專利名稱：：基于波形特征的空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于信號(hào)處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及抗干擾方法，可用于存在陣列流形誤差且在衛(wèi)星信號(hào)或干擾的來(lái)波方向這些先驗(yàn)信息未知的情況下實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航接收信號(hào)的空時(shí)抗干擾處理。
背景技術(shù)：
：衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)可全天候、全天時(shí)提供位置、速度以及時(shí)間等信息，一般包括衛(wèi)星星座、地面控制/監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和用戶接收設(shè)備。衛(wèi)星導(dǎo)航在軍事和民用領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用需求，例如應(yīng)用于陸地，可提供電子地圖導(dǎo)航、自動(dòng)車輛定位和人員搜救的功能；應(yīng)用于航空，可提供飛行相關(guān)監(jiān)視、航路指南、導(dǎo)彈定位指引等功能；應(yīng)用于海事，可提供航路指引和資源標(biāo)繪等功能；應(yīng)用于空間引導(dǎo)，可提供衛(wèi)星定姿定軌、時(shí)間同步的功能。雖然導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，但導(dǎo)航信號(hào)到達(dá)接收機(jī)時(shí)極易受到干擾而導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降甚至失效，因此研究導(dǎo)航抗干擾技術(shù)具有重要意義。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)到達(dá)地面極其微弱，例如GPS的L2信號(hào)到達(dá)地面的最小信號(hào)為_166dBw，相當(dāng)于1000英里外一個(gè)25瓦的燈泡發(fā)出的光，隨著電磁環(huán)境的日益復(fù)雜以及導(dǎo)航對(duì)抗的日益激烈，抗干擾技術(shù)已經(jīng)成為導(dǎo)航接收機(jī)的必備功能之一，研究導(dǎo)航抗干擾技術(shù)對(duì)我國(guó)導(dǎo)航領(lǐng)域具有非常重要的意義。到目前為止，已有的抗干擾技術(shù)包括時(shí)域、空域和頻域等單維域抗干擾技術(shù)和空時(shí)聯(lián)合、空頻聯(lián)合等多維域抗干擾技術(shù)。時(shí)域抗干擾對(duì)持續(xù)很短的脈沖式干擾可在時(shí)域?yàn)V除，但由于導(dǎo)航信號(hào)在干擾持續(xù)時(shí)間內(nèi)會(huì)被全部濾除，這樣會(huì)導(dǎo)致解碼時(shí)誤碼率增加；頻域抗干擾雖然能有效對(duì)抗窄帶干擾，但是對(duì)于寬帶干擾，其抗干擾性能與干擾的帶寬成反比；空域抗干擾基于導(dǎo)航陣列，采用旁瓣相消、功率倒置、線性約束最小方差自適應(yīng)波束形成和干擾零點(diǎn)預(yù)置等技術(shù)，當(dāng)干擾與衛(wèi)星在空域上區(qū)分度較大時(shí)，具有良好的性能，但是當(dāng)干擾與衛(wèi)星在空域上區(qū)分度較小時(shí)，空域抗干擾效果很差甚至失效，并且抗干擾數(shù)目受限于陣元數(shù)，理論上最多可對(duì)付N-I個(gè)干擾，其中N為陣元數(shù)；空頻聯(lián)合抗干擾即將各天線時(shí)域采樣經(jīng)傅立葉變換后至頻域，聯(lián)合臨近多個(gè)頻率通道數(shù)據(jù)作自適應(yīng)處理，空頻聯(lián)合處理利用了空域和頻域的樣本去獲取信號(hào)信息，可以對(duì)付比單維域更多的干擾，但是空頻處理計(jì)算量多，不易于工程實(shí)現(xiàn)；空時(shí)聯(lián)合抗干擾是同時(shí)利用天線陣和延遲抽頭獲取空時(shí)樣本，采用自適應(yīng)算法來(lái)達(dá)到抑制干擾的目的，由于空時(shí)聯(lián)合處理利用了多維域的信息，理論上能對(duì)付NP-I個(gè)干擾，其中N為陣元數(shù)，P為延遲抽頭數(shù)，且對(duì)于與導(dǎo)航信號(hào)空域夾角較小的窄帶干擾，能從時(shí)域上抑制該干擾，提高抗干擾性能。以上抗干擾方法通常是在理想條件下具有良好的抗干擾輸出性能，實(shí)際中不可避免存在陣列流形誤差，包括陣列指向誤差、陣元方向圖不一致、陣元間互耦和通道幅相誤差，即使采用自適應(yīng)處理，抗干擾性能也會(huì)受到嚴(yán)重制約。另外，上述方法都需要預(yù)先精確知道衛(wèi)星信號(hào)或干擾的來(lái)波方向這些先驗(yàn)信息，但是實(shí)際中這種先驗(yàn)信息的獲取往往難以滿足，先驗(yàn)信息的不準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致自適應(yīng)抗干擾性能的嚴(yán)重下降。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種基于波形信息的空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾方法，提高導(dǎo)航陣列在實(shí)際存在陣列流形誤差情況下的抗干擾性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方法包括如下過(guò)程A.各陣元接收數(shù)據(jù)通過(guò)空域采樣協(xié)方差矩陣求逆方法進(jìn)行初步抗干擾，同步出相關(guān)峰，利用此相關(guān)峰調(diào)整參考信號(hào)使得陣元接收數(shù)據(jù)與參考信號(hào)同步；B.陣元接收數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)多個(gè)延遲抽頭后輸出空時(shí)陣列數(shù)據(jù)xST(t)，利用此空時(shí)陣列數(shù)據(jù)計(jì)算出空時(shí)協(xié)方差矩陣^ct；C.將同步的參考信號(hào)經(jīng)過(guò)延遲結(jié)構(gòu)先變換為空時(shí)參考信號(hào)，然后利用空時(shí)參考信號(hào)和空時(shí)陣列數(shù)據(jù)計(jì)算出互相關(guān)矢量rST；D.利用空時(shí)協(xié)方差矩陣Rct和互相關(guān)矢量rST，計(jì)算衛(wèi)星信號(hào)的空時(shí)維納權(quán)wsr=R">sr，其中，(·Γ1表示求逆運(yùn)算；Ε.用衛(wèi)星的空時(shí)維納權(quán)wST，對(duì)空時(shí)陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾，輸出一個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的抗干擾后數(shù)據(jù)yST(t)；F.重復(fù)上述步驟，依次求出各個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的空時(shí)維納權(quán)，進(jìn)行空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾，輸出各個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的抗干擾后數(shù)據(jù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明由于求空時(shí)維納權(quán)時(shí)利用了波形的信息，則無(wú)需預(yù)先知道衛(wèi)星信號(hào)或干擾的來(lái)波方向這些先驗(yàn)信息，實(shí)現(xiàn)盲自適應(yīng)抗干擾；2.本發(fā)明由于求空時(shí)維納權(quán)無(wú)需已知先驗(yàn)信息，故不會(huì)因?yàn)橄闰?yàn)信息的不精確而導(dǎo)致性能下降甚至失效，提高了陣列在陣列流形差條件下抗干擾性能和對(duì)陣列流形誤差的魯棒性；3.本發(fā)明由于利用各顆衛(wèi)星已知的參考信號(hào)波形信息依次求出各個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的空時(shí)維納權(quán)，故易于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航信號(hào)的分離和多波束形成。圖1是本發(fā)明的空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾步驟圖；圖2是本發(fā)明使用的空時(shí)自適應(yīng)結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明的仿真所用的陣元天線排布圖；圖4是用本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)的仿真性能比較圖。具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下步驟1，各陣元接收數(shù)據(jù)通過(guò)空域采樣協(xié)方差矩陣求逆方法進(jìn)行初步抗干擾，同步出相關(guān)峰，利用此相關(guān)峰調(diào)整參考信號(hào)使得陣元接收數(shù)據(jù)與參考信號(hào)同步。minwHRw(1.1)利用LCMV優(yōu)化準(zhǔn)則w求得空域采樣協(xié)方差矩陣求逆方法的最優(yōu)sJ.wBf=1權(quán)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>，其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式中N為陣元個(gè)數(shù)，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>為個(gè)陣元接收數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣，其中x(t)為陣元接收數(shù)據(jù)，M為空域采樣快拍數(shù)，上標(biāo)H為共軛轉(zhuǎn)置運(yùn)算，用該最優(yōu)權(quán)w進(jìn)行初步抗干擾，得到初步抗干擾后的數(shù)據(jù)為y(t)=WhX(t)；(1.2)用初步抗干擾后的數(shù)據(jù)與參考信號(hào)同步出相關(guān)峰，并對(duì)陣元接收數(shù)據(jù)做傅里葉變換得到陣元數(shù)據(jù)譜峰，由同步相關(guān)峰與陣元數(shù)據(jù)譜峰中心的距離得到參考信號(hào)需要的調(diào)整距離，然后根據(jù)此距離調(diào)整參考信號(hào)，使得參考信號(hào)與陣元接收數(shù)據(jù)同步上。步驟2，估計(jì)空時(shí)協(xié)方差矩陣。將陣元接收數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)圖2所示的空時(shí)自適應(yīng)結(jié)構(gòu)后，輸出空時(shí)陣列數(shù)據(jù)xST(t)=<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式中Xmn為第m個(gè)陣元接收數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)第η個(gè)延遲抽頭后的數(shù)據(jù)，其中，1^η^Ρ,P為抽頭數(shù)。利用xST(t)估計(jì)空時(shí)協(xié)方差矩陣<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>，式中，L=M-(P-I)Δ為空時(shí)快拍數(shù)，其中，Δ為每個(gè)延遲抽頭處的采樣點(diǎn)數(shù)。步驟3，估計(jì)互相關(guān)矢量。將同步上的參考信號(hào)經(jīng)過(guò)延遲結(jié)構(gòu)變換為空時(shí)參考信號(hào)，然后利用空時(shí)參考信號(hào)和空時(shí)陣列數(shù)據(jù)估計(jì)出互相關(guān)矢量rST。參考信號(hào)在延遲各抽頭t時(shí)刻的輸出為d(t)=[屯⑴，d2(t)，…，dP(t)]，利用此輸出求得空時(shí)參考信號(hào)=Iwxld(0，式中，表示kronecker積，Inxi為全1組成的NX1維列矢量，利用空時(shí)參考信號(hào)dST(t)和空時(shí)陣列數(shù)據(jù)Xst(t)估計(jì)出互相關(guān)矢量&，上標(biāo)*表示共軛運(yùn)算。步驟4，求空時(shí)維納權(quán)。利用空時(shí)協(xié)方差矩陣Rct和互相關(guān)矢量rST，計(jì)算衛(wèi)星信號(hào)的空時(shí)維納權(quán)Wsr=R^rsr，其中(·Γ1表示求逆運(yùn)算。步驟5，用空時(shí)維納權(quán)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾。將衛(wèi)星信號(hào)的空時(shí)維納權(quán)wST的共軛轉(zhuǎn)置與空時(shí)陣列數(shù)據(jù)xST⑴相乘，得到衛(wèi)星信號(hào)的抗干擾后的數(shù)據(jù)yST(t)=WsthXst(t)。步驟6，重復(fù)步驟1-5，依次求出各個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的空時(shí)維納權(quán)，進(jìn)行空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾，輸出各個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的抗干擾后數(shù)據(jù)。本發(fā)明的效果可以通過(guò)以下仿真結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明。1.仿真條件以一顆GPS衛(wèi)星信號(hào)為例，本發(fā)明的仿真所用的陣元天線排布如圖3所示，它為4個(gè)陣元天線的方陣，陣元天線的間距為半波長(zhǎng)，波長(zhǎng)λ=190.5mm，采樣頻率為40MHz，其他仿真參數(shù)如表1表1仿真參數(shù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>2.仿真結(jié)果圖4為性能比較圖，可用信噪比損失來(lái)衡量，信噪比損失=輸入信噪比/輸出信噪比，出信干噪比=WHSTRSWST/WHSTRINWST,RS為信號(hào)的自相關(guān)矩陣，Rin為干擾加噪聲的自相關(guān)矩陣，信噪比損失越小說(shuō)明性能越好。由圖4可以看出，本發(fā)明的利用基于波形信息的空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾方法的信噪比損失最小，比普通空時(shí)波束形成性能提高了4dB左右，可見利用本發(fā)明基于波形信息的空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾方法，能在存在陣列流形誤差的條件下獲得有比現(xiàn)有方法更好的抗干擾效果。綜上，本發(fā)明可以在存在陣列流形誤差的情況下，無(wú)須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差校正，即可準(zhǔn)確的求出波束形成權(quán)，提高陣列在陣列流形誤差條件下抗干擾性能，對(duì)陣列流形誤差具有魯棒性；實(shí)現(xiàn)抗干擾時(shí)無(wú)需預(yù)先知道衛(wèi)星信號(hào)或干擾的來(lái)波方向等先驗(yàn)信息，可實(shí)現(xiàn)盲自適應(yīng)抗干擾；當(dāng)同時(shí)存在多個(gè)衛(wèi)星時(shí)，可利用各顆衛(wèi)星已知的參考信號(hào)波形易于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航信號(hào)的分離和多波束形成。權(quán)利要求一種基于波形信息的空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾方法，包括如下過(guò)程A.各陣元接收數(shù)據(jù)通過(guò)空域采樣協(xié)方差矩陣求逆方法進(jìn)行初步抗干擾，同步出相關(guān)峰，利用此相關(guān)峰調(diào)整參考信號(hào)使得陣元接收數(shù)據(jù)與參考信號(hào)同步；B.陣元接收數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)多個(gè)延遲抽頭后輸出空時(shí)陣列數(shù)據(jù)xST(t)，利用此空時(shí)陣列數(shù)據(jù)計(jì)算出空時(shí)協(xié)方差矩陣C.將同步的參考信號(hào)經(jīng)過(guò)延遲結(jié)構(gòu)先變換為空時(shí)參考信號(hào)，然后利用空時(shí)參考信號(hào)和空時(shí)陣列數(shù)據(jù)計(jì)算出互相關(guān)矢量rST；D.利用空時(shí)協(xié)方差矩陣和互相關(guān)矢量rST，計(jì)算衛(wèi)星信號(hào)的空時(shí)維納權(quán)<mrow><msub><mi>w</mi><mi>ST</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mover><mi>R</mi><mo>^</mo></mover><mi>ST</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><msub><mi>r</mi><mi>ST</mi></msub><mo>,</mo></mrow>其中，(·)-1表示求逆運(yùn)算；E.用衛(wèi)星的空時(shí)維納權(quán)wST，對(duì)空時(shí)陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾，輸出一個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的抗干擾后數(shù)據(jù)yST(t)；F.重復(fù)上述步驟，依次求出各個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的空時(shí)維納權(quán)，進(jìn)行空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾，輸出各個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的抗干擾后數(shù)據(jù)。FSA00000050683400011.tif,FSA00000050683400012.tif2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波形信息的空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾方法，其特征在于A步驟中所述的利用空域采樣協(xié)方差矩陣求逆法初步抗干擾，按如下步驟進(jìn)行2a)由LCMV準(zhǔn)則求得空域采樣協(xié)方差矩陣求逆法的最優(yōu)權(quán)為w=R^f/(f^^f)，其中f=[l,0,0,-,0];xl，式中N為陣元個(gè)數(shù)，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算，R為各陣元接收數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣，上標(biāo)H為共軛轉(zhuǎn)置運(yùn)算；2b)用最優(yōu)權(quán)w進(jìn)行初步抗干擾，初步抗干擾后的數(shù)據(jù)為y(t)=/乂0，其中乂0為陣元接收數(shù)據(jù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波形信息的空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾方法，其特征在于步驟B中所述的計(jì)算空時(shí)協(xié)方差矩陣^雙，按如下步驟進(jìn)行3a)陣元接收數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)多個(gè)延遲抽頭后，輸出空時(shí)陣列數(shù)據(jù)xST(t)=[xn(t),X12(t)，···,Xlp(t),X21(t),X22(t),···,X2P(t),···,Xni(t),ΧΝ2(t),···，XNp(t)]Τ其中，Xmn為第m個(gè)陣元接收數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)第η個(gè)延遲抽頭在t時(shí)刻的輸出，1<m<N，1<η<P，P為抽頭數(shù)；3b)利用空時(shí)陣列數(shù)據(jù)xST(t)估計(jì)空時(shí)協(xié)方差矩陣<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中，L=M-(P-I)Δ為空時(shí)快拍數(shù)，其中，Δ為每個(gè)延遲抽頭處的采樣點(diǎn)數(shù)，M為空域快拍數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波形信息的空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾方法，其特征在于步驟C中所述的計(jì)算互相關(guān)矢量rST，按如下步驟進(jìn)行4a)將同步上的參考信號(hào)經(jīng)過(guò)延遲結(jié)構(gòu)變換為空時(shí)參考信號(hào)dsr(i)=lw><1d(i)，式中，表示kronecker積，Inxi為全1組成的NXl維列矢量，d(t)=[(I1(t),d2(t),…，dP(t)]為參考信號(hào)在延遲各抽頭t時(shí)刻的輸出；4b)利用空時(shí)參考信號(hào)dST(t)和空時(shí)陣列數(shù)據(jù)xST(t)計(jì)算互相關(guān)矢量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>上標(biāo)*表示共軛運(yùn)算。L=ι5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波形信息的空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾方法，其特征在于步驟E中所述的用衛(wèi)星的空時(shí)維納權(quán)wST對(duì)空時(shí)陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾，是用衛(wèi)星的空時(shí)維納權(quán)Wst的共軛轉(zhuǎn)置與空時(shí)陣列數(shù)據(jù)XST(t)相乘，得到衛(wèi)星信號(hào)的抗干擾后的數(shù)據(jù)Yst(t)=WsthHXst(t)。全文摘要本發(fā)明公開了一種基于波形信息的空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾方法，主要解決現(xiàn)有方法在存在陣列流形誤差時(shí)抗干擾性能下降甚至失效的問(wèn)題。其過(guò)程是各陣元接收的數(shù)據(jù)通過(guò)空域采樣協(xié)方差矩陣求逆方法初步抗干擾，以同步出相關(guān)峰使得陣元接收數(shù)據(jù)與參考信號(hào)同步上；陣元接收數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)延遲結(jié)構(gòu)輸出空時(shí)陣列數(shù)據(jù)，用該空時(shí)陣列數(shù)據(jù)估計(jì)出空時(shí)協(xié)方差矩陣將同步上的參考信號(hào)經(jīng)過(guò)延遲結(jié)構(gòu)變換為空時(shí)參考信號(hào)，利用該空時(shí)參考信號(hào)和空時(shí)陣列數(shù)據(jù)估計(jì)出互相關(guān)矢量rST；通過(guò)空時(shí)數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣和互相關(guān)矢量rST求出空時(shí)維納權(quán)wST進(jìn)行空時(shí)盲自適應(yīng)抗干擾。本發(fā)明具有抗干擾性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可用于存在陣列流形誤差且在衛(wèi)星信號(hào)或干擾的來(lái)波方向未知情況下的空時(shí)抗干擾處理。文檔編號(hào)H04B7/185GK101807977SQ20101012077公開日2010年8月18日申請(qǐng)日期2010年3月9日優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日發(fā)明者廖桂生,徐青,曾操,楊志偉,胡蓉,陶海紅申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)