一種利用單快拍數(shù)據(jù)進(jìn)行g(shù)nss天線陣干擾抑制的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)發(fā)明涉及陣列信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，，具體地是涉及天線陣抗干擾技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 天線陣抗干擾技術(shù)的優(yōu)良特性使其在高端GNSS (Global Navigation Satellite System)接收機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。
[0003] 天線陣抗干擾通過(guò)陣列加權(quán)來(lái)達(dá)到干擾抑制的目的。常用的陣列加權(quán)準(zhǔn)則的應(yīng)用 條件和方向圖特點(diǎn)如下圖所示：
[0004] 表1常用加權(quán)準(zhǔn)則的應(yīng)用條件和方向圖特點(diǎn)
[0005]
[0006] 上表中的加權(quán)準(zhǔn)則大致可分為三類(lèi)：第一類(lèi)是將方向圖零陷對(duì)準(zhǔn)大功率干擾方 向，但其主波束方向不可控；第二類(lèi)是將主波束對(duì)準(zhǔn)信號(hào)方向，但是其干擾方向不可控；第 三類(lèi)是既將方向圖零陷對(duì)準(zhǔn)干擾方向，又將主波束方向?qū)?zhǔn)信號(hào)方向，但是其需要先驗(yàn)信 息，而且存在計(jì)算量大的特點(diǎn)。在工程中應(yīng)用比較多的PI準(zhǔn)則屬于第一類(lèi)，其無(wú)法在進(jìn)行 干擾抑制的同時(shí)將主波束對(duì)準(zhǔn)信號(hào)方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)傳統(tǒng)的以功率倒置準(zhǔn)則為代表的零陷類(lèi)算法在導(dǎo)航信號(hào)的波束方向上不可 控，涉及到協(xié)方差矩陣的估計(jì)與矩陣求逆，計(jì)算量大，且在快拍數(shù)據(jù)不足時(shí)方法失效的問(wèn) 題，本發(fā)明提出一種利用單快拍數(shù)據(jù)進(jìn)行GNSS天線陣干擾抑制的方法，其進(jìn)行干擾抑制的 同時(shí)增強(qiáng)信號(hào)，且計(jì)算量小，且易于實(shí)現(xiàn)，不需要估計(jì)協(xié)方差矩陣與矩陣求逆，僅用一個(gè)快 拍的數(shù)據(jù)即可生成空域加權(quán)值，在自適應(yīng)類(lèi)天線陣抗干擾算法的研究和開(kāi)發(fā)中具有實(shí)用價(jià) 值。
[0008] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是：
[0009] -種利用單快拍數(shù)據(jù)進(jìn)行GNSS天線陣干擾抑制的方法，包括以下步驟：
[0010] (1)利用天線陣采集一個(gè)快拍的數(shù)據(jù)X，若陣元數(shù)為M，則X為一個(gè)MX 1的矢量；
[0011] (2)將全空域劃分為N份，構(gòu)造全空域的導(dǎo)向矢量矩陣：
[0013] 上式中，《 = 2Jif，f為接收信號(hào)的頻率，TijQ = 1，...，M，j = 1，...，N)表示 第j個(gè)干擾源相對(duì)參考陣元在第i個(gè)陣元上的時(shí)延；
[0014] (3)干擾信號(hào)的來(lái)波方向DOA估計(jì)：
[0016] 上式中，a^j = 1，...，N)為天線陣全空域的導(dǎo)向矢量，干擾信號(hào)的來(lái)波方向DOA 即為單快拍數(shù)據(jù)與全空域?qū)蚴噶棵恳涣械膬?nèi)積的最大值所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)；
[0017] (4)利用干擾信號(hào)的來(lái)波方向DOA建立權(quán)值生成的約束矢量：
[0019] 上式中w為需要生成的空域加權(quán)矢量，《= 2JI f，f為接收信號(hào)的頻率，T為干 擾信號(hào)在兩個(gè)陣元之間的傳輸?shù)臅r(shí)延差，與干擾信號(hào)的來(lái)波方向DOA有關(guān)，具體為：
[0021] 上式中，d為陣元間距，0為干擾信號(hào)的來(lái)波方向，c為信號(hào)傳輸?shù)乃俣龋?br>[0022] (5)利用天線陣剩下的自由度來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)；對(duì)于一個(gè)M陣元的天線陣，其自 由度為M-1，若干擾信號(hào)的個(gè)數(shù)為L(zhǎng)，則可以對(duì)M-L-I顆衛(wèi)星的信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)：
[0024] 上式中T的計(jì)算公式與⑷相同，只是此時(shí)的0為衛(wèi)星信號(hào)的DOA ;由于通常情 況下，衛(wèi)星信號(hào)的DOA是高仰角，因此即使在衛(wèi)星信號(hào)DOA未知的情況下，利用式（5)，將天 線陣的主波束對(duì)準(zhǔn)高仰角的方向，也能起到增強(qiáng)信號(hào)的目的；
[0025] (6)利用約束方程組（5)計(jì)算權(quán)值w，最后對(duì)接收到的陣列信號(hào)進(jìn)行合成：
[0026] y (t) = wHx (t) (6)
[0027] 上式中x(t)為輸入信號(hào)，y(t)為陣列輸出信號(hào)；通過(guò)上式的信號(hào)合成即可達(dá)到干 擾抑制與信號(hào)增強(qiáng)的目的。
[0028]具體地，在本發(fā)明的步驟（3)中，干擾信號(hào)的來(lái)波方向DOA估計(jì)的具體方法如下：
[0029] 將全空域劃分為N份，干擾信號(hào)的稀疏化模型如下所示：
[0030] X = AS (7)
[0031] 其中X為天線陣采集的單快拍數(shù)據(jù)，A為全空域的導(dǎo)向矢量，則A是一個(gè)MXN的 矩陣，假設(shè)干擾信號(hào)的個(gè)數(shù)為L(zhǎng)，那么上式中的S為可稀疏表示的信號(hào)，是一個(gè)NXl的向量， 且S中只有L個(gè)非零數(shù)據(jù)，由于L << N，則認(rèn)為S是一個(gè)L-稀疏的向量，滿足稀疏性的條 件；在已知X、A的情況下，估計(jì)S，以正交匹配追蹤算法來(lái)解決式（7)的估計(jì)問(wèn)題，具體步驟 如下：
[0032] 步驟一：初始化：
[0033]
[0034] 其中，爲(wèi)為稀疏信號(hào)的迭代初始值，r。稱(chēng)為壓縮信號(hào)的殘余，F(xiàn)。是支撐集，k為迭 代次數(shù)；
[0035] 步驟二：迭代；
[0036] (1)從壓縮感知信息算子，及全空域?qū)蚴噶恐谐槿≡樱邢蛄浚┡c壓縮信號(hào)殘 余進(jìn)行比較，找出最大相關(guān)匹配的原子；
[0037] fk= argmax|<r k 1; aCSji> (8)
[0038] (2)更新支撐集，找到與壓縮信號(hào)殘余最相關(guān)匹配的原子索引導(dǎo)入支撐集中；完 成對(duì)支撐集的更新過(guò)程：
[0039] Fk=FklU {fk} (9)
[0040] (3)更新信號(hào)殘留；剔除在支撐集中已包含的信息：
[0041] rM =^-AcsFkA^SFk -y- ( IQ)
[0042] 其中，表示支撐集指向的壓縮感知信息算子中的原子；A+表示矩陣的偽逆， 有 A+= (AhA) 1Ah;
[0043] (4)判定迭代終止條件；若不符合條件，則k = k+1并返回步驟（1);若符合條件， 終止迭代計(jì)算；當(dāng)信源數(shù)目已知時(shí)，迭代終止條件一般采用支撐集大小與稀疏信號(hào)的系數(shù) 度L的直接比較；當(dāng)支撐集大小等于信號(hào)系數(shù)度時(shí)，迭代終止；
[0044] 步驟三：估計(jì)結(jié)果輸出；
[0045] 根據(jù)支撐集和壓縮信號(hào)對(duì)稀疏信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，重構(gòu)方法如下式所示：
[0046]
[0047] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：
[0048] 采用單快拍的數(shù)據(jù)進(jìn)行干擾信號(hào)的DOA估計(jì)，再結(jié)合陣列主波束控制，利用自適 應(yīng)陣?yán)碚撋煽沼蚣訖?quán)值，實(shí)現(xiàn)了干擾抑制與信號(hào)增強(qiáng)的目的。本發(fā)明方法適用于任意陣 型（直線陣列、平面陣列、立體陣列等）、任意干擾信號(hào)頻率以及任意干擾數(shù)量的情況。
【附圖說(shuō)明】
[0049] 圖1是本發(fā)明方法的流程圖。
[0050] 圖2是本發(fā)明方法的全空域稀疏化模型。
[0051] 圖3是本發(fā)明方法中的干擾來(lái)向示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述：
[0053] 圖1是本發(fā)明的流程圖，參照?qǐng)D1，本發(fā)明一種利用單快拍數(shù)據(jù)進(jìn)行GNSS天線陣干 擾抑制的方法，包括以下步驟：
[0054] (1)利用天線陣采集一個(gè)快拍的數(shù)據(jù)X，若陣元數(shù)為M，則X為一個(gè)MX 1的矢量；
[0055] (2)將全空域劃分為N份，構(gòu)造全空域的導(dǎo)向矢量矩陣：
[0057] 上式中，w = 2 JT f，f為接收信號(hào)的頻率，T "(i = 1，? ? ?，M, j = 1，? ? ?，N)表示 第j個(gè)干擾源相對(duì)參考陣元在第i個(gè)陣元上的時(shí)延；
[0058] (3)干擾信號(hào)的來(lái)波方向DOA估計(jì)：
[0060] 上式中，(j = 1，...，N)為天線陣全空域的導(dǎo)向矢量，干擾信號(hào)的來(lái)波方向DOA 即為單快拍數(shù)據(jù)與全空域?qū)蚴噶棵恳涣械膬?nèi)積的最大值所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)；
[0061] (4)利用干擾信號(hào)的來(lái)波方向DOA建立權(quán)值生成的約束矢量：
[0063] 上式中w為需要生成的空域加權(quán)矢量，《= 2JI f，f為接收信號(hào)的頻率，T為干 擾信號(hào)在兩個(gè)陣元之間的傳輸?shù)臅r(shí)延差，與干擾信號(hào)的來(lái)波方向DOA有關(guān)，具體為：
[0065] 上式中，d為陣元間距，0為干擾信號(hào)的來(lái)波方向，c為信號(hào)傳輸?shù)乃俣龋?br>[0066] (5)利用天線陣剩下的自由度來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)；對(duì)于一個(gè)M陣元的天線陣，其自 由度為M-1