號(hào)的方位角，是從χ軸沿逆時(shí)針?lè)较虻叫盘?hào)入 射方向在陣列平面上投影的夾角，Φ e
；信號(hào)在第在k個(gè)天線陣元1和圓心的天線陣元1之間的延時(shí)為Xk-R-Yk- pkl c-R sin(沒(méi))cos(沴-γη)均勻線陣的陣列流型為α( ,φ) = [eJgcos(^),eJgcos(^n),··.,)]
2π其中ζ"=——i^sin<9 .
λ ’均勻圓陣的場(chǎng)方向圖函數(shù)用陣列因子表示為
M-I= ^ exp {jkR sin θ cos(彡一尸 J}。
k=0具體實(shí)施方式
五、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一的進(jìn)一步說(shuō)明，具體實(shí)施方 式一中步驟三中η時(shí)刻的數(shù)字采樣信號(hào)X(n)表示為X(n) = [X1 (η),…，Xl(n_N+l)， χ2 (η)，...，χ2(η-Ν+1)，...，χΜ(η)，…，χΜ(η_Ν+1) ]τ其中，M為陣元數(shù)目，N為每個(gè)抽頭延時(shí)器組的抽頭延遲器3的個(gè)數(shù)，X (η)為麗X 1 維的列向量。L個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度的采樣數(shù)據(jù)矩陣為X= [X(n)X(n+l)X(n+2)...X(n+L_l)]T。
8
具體實(shí)施方式
六、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一的進(jìn)一步說(shuō)明，具體實(shí)施方式
一中步驟四中自適應(yīng)處理模塊4對(duì)M個(gè)射頻通道獲得的η時(shí)刻的數(shù)字采樣信號(hào)X (η)進(jìn)行 抑制干擾信號(hào)處理，使得代價(jià)函數(shù)F(W)取得最小值，將此時(shí)的抽頭延時(shí)器組加權(quán)向量W反 饋給對(duì)應(yīng)的抽頭延時(shí)器組的抽頭自適應(yīng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，并由抽頭自適應(yīng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算獲得陣列 輸出信號(hào)y(n)，并將輸出信號(hào)y(n)發(fā)送至接收機(jī)5，具體過(guò)程如下步驟四一、從M個(gè)天線陣元1中選擇一個(gè)天線陣元1為參考陣元，約束參考陣元的 輸出為無(wú)失真響應(yīng)，即第一個(gè)抽頭延時(shí)器的加權(quán)為1，而其余N-I個(gè)抽頭延時(shí)器的加權(quán)為0 ； 則抽頭延時(shí)器組加權(quán)向量W表示為 步驟四二、采用全盲算法來(lái)自適應(yīng)抑制干擾信號(hào)，采用最小方差準(zhǔn)則，使輸出功率 最小，即 則代價(jià)函數(shù)可以表示為 其中，W為抽頭延時(shí)器組加權(quán)向量，Wh為W的共軛轉(zhuǎn)置向量，Rx為抽頭延時(shí)器組的 協(xié)方差矩陣；步驟四三、將代價(jià)函數(shù)F(W)表示為 其中，
列向量，Wsub= [w21 W22…W2ii…w_]T，為其余M-I個(gè)天線陣元1的加權(quán)列向量；
R1為NXN維的參考陣元的抽頭延時(shí)器采
樣數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣，Rtl為(MN-N) X (MN-N)維的其余M-I個(gè)天線陣元的采樣數(shù)據(jù)的協(xié)方差 矩陣，R2和R3分別為NX (MN-N)維和(MN-N) XN維；
步驟四四、對(duì)代價(jià)函數(shù)F (W)其求偏導(dǎo)并令其為0，
求得此時(shí)的其余M-I個(gè)天線陣元1的加權(quán)列向量Wsub如下表示
其中RcT1為Ro的逆矩陣，R2H為R2的共軛轉(zhuǎn)置矩陣；
步驟四五、將步驟四四獲得的其余M-I個(gè)天線陣元ι的加權(quán)列向量Wsub和參考陣元的加權(quán)列向量Wtl組成抽頭延時(shí)器組加權(quán)向量W反饋給對(duì)應(yīng)的抽頭延時(shí)器組，抽頭延時(shí)器 組用所述加權(quán)向量W對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，獲得陣列輸出信號(hào)y (η) =14(11)，并將輸出{5
號(hào)y(n)發(fā)送至接收機(jī)5。這里采用最小方差準(zhǔn)則，使輸出功率最小，即Min Wh · Rx · W則代價(jià)函數(shù)可以表示為F(W) = Wh · Rx · W如果不加約束，則當(dāng)加權(quán)全為0時(shí)代價(jià)函數(shù)取到最小，最小值也為0，這顯然是沒(méi) 有意義的，因此需要加以約束。通常，約束都為信號(hào)方向?qū)蛳蛄?，使波束最大值?duì)準(zhǔn)期望信號(hào)方向，得到最大信 干噪比，如線形約束最小方差(LCMV)算法，這是一種最優(yōu)的結(jié)果。但實(shí)際中衛(wèi)星方向未知， 應(yīng)用時(shí)會(huì)有很多問(wèn)題。這里給出一種新的全盲的約束方法約束參考陣元的輸出為無(wú)失真 響應(yīng)，即第一個(gè)抽頭延時(shí)器3的加權(quán)固定為1，而其余N-I個(gè)抽頭延時(shí)器3的加權(quán)固定為0， 然后調(diào)整剩下的M-I個(gè)天線陣元的加權(quán)使得最終輸出信號(hào)的功率最小以抑制干擾信號(hào)。
通過(guò)的方法如下第一個(gè)天線陣元1的η時(shí)刻的數(shù)字采樣信號(hào)為X1(Ii)(列向量，NX 1維的)，第: 個(gè)陣元的X2 (η)，以此類(lèi)推，η時(shí)刻M個(gè)陣元的抽頭采樣數(shù)據(jù)為 本發(fā)明的方法主要計(jì)算量由矩陣求逆決定了，乘法次數(shù)為0(D3)，其中D為求逆協(xié) 方差矩陣的維數(shù)。傳統(tǒng)方法D =麗，而這里提出的方法D = MN-N,明顯減少了乘法次數(shù)，而 同時(shí)自適應(yīng)抑制干擾的性能并沒(méi)有衰減。將本發(fā)明的方法使用北京一樸科技有限公司的導(dǎo)航與干擾陣列信號(hào)模擬器軟件 來(lái)產(chǎn)生數(shù)字中頻數(shù)據(jù)，設(shè)置參數(shù)如下中頻中心頻率14· 05M ；接收帶寬20M ；中頻采樣57· 14M ；5顆可見(jiàn)衛(wèi)星分別為1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)，6號(hào)，14號(hào)；
接收機(jī)位置(ENU坐標(biāo))116，559，100 ；狀態(tài)靜止；起始時(shí)刻300周歷秒；干擾個(gè)數(shù)2個(gè)寬帶干擾，2個(gè)窄帶干擾；干擾方向?qū)拵Ц蓴_(40°，30° )和(30°，-15° )，干擾方向窄帶干擾(-10°，40°)和(-60°，-20° )；干擾功率窄帶干擾INR = 60，寬帶干擾INR = 50 ；干擾調(diào)制窄帶為AM/FM信號(hào)，寬帶為掃頻信號(hào)；窄帶中心頻率13.05M，14. 05M ；寬帶帶寬10M，為14. 05M 至 15. 05M ；產(chǎn)生的信號(hào)加干擾的頻譜如圖3所示，導(dǎo)航信號(hào)已經(jīng)完全淹沒(méi)在干擾信號(hào)的頻譜 下，這種情況下接收機(jī)是完全無(wú)法正常工作的。圖4給出了純空域抗干擾處理后的頻譜圖，經(jīng)過(guò)空域陣列自適應(yīng)處理后，干擾被 大大抑制，但寬帶掃頻干擾余量仍然較大，會(huì)對(duì)導(dǎo)航結(jié)果產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響。因此需要空 時(shí)二維聯(lián)合處理是必須的。圖5為測(cè)試采用的圓陣天線陣列結(jié)構(gòu)示意圖，該陣列包括7個(gè) 天線陣。圖6給出了 7元均勻圓陣空時(shí)處理的自適應(yīng)方向圖，由圖可知因?yàn)楦蓴_而形成了 零陷。為了觀察清楚，我們給出圖7，方向圖的等高線圖，并標(biāo)出這4個(gè)干擾信號(hào)的方向點(diǎn)， 如圖所示。經(jīng)過(guò)自適應(yīng)加權(quán)調(diào)整，方向圖形成了零陷，而4個(gè)干擾方向都位于這些零陷中， 干擾可被有效抑制。圖8為常規(guī)空時(shí)自適應(yīng)方法處理后得到的頻譜，時(shí)間延遲線長(zhǎng)度為9。圖9為本發(fā) 明提出的空時(shí)盲自適應(yīng)方法處理后的頻譜圖，跟圖8相比，性能上沒(méi)有明顯差別，信號(hào)頻譜 都已顯現(xiàn)出來(lái)而高于干擾加噪聲的頻譜。圖10為純空域自適應(yīng)處理后接收機(jī)定位結(jié)果，可見(jiàn)接收機(jī)完全無(wú)法正常工作。圖 11為常規(guī)空時(shí)自適應(yīng)處理后接收機(jī)定位結(jié)果，可見(jiàn)空時(shí)自適應(yīng)的優(yōu)越性。能夠正確捕獲跟 蹤衛(wèi)星，正確定位，定位時(shí)間為54s。圖12給出了本發(fā)明中提出的空時(shí)盲自適應(yīng)處理后接收 機(jī)的定位結(jié)果，能夠正確捕獲跟蹤衛(wèi)星，正確定位，定位時(shí)間為49s，比常規(guī)方法更快；載噪 比稍微有所下降，但對(duì)定位精度沒(méi)有影響。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提出的改進(jìn)的空時(shí)盲自適應(yīng)處理抗干擾方法能有效抑 制窄帶和寬帶干擾，可同時(shí)抑制2個(gè)60dB的窄帶干擾和2個(gè)50dB的寬帶干擾。與純空域 方法相比，可以克服寬帶干擾的帶寬影響而有效抑制，精確定位；與常規(guī)空時(shí)自適應(yīng)方法相 比，不需要任何信號(hào)與干擾的先驗(yàn)知識(shí)，即可自適應(yīng)抑制干擾，在有效降低計(jì)算量的同時(shí)， 定位性能與定位精度無(wú)任何衰減。
權(quán)利要求
導(dǎo)航接收機(jī)盲自適應(yīng)空時(shí)陣列抗干擾方法，其特征在于它是基于陣列天線信號(hào)處理系統(tǒng)完成的，所述陣列天線信號(hào)處理系統(tǒng)包括自適應(yīng)處理模塊(4)、接收機(jī)(5)和M條射頻通道，每條射頻通道由一個(gè)天線陣元(1)、一個(gè)AD采樣電路(2)和抽頭延時(shí)器組組成，所述抽頭延時(shí)器組由N個(gè)抽頭延時(shí)器(3)串聯(lián)組成，所述M條射頻通道結(jié)構(gòu)相同，每條射頻通道中的天線陣元(1)的信號(hào)輸出端與AD采樣電路(2)的信號(hào)出入端相連，AD采樣電路(2)的信號(hào)輸出端與抽頭延時(shí)器組的信號(hào)輸入端相連，所述抽頭延時(shí)器組的自適應(yīng)調(diào)整信號(hào)輸出端與自適應(yīng)處理模塊(4)的一組通道的自適應(yīng)調(diào)整信號(hào)輸入端相連，所述自適應(yīng)處理模塊(4)的該組通道的自適應(yīng)調(diào)整反饋信號(hào)輸出端連接所述抽頭延時(shí)器組的自適應(yīng)抽頭加權(quán)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)輸入端相連，所述抽頭延時(shí)器組的通道信號(hào)輸出端與接收機(jī)(5)的一個(gè)信號(hào)輸入端相連；所述方法，具體過(guò)程如下步驟一、M個(gè)射頻通道在n時(shí)刻獨(dú)立接收來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)，每個(gè)射頻通道中天線陣元(1)將接收到的信號(hào)降頻后發(fā)送至所在射頻通道的AD采樣電路(2)；步驟二、每一個(gè)射頻通道內(nèi)的AD采樣電路(2)對(duì)降頻后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，得到n時(shí)刻的數(shù)字信號(hào)，并將n時(shí)刻的數(shù)字信號(hào)發(fā)送至抽頭延時(shí)器組；步驟三、所有射頻通道內(nèi)的抽頭延時(shí)器組對(duì)接收到的n時(shí)刻的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行延時(shí)和采樣，得到n時(shí)刻的數(shù)字采樣信號(hào)X(n)，并將n時(shí)刻的數(shù)字采樣信號(hào)X(n)發(fā)送至自適應(yīng)處理模塊(4)；步驟四、自適應(yīng)處理模塊(4)對(duì)M個(gè)射頻通道獲得的n時(shí)刻的數(shù)字采樣信號(hào)X(n)進(jìn)行抑制干擾信號(hào)處理，使得代價(jià)函數(shù)F(W)取得最小值，將此時(shí)的抽頭延時(shí)器組加權(quán)向量W反饋給對(duì)應(yīng)的抽頭延時(shí)器組的抽頭自適應(yīng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，并由抽頭自適應(yīng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算獲得陣列輸出信號(hào)y(n)，并將輸出信號(hào)y(n)發(fā)送至接收機(jī)(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航接收機(jī)盲自適應(yīng)空時(shí)陣列抗干擾方法，其特征在于天線 陣元(1)的排列方式為圓陣天線陣列結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)航接收機(jī)盲自適應(yīng)空時(shí)陣列抗干擾方法，其特征在于圓陣 天線陣列結(jié)構(gòu)半徑為R，設(shè)置有M個(gè)天線陣元(1)，其中M為奇數(shù)，一個(gè)天線陣元(1)設(shè)置在 圓心位置，M-I個(gè)天線陣元⑴為等間隔排列的對(duì)稱振子，與圓心位置的天線陣元⑴的距 離為半徑R。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)航接收機(jī)盲自適應(yīng)空時(shí)陣列抗干擾方法，其特征在于圓陣 天線陣列結(jié)構(gòu)的場(chǎng)方向圖函數(shù)表示如下以圓心位置的天線陣元(1)為坐標(biāo)系的原點(diǎn)ο，圓 周上的一個(gè)天線陣元(1)為χ軸，M個(gè)天線陣元(1)所在平面為xoy平面建立三維直角坐標(biāo)系，圓周上第k個(gè)天線陣元⑴與原點(diǎn)ο之間的連線與χ軸的夾角為;=27r^f-P其中ι彡k彡M-I,圓周上第k個(gè)天線陣元⑴的位置向量為^ = (cos^,sinrfc,0)，圓陣天線陣列接收到的平面波為中心頻率為fo的窄帶平面波，所述平面波以一尸的方向入射到圓陣天線陣列，其中^ =間11<9(；03於，3丨116^11於,(；05<9)為單位矢量，其中，θ為信號(hào)的俯仰角，為Z軸與信號(hào)入射方向的夾角，θ e
；Φ信號(hào)的方位角，是從X軸沿 逆時(shí)針?lè)较虻叫盘?hào)入射方向在陣列平面上投影的夾角，Φ e
；信號(hào)在第在k個(gè)天線陣元(1)和圓心的天線陣元(1)之間的延時(shí)為 均勻線陣的陣列流型為 其中及 ，均勻圓陣的場(chǎng)方向圖函數(shù)用陣列因子表示為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航接收機(jī)盲自適應(yīng)空時(shí)陣列抗干擾方法，其特征在于步 驟三中η時(shí)刻的數(shù)字采樣信號(hào)X(n)表示為X(n) = [X1 (η),…，X1 (η-Ν+1), χ2 (η),…， χ2 (η-Ν+1), ...，χΜ(η)，—, χΜ(η-Ν+1) ]τ其中，M為陣元數(shù)目，N為每個(gè)抽頭延時(shí)器組的抽頭延遲器(3)的個(gè)數(shù)，X (η)為麗Xl 維的列向量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的導(dǎo)航接收機(jī)盲自適應(yīng)空時(shí)陣列抗干擾方法，其特征在于步驟 四中自適應(yīng)處理模塊(4)對(duì)M個(gè)射頻通道獲得的η時(shí)刻的數(shù)字采樣信號(hào)Χ(η)進(jìn)行抑制干 擾信號(hào)處理，使得代價(jià)函數(shù)F(W)取得最小值，將此時(shí)的抽頭延時(shí)器組加權(quán)向量W反饋給對(duì) 應(yīng)的抽頭延時(shí)器組的抽頭自適應(yīng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，并由抽頭自適應(yīng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算獲得陣列輸出信 號(hào)y (η)，并將輸出信號(hào)y (η)發(fā)送至接收機(jī)(5)，具體過(guò)程如下步驟四一、從M個(gè)天線陣元(1)中選擇一個(gè)天線陣元(1)為參考陣元，約束參考陣元的 輸出為無(wú)失真響應(yīng)，即第一個(gè)抽頭延時(shí)器(3)的加權(quán)為1，而其余N-I個(gè)抽頭延時(shí)器(3)的 加權(quán)為0 ；則抽頭延時(shí)器組加權(quán)向量W表示為 W = [10 ---O W21 W22 ··· W2n ··· WmnJt步驟四二、采用全盲算法來(lái)自適應(yīng)抑制干擾信號(hào)，采用最小方差準(zhǔn)則，使輸出功率最 小，即Min Wh · Rx · W 則代價(jià)函數(shù)可以表示為 F(W) = Wh · Rx · W其中，W為抽頭延時(shí)器組加權(quán)向量，Wh為W的共軛轉(zhuǎn)置向量，Rx為抽頭延時(shí)器組的協(xié)方差矩陣；步驟四三、將代價(jià)函數(shù)F(W)表示為 向量， ，為參考陣元的加權(quán)列%JT，為其余M-I個(gè)天線陣元⑴的加權(quán)列向量； R1為NXN維的參考陣元的抽頭延時(shí)器(3)采 樣數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣，Rtl為(MN-N) X (MN-N)維的其余M-I個(gè)天線陣元(1)的采樣數(shù)據(jù)的協(xié) 方差矩陣，R2和R3分別為NX (MN-N)維和(MN-N) XN維； 步驟四四、對(duì)代價(jià)函數(shù)F(W)其求偏導(dǎo)并令其為0， 求得此時(shí)的其余M-I個(gè)天線陣元1的加權(quán)列向量Wsub如下表示 其中RcT1為Rtl的逆矩陣，R2H為R2的共軛轉(zhuǎn)置矩陣；步驟四五、將步驟四四獲得的其余M-I個(gè)天線陣元(1)的加權(quán)列向量Wsub和參考陣元 的加權(quán)列向量Wtl組成抽頭延時(shí)器組加權(quán)向量w反饋給對(duì)應(yīng)的抽頭延時(shí)器組，抽頭延時(shí)器組 用所述加權(quán)向量W對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，獲得陣列輸出信號(hào)y (n) = WhX(η)，并將輸出信號(hào) y(n)發(fā)送至接收機(jī)(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的導(dǎo)航接收機(jī)盲自適應(yīng)空時(shí)陣列抗干擾方法，其特征在于步驟 表示方法如下第一個(gè)天線陣元1的η時(shí)刻的數(shù)字采樣信號(hào)為X1(Ii)，第二個(gè)陣元的X2 (η)，以此類(lèi)推， η時(shí)刻M個(gè)陣元的抽頭采樣數(shù)據(jù)為 令
全文摘要
導(dǎo)航接收機(jī)盲自適應(yīng)空時(shí)陣列抗干擾方法，涉及一種導(dǎo)航接收機(jī)的抗干擾方法，解決了現(xiàn)有的抗干擾技術(shù)抑制寬帶干擾時(shí)，存在計(jì)算量大、誤差嚴(yán)重的問(wèn)題，它是基于陣列天線信號(hào)處理系統(tǒng)完成的，所述陣列天線信號(hào)處理系統(tǒng)包括射頻通道、自適應(yīng)處理模塊和接收機(jī)組成，每個(gè)射頻通道與自適應(yīng)處理模塊相連，自適應(yīng)處理模塊反饋給射頻通道，射頻通道與接收機(jī)相連；具體過(guò)程入下每個(gè)射頻通道，經(jīng)降頻后在中頻對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行AD采樣，采樣后經(jīng)過(guò)抽頭延遲器組，并在每個(gè)抽頭延遲器后延時(shí)，再將信號(hào)送往自適應(yīng)處理模塊，由模塊根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算加權(quán)，最后將各個(gè)抽頭進(jìn)行加權(quán)作和以抵消干擾信號(hào)分量，最后輸出至接收機(jī)做后續(xù)處理。本發(fā)明適用于導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01S19/21GK101900819SQ20101022726
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者劉恩曉, 史雨薇, 孟維曉, 方睿 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)