衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中非平穩(wěn)壓制性干擾信號(hào)抑制方法
【專(zhuān)利摘要】一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中非平穩(wěn)壓制性干擾信號(hào)抑制方法。其包括當(dāng)壓制性干擾信號(hào)與衛(wèi)星信號(hào)及噪聲信號(hào)共存時(shí)，利用M元均勻線(xiàn)陣形成待處理陣列信號(hào)；對(duì)整個(gè)干擾信號(hào)來(lái)向空間進(jìn)行離散采樣，獲得陣列信號(hào)稀疏表示模型；將稀疏表示模型數(shù)據(jù)與所有可能角度的導(dǎo)向矢量做相關(guān)處理，找到相關(guān)量最大值在導(dǎo)向矢量矩陣中位置；利用最小二乘法估計(jì)出相關(guān)量最大值對(duì)應(yīng)的稀疏向量；從稀疏表示模型數(shù)據(jù)中減去稀疏向量獲得剩余量；判斷干擾成分是否完全抑制，如果不滿(mǎn)足重復(fù)迭代；最后將剩余量向量第一個(gè)元素作為當(dāng)前快拍干擾抑制后數(shù)據(jù)，進(jìn)行衛(wèi)星捕獲跟蹤及定位。本方法無(wú)需事先知道干擾的個(gè)數(shù)，對(duì)DOA采樣間隔失配不敏感，且可處理DOA間隔小于分辨率的干擾。
【專(zhuān)利說(shuō)明】衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中非平穩(wěn)壓制性干擾信號(hào)抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航干擾信號(hào)抑制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中非平穩(wěn)壓制性干擾信號(hào)抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于衛(wèi)星導(dǎo)航可以準(zhǔn)確提供目標(biāo)位置和時(shí)間等信息，如今在民用和軍用的眾多領(lǐng)域中，衛(wèi)星導(dǎo)航都具有重要地位，如GPS導(dǎo)航和北斗導(dǎo)航。但是由于導(dǎo)航衛(wèi)星距離地球大約為數(shù)萬(wàn)公里，因此地面附近的衛(wèi)星接收機(jī)接收的衛(wèi)星信號(hào)就會(huì)非常微弱，一般比接收機(jī)的熱噪聲還要低20dB，這樣就會(huì)帶來(lái)衛(wèi)星信號(hào)容易受到干擾的問(wèn)題，如果不進(jìn)行干擾信號(hào)的抑制，就會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星導(dǎo)航性能下降，嚴(yán)重時(shí)失去導(dǎo)航能力，因此研究衛(wèi)星導(dǎo)航的干擾信號(hào)抑制具有重要的意義，會(huì)成為各種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的核心。
[0003]典型的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾的方法是依賴(lài)于陣列天線(xiàn)和陣列信號(hào)處理理論的。這些抗干擾方法的主要思路是，利用接收數(shù)據(jù)進(jìn)行干擾信號(hào)的波達(dá)方向(DOA)估計(jì)，只要知道了干擾信號(hào)的D0A，之后采用子空間投影的方法在干擾處形成零陷來(lái)達(dá)到干擾信號(hào)抑制的效果。隨著對(duì)接收機(jī)抗干擾能力要求的提高，一些更為復(fù)雜的方法也被提出，通過(guò)利用干擾信號(hào)及衛(wèi)星信號(hào)的來(lái)向和衛(wèi)星信號(hào)特性等信息，其抗干擾能力得到提高。
[0004]目前比較成熟的基于陣列處理的抗干擾方法都是利用接收衛(wèi)星信號(hào)數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣這一統(tǒng)計(jì)量，因此處理時(shí)必須準(zhǔn)確估計(jì)協(xié)方差矩陣，這樣就需要在一定的采樣時(shí)間內(nèi)，干擾信號(hào)的個(gè)數(shù)以及干擾信號(hào)的DOA在一定時(shí)間內(nèi)保持不變，然而如果干擾信號(hào)為非平穩(wěn)性壓制性干擾信號(hào)時(shí)，由于其協(xié)方差矩陣是時(shí)變的，結(jié)果導(dǎo)致不能準(zhǔn)確估計(jì)出協(xié)方差矩陣，因此所有基于協(xié)方差矩`陣處理的抗干擾方法就都會(huì)失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)合干擾信號(hào)空間譜稀疏特性的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中非平穩(wěn)壓制性干擾信號(hào)抑制方法。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中非平穩(wěn)壓制性干擾信號(hào)抑制方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟:
[0007]I)當(dāng)壓制性干擾信號(hào)與衛(wèi)星信號(hào)以及噪聲信號(hào)共存時(shí)，利用M元均勻線(xiàn)陣形成待處理的陣列信號(hào)；
[0008]2)對(duì)整個(gè)干擾信號(hào)來(lái)向空間進(jìn)行離散采樣，獲得步驟I)形成的陣列信號(hào)的稀疏表示模型；
[0009]3)將上述獲得的陣列信號(hào)的稀疏表示模型的數(shù)據(jù)與所有可能角度的導(dǎo)向矢量進(jìn)行相關(guān)處理，找到相關(guān)量最大值在導(dǎo)向矢量矩陣中的位置；
[0010]4)利用最小二乘法估計(jì)出上述相關(guān)量最大值對(duì)應(yīng)的稀疏向量；
[0011]5)從構(gòu)建的陣列信號(hào)的稀疏表示模型的數(shù)據(jù)中減去上述估計(jì)出的稀疏向量而獲得剩余量；[0012]6 )判斷干擾成分是否完全抑制，如果不滿(mǎn)足停止迭代的條件重復(fù)步驟3 )_5 )，直到滿(mǎn)足停止迭代的條件；
[0013]7)最后將剩余量向量的第一個(gè)元素作為當(dāng)前快拍干擾抑制后的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行衛(wèi)星捕獲跟蹤以及定位。
[0014]所述的步驟2)中獲得陣列信號(hào)的稀疏表示模型的方法是:首先將所有干擾信號(hào)可能的來(lái)向空間進(jìn)行離散采樣，得到離散角度集Ψ={_90° ,-89.9° ,-89.8°，...，89.9°
};然后當(dāng)離散角度集中對(duì)應(yīng)的DOA存在干擾時(shí)，令信號(hào)值等于干擾信號(hào)值，否則都為O;接著構(gòu)建離散角度集Ψ對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向矢量矩陣A=[a (-90° )，a(-89.9° )，a(_89.8° )，...，a(89.9° )];最后建立起陣列信號(hào)的稀疏表示模型。
[0015]所述的步驟3)中進(jìn)行相關(guān)處理的具體方法是:將陣列信號(hào)的稀疏表示模型的數(shù)據(jù)與離散角度集Ψ對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向矢量矩陣A做相關(guān)處理。
[0016]所述的步驟6)中判斷干擾是否完全抑制的方法是:將步驟3)中的相關(guān)量最大值與噪聲水平進(jìn)行比較，當(dāng)小于噪聲水平時(shí)，說(shuō)明干擾成分已經(jīng)完全抑制，否則繼續(xù)迭代直到滿(mǎn)足條件；或者將步驟5)中得到的剩余量總能量與噪聲能量進(jìn)行比較，當(dāng)小于噪聲能量時(shí)，說(shuō)明干擾成分已經(jīng)完全抑制，否則繼續(xù)迭代直到滿(mǎn)足條件。
[0017]本發(fā)明提供的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中非平穩(wěn)壓制性干擾信號(hào)抑制方法結(jié)合干擾信號(hào)空間譜的稀疏特性，采用壓縮感知的理論，針對(duì)每個(gè)快拍分別進(jìn)行干擾抑制，這樣就避免了協(xié)方差矩陣的估計(jì)。本方法與壓縮感知領(lǐng)域內(nèi)的貪婪方法類(lèi)似，但是與現(xiàn)有的貪婪方法不同，本方法不需要事先知道干擾的個(gè)數(shù)，對(duì)DOA采樣間隔失配不敏感，并且可以處理DOA間隔小于分辨率的干擾。
[0018]本方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]I)本方法采用單快拍數(shù)據(jù)處理信號(hào)，避免了協(xié)方差矩陣的估計(jì)，能夠有效地抑制非平穩(wěn)性干擾信號(hào)，使基于列陣處理的干擾抑制方法更加完善；
[0020]2)本方法抑制干擾信號(hào)時(shí)不需要準(zhǔn)確估計(jì)干擾來(lái)向，不同于常規(guī)干擾抑制方法，即使兩個(gè)干擾來(lái)向很近時(shí)，也能夠避免常規(guī)方法分辨率低的缺陷，由此能夠很好地達(dá)到抑制干擾的目的；
[0021]3)本方法不同于現(xiàn)有的貪婪方法，無(wú)需事先知道干擾的個(gè)數(shù)；
[0022]4)本方法抑制干擾時(shí)對(duì)DOA采樣間隔失配不敏感；
[0023]5)本方法可以用來(lái)抑制DOA間隔小于分辨率的干擾。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)采用的干擾變化情況示意圖；
[0025]圖2是仿真實(shí)驗(yàn)I捕獲結(jié)果比較示意圖；
[0026]圖3是仿真實(shí)驗(yàn)2捕獲結(jié)果比較示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中非平穩(wěn)壓制性干擾信號(hào)抑制方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0028]本實(shí)施例采用GPS系統(tǒng)，但是所提供的方法同樣適用于其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，比如北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0029]本發(fā)明提供的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中非平穩(wěn)壓制性干擾信號(hào)抑制方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟:
[0030]I)當(dāng)壓制性干擾信號(hào)與衛(wèi)星信號(hào)以及噪聲信號(hào)共存時(shí)，利用M元均勻線(xiàn)陣形成待處理的陣列信號(hào):
[0031]考慮M元均勻等距線(xiàn)陣，其中陣元間隔等于入射信號(hào)波長(zhǎng)的一半，當(dāng)壓制性干擾信號(hào)與衛(wèi)星信號(hào)以及噪聲信號(hào)共存時(shí)，天線(xiàn)陣列接收信號(hào)的第η個(gè)快拍數(shù)據(jù)可以表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中非平穩(wěn)壓制性干擾信號(hào)抑制方法，其特征在于:其包括按順序進(jìn)行的下列步驟: O當(dāng)壓制性干擾信號(hào)與衛(wèi)星信號(hào)以及噪聲信號(hào)共存時(shí)，利用M元均勻線(xiàn)陣形成待處理的陣列信號(hào)； 2)對(duì)整個(gè)干擾信號(hào)來(lái)向空間進(jìn)行離散采樣，獲得步驟I)形成的陣列信號(hào)的稀疏表示模型； 3)將上述獲得的陣列信號(hào)的稀疏表示模型的數(shù)據(jù)與所有可能角度的導(dǎo)向矢量進(jìn)行相關(guān)處理，找到相關(guān)量最大值在導(dǎo)向矢量矩陣中的位置； 4)利用最小二乘法估計(jì)出上述相關(guān)量最大值對(duì)應(yīng)的稀疏向量； 5)從構(gòu)建的陣列信號(hào)的稀疏表示模型的數(shù)據(jù)中減去上述估計(jì)出的稀疏向量而獲得剩余量； 6 )判斷干擾成分是否完全抑制，如果不滿(mǎn)足停止迭代的條件重復(fù)步驟3 )-5 )，直到滿(mǎn)足停止迭代的條件； 7)最后將剩余量向量的第一個(gè)元素作為當(dāng)前快拍干擾抑制后的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行衛(wèi)星捕獲跟蹤以及定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中非平穩(wěn)壓制性干擾信號(hào)抑制方法，其特征在于:所述的步驟2)中獲得陣列信號(hào)的稀疏表示模型的方法是:首先將所有干擾信號(hào)可能的來(lái)向空間進(jìn)行離散采樣，得到離散角度集Ψ = {_90° ,-89.9° ,-89.8° ,...,89.9° }；然后當(dāng)離散角度集中對(duì)應(yīng)的DOA存在干擾時(shí)，令信號(hào)值等于干擾信號(hào)值，否則都為O ;接著構(gòu)建離散角度集Ψ對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向矢量矩陣A=[a (-90° )，a(-89.9° )，a(_89.8° )，...，a(89.9° )];最后建立起陣列信號(hào)的稀疏表示模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導(dǎo)航非平穩(wěn)壓制性干擾抑制方法，其特征在于:所述的步驟3)中進(jìn)行相關(guān)處理的具體方法是:將陣列信號(hào)的稀疏表示模型的數(shù)據(jù)與離散角度集Ψ對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向矢量矩陣A做相關(guān)處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導(dǎo)航非平穩(wěn)壓制性干擾抑制方法，其特征在于:所述的步驟6)中判斷干擾是否完全抑制的方法是:將步驟3)中的相關(guān)量最大值與噪聲水平進(jìn)行比較，當(dāng)小于噪聲水平時(shí)，說(shuō)明干擾成分已經(jīng)完全抑制，否則繼續(xù)迭代直到滿(mǎn)足條件；或者將步驟5)中得到的剩余量總能量與噪聲能量進(jìn)行比較，當(dāng)小于噪聲能量時(shí)，說(shuō)明干擾成分已經(jīng)完全抑制，否則繼續(xù)迭代直到滿(mǎn)足條件。
【文檔編號(hào)】G01S19/21GK103777214SQ201410028798
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】王文益, 杜清榮, 吳仁彪, 盧丹, 王璐 申請(qǐng)人:中國(guó)民航大學(xué)