一種基于和差波束的導航抗干擾方法技術

本發明專利技術提供了一種基于和差波束的導航抗干擾方法，利用導航衛星位置信息構造導向矢量，利用該導向矢量對陣列天線接收信號進行和差處理，使陣列方向圖指向衛星信號方向。經波束合成后的信號進入DLMS算法模塊進行空時二維的自適應濾波處理，因陣列天線指向導航衛星信號位置，故有用衛星信號不損失，在不損失有用信號的條件下對干擾信號進行抑制，能夠顯著提高自適應濾波后的輸出信號信噪比水平。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及抗干擾技術，特別涉及衛星導航抗干擾技術。
技術介紹
在現有的導航體制中，導航信號極易受到外界信號的干擾，無論是人為故意干擾 還是環境噪聲的干擾，干擾信號的存在會導致原本具有的高精度、穩定的導航信號降低其 作用，甚至完全失效，這對于像飛機等一些對導航信息十分必須的設備來說是致命的打擊， 因此導航信號的抗干擾在軍事和民用領域都得到了廣泛的應用。軍事上它能夠抵抗敵方人 為的故意信號干擾，在精確制導方面發揮重要的作用；而在民用領域，它可以用于穩定對客 機的衛星通信等方面。 抗干擾簡單而又經典的解決方案就是自適應濾波，即自適應調零技術。它主要是 調整自適應濾波器的權向量，使得濾波器在干擾方向上的響應為零，從而讓接收系統無法 接收到干擾信號，達到抑制干擾的目的。自適應調零技術可以在空域上實現自適濾波，根據 外部信號環境的變化自動地調整天線陣中各個陣元的加權系數，在保證除干擾方向上的天 線方向圖保持全向的基礎上，使得零陷對準干擾信號方向。自適應調零技術主要有空域濾 波和空時濾波（見文獻：Xiao_bo Y. An Improved GPS Receiver Anti-jammer Algorithm Based on Space-time Adaptive Processing//Computer Distributed Control and Intelligent Environmental Monitoring(CDCIEM), 2012International Conference on. IEEE，2012:106-109.)，不論采用什么濾波技術來實現抗干擾，都需要得到各個天線陣 元的加權值。 自適應波束形成通過不同的準則來確定自適應加權，并利用不同的自適應算法來 實現。主要的準則有：最小均方誤差MSE準則；最大信噪比SNR準則；最大似然比LH準則； 最小噪聲方差NV準則等。不管選擇什么樣的準則，都是要采用一定的算法調整陣波束方向 圖，從而實現自適應控制。其中，有Howells等人根據最大輸出信噪比準則提出的HA算法； Reed等提出的SMI算法以及常用于衛星通信抗干擾的功率倒置算法（見文獻：盧丹，吳仁 彪，王磊.一種通用的GPS多類干擾抑制方法.信號處理，2010,26(5): 682-686.)。功 率倒置算法在實現當中簡單，且不需要知道干擾以及衛星的方位角度信息，故常常用于實 際的衛星信號抗干擾當中。但是傳統的功率倒置抗干擾方法因為沒有任何的先驗信息，在 抑制干擾信號的同時，會對有用的衛星信號進行抑制，從而會大幅降低衛星信號的功率。評 價自適應調零算法的優劣的關鍵指標是自適應調零后的輸出信號的信噪比。該信噪比反應 了自適應調零算法的抗干擾能力。所以如何提高輸出信號的信噪比一直是導航抗干擾研究 的關鍵。
技術實現思路
本專利技術為解決上述技術問題所采用的技術方案是，針對現有抗干擾方法中，因衛 星信號極弱而影響系統正常導航工作的問題，提供了一種增強有用信號強度、提高輸出信 噪比的導航抗干擾方法。 本專利技術為解決上述技術問題所采用的技術方案是，一種基于和差波束的導航抗干 擾方法，包括以下步驟： 步驟a.利用導航衛星的位置信息構造導向矢量； 步驟b.控制陣列天線指向導航衛星所在角度，并利用導向矢量對四元陣列天線 接收到的信號進行和差波束合成，得到和信號與差信號； 步驟c.以和信號為參考信號，利用功率倒置算法的DLMS實現，對差信號進行自適 應濾波。 本專利技術利用導航衛星位置信息構造導向矢量，利用該導向矢量對陣列天線接收信 號進行和差處理，使陣列方向圖指向衛星信號方向。經波束合成后的信號進入DLMS算法模 塊進行空時二維的自適應濾波處理，因陣列天線指向導航衛星信號位置，故有用衛星信號 不損失，在不損失有用信號的條件下對干擾信號進行抑制，能夠顯著提高自適應濾波后的 輸出信號信噪比水平。 本專利技術的有益效果是，對陣列天線接受的有用導航信號進行波束合成，提高了接 收信號的功率，同時陣列天線指向導航衛星所在角度不影響后端抗干擾的效果，提高了抗 干擾輸出的信噪比。【附圖說明】 圖1為本專利技術抗干擾系統仿真結果對比。【具體實施方式】 本專利技術中導航衛星就是需要指向的目標衛星。導航抗干擾系統前端陣列天線形式 可以任意，如均勻圓型陣列、線性陣列等。實施例以四元天線陣列為例，對四陣元而言，抗干 擾系統的空域自由度為3,同時抗干擾算法采用空時二維聯合處理，能夠在頻域和空域對干 擾信號進行抑制，故本系統最多能夠抑制3個方向的干擾信號，干擾信號形式可以是單頻 干擾或寬帶干擾。 抗干擾系統的差波束導航抗干擾的方法如下： a.根據導航衛星位置信息求解導向矢量 將導航衛星的位置信息（導航衛星的俯仰角與方位角）作為先驗信息，設入射波 到達陣元的時間比參考點（某一陣元或者某一固定的坐標點）的時間超前（負為滯后），即 第m個陣元相對于參考點的延時τ "為： 其中，Θ表示導航衛星的俯仰角、f表示導航衛星的方位角、m為陣元標號，\表 示第m個陣元相對于參考點的橫坐標、 yni表示第m個陣元相對于參考點的縱坐標，c表示光 速； 對于窄帶信號而言，相應的信號相移為 其中，λ為接收信號波長。 所以4個陣元陣列的導向矢量可以表示為： 將預知導航衛星的位置信息轉化為導向矢量涉及到三角運算。若采用坐標旋轉數 字計算CORDIC算法，運算時間太長，不滿足實時性要求。因此，優選利用查找表計算導向矢 量，先用ROM存儲各個方位角度對應的導向矢量值，抗干擾處理時只需根據角度值查找對 應的值即可。先按照指向角度精度的要求，將整個空域的俯仰角劃分為M份，方位角劃分為 N，通過陣列模型給出的，魏.)計算方法，將每個角度對應的a(6?0肩,）值通過Mat I ab計算得 到，再在現場可編程門陣列FPGA中建立對應的ROM表，接口為外部給定的衛星角度信息，即 可輸出所要計算的導向矢量值。 b.利用導向矢量對陣列信號進行和差 假設導航衛星信號s〇(n)從(?肩)方向入射，其中Θ。為俯仰角，碎為方位角，導向 矢量表示為，則天線在導航衛星方向接收到的信號矢量X。(η)為 和通道信號為 其中（·）Η為共輒轉置，χ(η)為陣列天線接收的信號矢量。 差通道信號為 其中，下標（i+1)表示導向矢量的第i+Ι個元素，*為共輒符號。導向矢量與輸入 信號相乘使用乘法器完成，為便于信號同步，乘法器使用流水線結構，即加入鎖存器。同時， 對四路信號進行延時處理，保證信號流同步。 c.對和差彳目號進彳丁最小均方誤差算法LMS自適應濾波 普通LMS算法1次迭代需要做2次乘法和1次加法，即關鍵路徑為2次乘法、1次 加法。若采用組合邏輯運算，會影響FPGA系統所能達到的時鐘頻率，導致系統吞吐率低于 系統采樣率，不滿足實時性要求。故采用DLMS算法實現LMS迭代。DLMS的思想是增加鎖存 器以縮短關鍵路徑，使系統吞吐率滿足要求。令加法樹和乘法樹的延時分別為D1、D2,則迭 代過程： 其中叫》+ 1)為n+1時刻的自適應濾波器權值，為n時刻的自適應權值，μ 為迭代步長，u (η)為η時刻的輸入矢量，D1為加法時間總延遲，D 2為乘法時間總延時。 在權值迭代過程中，期望信號為第五路信號本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于和差波束的導航抗干擾方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟a.利用導航衛星的位置信息得到導向矢量；步驟b.控制陣列天線指向導航衛星所在角度，并利用導向矢量對四元陣列天線接收到的信號進行和差波束合成，得到和信號與差信號；步驟c.以和信號為參考信號，利用功率倒置算法DLMS實現對差信號進行自適應濾波。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李朝海，王雨，張臣勇，黃長富，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51