基于解重扩技术的多类卫星导航干扰抑制方法
【专利摘要】一种基于解重扩技术的多类卫星导航干扰抑制方法。其是将阵列天线接收到的信号向干扰正交补空间投影来抑制压制性干扰，对投影后数据计算解重扩权向量矩阵，判断矩阵是否满秩以识别欺骗式干扰是否存在。若存在欺骗式干扰，计算解重扩权向量之间相关性，识别欺骗式干扰源个数、各欺骗式干扰源包含的伪卫星星号及真实卫星星号。利用欺骗式干扰的解重扩权向量构造欺骗式干扰的正交投影矩阵，对信号进行投影抑制欺骗式干扰后，利用真实卫星的解重扩权向量进行多波束形成，获得信号处理增益。本发明能产生高增益的具有抗压制性干扰、转发式欺骗式干扰和生成式欺骗式干扰能力的多个波束，多波束形成能力不受阵元数限制，无需知道卫星信号和干扰来向信息。
【专利说明】基于解重扩技术的多类卫星导航干扰抑制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星导航抗干扰领域，特别是涉及一种基于解重扩技术的多类卫星导 航干扰抑制方法。
【背景技术】
[0002] 全球卫星导航系统（GNSS)利用人造卫星发射导航信号，从而能为覆盖范围内的 接收机在任何时间、任何地点提供高精度的位置和时间等信息，因此卫星导航系统具有极 端重要性。由于GNSS卫星信号极其微弱，如何确保GNSS应用设施的安全性和可靠性尤为 重要，抗干扰问题已成为全球卫星导航系统面临的首要问题。目前，卫星导航干扰抑制方面 的研究主要集中在压制性干扰的抑制。其中功率倒置法是利用压制性干扰功率远大于卫星 信号功率和噪声功率这个特点，从而在压制性干扰来向上形成零陷，然而由于欺骗式干扰 的功率低于噪声电平，因此功率倒置法无法用于欺骗式干扰的抑制。
[0003] 现有的欺骗式干扰抑制方法是从干扰来向、捕获环节、跟踪环节、定位结果以及导 航电文等方面对欺骗式干扰进行抑制。S.Daneshmand提出了一种基于双天线的欺骗式干 扰抑制技术，将两根天线的接收信号进行互相关运算得到欺骗式干扰的来向角，进而对欺 骗式干扰进行抑制，但是这种方法必需已知阵列流形，对阵列流形误差敏感，只适用于单个 转发式欺骗式干扰的抑制，并且要求欺骗式干扰的功率较高。G.B.Moon等人提出利用跟 踪环路跟踪所有可能的欺骗式卫星信号和真实卫星信号，然后根据跟踪参数来区分欺骗卫 星信号和真实卫星信号。这种技术需要更多的跟踪通道，使接收机的复杂程度和成本大大 增加。史文森提出了一种利用接收机的推算位置和接收信号的D0A估计值来抑制欺骗式 干扰来方法，该方法需要对接收机位置进行推算，且对导航电文进行解调，计算复杂度高。 C.E.McDowell对多天线波束形成和调零技术的理论和性能进行了分析，利用GPS相关器参 数及跟踪环路参数形成多波束来识别和抑制欺骗式干扰，但这种技术不具备在抑制欺骗式 干扰的同时对真实卫星信号形成多波束增益的能力。值得注意的是，这些方法在压制性干 扰与欺骗式干扰共存时均不能正常工作。为了保障GNSS的安全应用，迫切需要研究能够识 别欺骗式干扰，然后同时抑制压制性干扰、转发式欺骗式干扰和生成式欺骗式干扰，并且对 阵列流形误差和干扰功率不敏感的多类卫星导航干扰抑制方法，这不仅在理论研究方面有 重要的意义，而且对推进GNSS在军事应用等领域的应用也具有重要的意义。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种不需要已知阵列流形和接收机反 馈信息，能够抑制卫星导航系统压制性干扰、识别与抑制转发式欺骗式干扰和生成式欺骗 式干扰、并且能对卫星信号提供增益的基于解重扩技术的多类卫星导航干扰抑制方法。
[0005] 为了达到上述目的，本发明提供的基于解重扩技术的多类卫星导航干扰抑制方法 包括按顺序进行的下列步骤：
[0006] (1)将阵列天线接收到的射频信号转化成数字中频信号：
[0007] (2)根据阵列天线接收到的多次快拍数据，计算干扰正交补空间，将信号向干扰正 交补空间投影来抑制压制性干扰：
[0008] (3)对投影后的数据取一路计算解重扩权向量矩阵，并判断解重扩权向量矩阵是 否满秩，以识别欺骗式干扰是否存在；
[0009] (4)若存在欺骗式干扰，计算解重扩权向量之间的相关性，根据相关结果确定欺骗 式干扰源的个数、各欺骗式干扰源包含的伪卫星星号以及真实卫星星号；
[0010] (5)利用欺骗式干扰的解重扩权向量构造欺骗式干扰的正交投影矩阵，对上述接 收信号进行投影以抑制欺骗式干扰；
[0011] (6)利用真实卫星的解重扩权向量进行多波束形成，获得信号处理增益。
[0012] 在步骤（3)中，所述的对上述投影后的数据取一路计算解重扩权向量矩阵，并判 断解重扩权向量矩阵是否满秩，以识别欺骗式干扰是否存在的方法是根据解重扩技术对 每一颗捕获到的卫星都计算其对应的解重扩权向量，该解重扩权向量包含有信号的来向信 息，然后求解重扩权向量矩阵的秩，如果解重扩权向量矩阵满秩，则表明卫星信号彼此之间 相互独立，来自不同的方向，接收信号中不存在欺骗式干扰，反之，如果解重扩权向量矩阵 不满秩，贝 1J表明接收信号中有来自同一方向的卫星信号，存在欺骗式干扰。
[0013] 在步骤（4)中，所述的计算解重扩权向量之间的相关性，根据相关结果确定欺骗 式干扰源个数、各欺骗式干扰源包含的伪卫星星号以及真实卫星星号的方法是根据解重扩 权向量间归一化相关系数与门限的比较将卫星信号的解重扩权向量分类，若存在来自同一 方向的不同卫星信号，则这些卫星信号所对应的解重扩权向量之间的相关性很高，认为是 欺骗式干扰，反之，认为是真实卫星信号。
[0014] 在步骤（5)中，所述的利用欺骗式干扰的解重扩权向量构造欺骗式干扰的正交投 影矩阵，对上述接收信号进行投影以抑制欺骗式干扰的方法是根据欺骗式干扰的解重扩权 向量张成的子空间与欺骗式干扰子空间相对应，再利用正交补空间计算公式求得欺骗式干 扰的正交投影矩阵。
[0015] 在步骤（6)中，所述的利用真实卫星的解重扩权向量进行多波束形成，获得信号 处理增益的方法是根据真实卫星的解重扩权向量收敛于真实卫星信号的阵列流形，进一步 可以形成阵列波束指向相应的卫星来向。
[0016] 本发明提供的基于解重扩技术的多类卫星导航干扰抑制方法能产生高增益的具 有同时抗压制性干扰、转发式欺骗式干扰和生成式欺骗式干扰能力的多个波束，多波束形 成能力不受阵元数限制，无需知道卫星信号和干扰来向信息，对阵列流形误差和欺骗式干 扰功率大小不敏感，不需要导航接收机的反馈信息。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是采用本发明方法得到的解重扩权向量矩阵的波束图。
[0018] 图2是采用本发明方法对所有卫星信号得到的总波束图。
[0019] 图3是进行压制性干扰正交投影后未采取本发明方法抑制欺骗式干扰的捕获结 果。
[0020] 图4是采取本发明方法抑制压制性干扰和欺骗式干扰后的捕获结果。
[0021] 图5是进行压制性干扰正交投影后未采取本发明方法抑制欺骗式干扰时对PRN1 捕获的二维搜索结果。
[0022] 图6是进行压制性干扰正交投影后采取本发明方法抑制欺骗式干扰时对PRN1捕 获的二维搜索结果。
[0023] 图7是本发明提供的基于解重扩技术的多类卫星导航干扰抑制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0024] 下面参照附图和具体实施例对本发明基于解重扩技术的多类卫星导航干扰抑制 方法给予详细说明。为了方便起见，下面以GPS(GlobalPositioningSystem)系统和N个 阵元的阵列天线为例加以说明，实际上，该方法适用于任意阵列天线，且不需要知道阵列天 线流形。
[0025] 如图7所示，本发明提供的基于解重扩技术的多类卫星导航干扰抑制方法包括按 顺序进行的下列步骤：
[0026] (1)将阵列天线接收到的射频信号转化成数字中频信号：
[0027] 欺骗式干扰由多颗卫星信号（称为伪卫星信号）组成并沿同一方向发射。其中， 转发式欺骗式干扰是通过接收当前的卫星信号，根据欺骗目的对卫星信号延迟和放大，然 后转发来实现干扰；生成式欺骗式干扰是利用民用卫星导航信号形式已知的信息，直接生 成伪卫星信号并发射出去。
[0028] 当压制性干扰、转发式欺骗式干扰和生成式欺骗式干扰同时入射到阵列天线上 时，GPS接收机接收到的中频信号为：
【权利要求】
1. 一种基于解重扩技术的多类卫星导航干扰抑制方法，其特征在于，其包括按顺序进 行的下列步骤： (1) 将阵列天线接收到的射频信号转化成数字中频信号：； (2) 根据阵列天线接收到的多次快拍数据，计算干扰正交补空间，将信号向干扰正交补 空间投影来抑制压制性干扰： (3) 对投影后的数据取一路计算解重扩权向量矩阵，并判断解重扩权向量矩阵是否满 秩，以识别欺骗式干扰是否存在； (4) 若存在欺骗式干扰，计算解重扩权向量之间的相关性，根据相关结果确定欺骗式干 扰源的个数、各欺骗式干扰源包含的伪卫星星号以及真实卫星星号； (5) 利用欺骗式干扰的解重扩权向量构造欺骗式干扰的正交投影矩阵，对上述接收信 号进行投影以抑制欺骗式干扰； (6) 利用真实卫星的解重扩权向量进行多波束形成，获得信号处理增益。
2. 根据权利要求1所述的基于解重扩技术的多类卫星导航干扰抑制方法，其特征在 于，在步骤（3)中，所述的对上述投影后的数据取一路计算解重扩权向量矩阵，并判断解重 扩权向量矩阵是否满秩，以识别欺骗式干扰是否存在的方法是根据解重扩技术对每一颗捕 获到的卫星都计算其对应的解重扩权向量，该解重扩权向量包含有信号的来向信息，然后 求解重扩权向量矩阵的秩，如果解重扩权向量矩阵满秩，则表明卫星信号彼此之间相互独 立，来自不同的方向，接收信号中不存在欺骗式干扰，反之，如果解重扩权向量矩阵不满秩， 则表明接收信号中有来自同一方向的卫星信号，存在欺骗式干扰。
3. 根据权利要求1所述的基于解重扩技术的多类卫星导航干扰抑制方法，其特征在 于，在步骤（4)中，所述的计算解重扩权向量之间的相关性，根据相关结果确定欺骗式干扰 源个数、各欺骗式干扰源包含的伪卫星星号以及真实卫星星号的方法是根据解重扩权向量 间归一化相关系数与门限的比较将卫星信号的解重扩权向量分类，若存在来自同一方向的 不同卫星信号，则这些卫星信号所对应的解重扩权向量之间的相关性很高，认为是欺骗式 干扰，反之，认为是真实卫星信号。
4. 根据权利要求1所述的基于解重扩技术的多类卫星导航干扰抑制方法，其特征在 于，在步骤（5)中，所述的利用欺骗式干扰的解重扩权向量构造欺骗式干扰的正交投影矩 阵，对上述接收信号进行投影以抑制欺骗式干扰的方法是根据欺骗式干扰的解重扩权向量 张成的子空间与欺骗式干扰子空间相对应，再利用正交补空间计算公式求得欺骗式干扰的 正交投影矩阵。
5. 根据权利要求1所述的基于解重扩技术的多类卫星导航干扰抑制方法，其特征在 于，在步骤￠)中，所述的利用真实卫星的解重扩权向量进行多波束形成，获得信号处理增 益的方法是根据真实卫星的解重扩权向量收敛于真实卫星信号的阵列流形，进一步可以形 成阵列波束指向相应的卫星来向。
【文档编号】G01S19/21GK104330808SQ201410606254
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月1日 优先权日:2014年11月1日
【发明者】吴仁彪, 王璐, 张耀天, 王文益, 卢丹 申请人:中国民航大学