一种卫星导航单天线抗宽带干扰方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于卫星导航技术领域，具体设及一种卫星导航单天线抗宽带干扰方法。
【背景技术】
[0002] 在一些飞行器的设计中，为了提高整体性能，要求作为导航组件的卫星接收机占 用空间尽可能小，同时又要求接收机具有较高的抗干扰能力。因此，在不影响天线性能的情 况下尽可能使天线小型化成为天线设计中需要考虑的重要因素。
[0003]现行有效获得抗宽带干扰能力的方法是使用阵列天线，利用阵列天线接收干扰信 号和卫星信号的导向矢量在干扰来向上形成零陷从而达到抑制干扰的目的。但具备抗干扰 能力的同时，普通天线阵列的占用空间也增大不少。
[0004]极化阵列是指极化敏感阵元按一定方式在空间放置所构成的阵列系统，利用极化 敏感阵元获取空间电磁信号的极化信息，极化信息表现为阵元两正交极化通道之间的极化 特性，而同时利用阵列几何结构进行空域采样获取空间电磁信号的空域信息，表现为相邻 阵元间的空间相位延迟。因此极化阵列既可W获得信号的空间到达角信息，又可W获取信 号的极化信息。
[0005]普通阵列仅有空域滤波能力，极化阵列不仅可W利用期望信号和干扰信号空间到 达角的差异在空域滤波，而且还可W利用其极化状态的差异在极化域滤波。因此极化阵列 比普通阵列具有更强的抑制干扰、增强信号的能力。而在要求具备相同抗干扰能力时，极化 天线阵列占用空间可大为减小，完全符合小型化的要求。
【发明内容】
[0006]本发明需要解决的技术问题为：提供一种极化阵列单天线的抑制宽带干扰的方 法。
[0007]本发明的技术方案如下所述：
[000引一种卫星导航单天线抗宽带干扰方法，包括W下步骤：
[0009] 步骤1、使用N元极化敏感矢量阵列天线接收卫星信号，并获得N元极化敏感矢量阵 列的输出X(t);
[0010] x(t) = [xi(t) ,X2(t),,XN(t)]
[00川其中，Xk(t)是第k个阵元的输出信号，k=l，2,…，N;
[0012] 步骤2、波束形成器合成输出
[0013]波束形成器合成输出的具体公式为：
[0014]
[0015]其中，y(t)为波束形成器的输出，W为权矢量。
[0016] 优选的，权矢量W的计算方法为：
[0017]
[001引其中，表示矩阵成欠最大特征值所对应的主特征向量；
为期望信号分量阵列输出协方差矩阵；
％期望信号的 功率;sd(t)是期望信号;如/)为期望信号导向矢量，由外部设备给出;Ri+n=E{xi+n(t)[xi+n(t)]H}为干扰加噪声分量阵列输出协方差矩阵。
[0019]优选的，权矢量W的计算方法为：
[0020]
[0021] 其中，为期望信号导向矢量，Rxx为x(t)的自相关矩阵。
[0022] 优选的，权矢量W的计算方法为：
[0023]
[0024] 其中，Rxx为x(t)的自相关矩阵，rxd为参考信号d(t)与N元极化敏感矢量阵列输出X (t)的互相关矩阵。
[0025]优选的，所述N= 2,选取极化敏感矢量阵列其中任一阵元的输出作为参考信号d (t)。
[0026]本发明的有益效果为：
[0027] 本发明使用极化天线阵元接收卫星信号，通过合理地设置权向量，将阵元的多路 输出合成，最终达到抑制宽带干扰的目的，具有很强的易用性。
【附图说明】
[0028]图1为单天线抗干扰卫星接收机总体设计框图总体框图；
[0029]图2为双极化天线抗干扰算法框图；
[0030] 图3为实际80地北斗2宽带干扰频谱图；
[0031]图4为单天线抗宽带干扰抑制后频谱图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和实施例对本发明的一种卫星导航单天线抗宽带干扰方法进行详 细说明。
[0033] 考虑一个N元极化敏感矢量阵列，其第k个阵元的输出信号可W写成
[0034]
[0035]式中，k=l，2，...，N，M是干扰信号的个数，p=l，2,……，M，sd(t)是期望信号，Spi (t)是P个干扰信号，祉是系数，/是期望信号sd(t)的增益，巧是第P个干扰spi(t)的增益， nk(t)是第k个阵元上的加性圆噪声。假定期望信号sd(t)，干扰Spi(t)W及加性圆噪声nk(t) 彼此统计独立。则阵列观测矢量具有下面的形式：
[0036]
[0037] 式中，曰=[曰1，曰2,......，3Ν]\ ?(皆'）二["|( 口杯(杯')]'为期望信号导向矢 量，能够从外部设备直接获得。切巧，'）= [α,(巧;')，馬(巧;')，...，％(巧;讯为第Ρ个干扰的导向矢 量，A为列满秩矩阵，4=杉妨％乂i]，方=[。似;)，0(拓)，…，a(热/)]，s(t) = [sd(t)，sii (t) , . . . ,SMi(t)]T，si(t) = [Sli(t) ,S2i(t) , . . . ,SMi(t)]T。
[003引若记W=[W1，W2, . . .，WN]T为极化域抗干扰波束开多成器的权矢量，则波束开多成器的 输出为y(t)=w%(t)。通过合理设计权矢量W，可使波束形成器中的干扰和噪声成分得到充 分抑制，同时保留感兴趣的期望信号成分。
[0039]几种波束形成器如下：
[0040] 1.最大输出信干噪比波束形成器(MSINR)
[0041] 输出信干噪比是波束形成器(SINR)的主要性能指标，而使输出SINR最大化是统计 最优波束形成器的最基本的设计准则。
[0042]
[00创其中，。d2 =E{Isd(t)I2}为期望信号的功率，馬=口;/"(/)""(/)为期望信号分量 阵列输出协方差矩阵，Ri+n=E{xi+n(t)[xi+n(t)]H}为干扰加噪声分量阵列输出协方差矩阵。
[0044] 则二次约束功率最大化准则为：
[0045] maxw^dws.t.w^i+nw=l
[0046]利用拉格朗日乘子法，可得最大输出SINR统计最优波束形成器的最优权矢量为：
[0047]
[004引其中，/表示矩阵Ri+rTiRd最大特征值所对应的主特征向量。 max
[0049] 2.最小方差无失真相应波束形成器(MVDR)
[0050] 最小方差无失真相应波束形成器按下述准则进行设计：
[0化1 ]
[0化2] 若能获得期望信号导向矢量及阵列输出协方差矩阵Rxx=E{x(t)xH(t)}， 利用拉格朗日乘子法可得W的解为
[0化3]
[0054] 3.基于参考信号的最小均方误差波束形成器(MMSE)
[0055]所谓参考信号方法是指按照下面的最小均方误差准则设计波束形成器：
[0化6]w=argming(w) =E{Id(t)-wH(t) 12}
[0057]其中d(t)为参考信号。
[005引根据牛顿迭代寻优方法，其最优解为
[0059] w = Rxx"Vxd
[0060] 上述Ξ种波束形成器，根据实际情况任选一种即可实现对宽带干扰的抑制。
[0061] 本实施例中，使用了如图1所示的二元极化敏感矢量阵列天线，采用参考信号的最 小均方误差波束形成器，该波束形成器的算法框图如图2所示，干扰个数为1。^1路极化信 息作为参考信号，Q路极化信息作为输入信号，W参考信号为期望，对输入信号进行自适应 滤波处理后输出合并信息。图3和图4给出了利用基于参考信号的最小均方误差波束形成器 前后对北斗2宽带干扰80地前后处理效果对比，图3为实际80地北斗宽带干扰频谱图，图4为 利用单天线抗宽带干扰方法进行抑制后频谱图，可见带内干扰基本滤除干净。
【主权项】
1. 一种卫星导航单天线抗宽带干扰方法，其特征在于:包括以下步骤： 步骤1、使用N元极化敏感矢量阵列天线接收卫星信号，并获得N元极化敏感矢量阵列的 输出x(t); X(t) = [xi(t)，X2(t)，···，ΧΝ(?)] 其中，Xk(t)是第k个阵元的输出信号，k=l，2,…，Ν; 步骤2、波束形成器合成输出 波束形成器合成输出的具体公式为： y(t)=wHx(t) 其中，y(t)为波束形成器的输出，w为权矢量。2. 如权利要求1所述的卫星导航单天线抗宽带干扰方法，其特征在于： 权矢量w的计算方法为：其中，￡表示矩阵尺+ 最大特征值所对应的主特征向量；为期 望信号分量阵列输出协方差矩阵；为期望信号的功率；sd(t)是期望信号； 为期望信号导向矢量，由外部设备给出；R1+n = E{X1+n(t)[x1+n(t)]H}为干扰加噪声分 量阵列输出协方差矩阵。3. 如权利要求1所述的卫星导航单天线抗宽带干扰方法，其特征在于： 权矢量w的计算方法为：其中，"(<)为期望信号导向矢量，Rxx为x(t)的自相关矩阵。4. 如权利要求1所述的卫星导航单天线抗宽带干扰方法，其特征在于:权矢量w的计算 方法为： W = Rxx T xd 其中，Rxx为x(t)的自相关矩阵，rxd为参考信号d(t)与N兀极化敏感矢量阵列输出x(t)的 互相关矩阵。5. 如权利要求4所述的卫星导航单天线抗宽带干扰方法，其特征在于:所述N= 2，选取 极化敏感矢量阵列其中任一阵元的输出作为参考信号d(t)。
【专利摘要】本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种卫星导航单天线抗宽带干扰方法。本发明的一种卫星导航单天线抗宽带干扰方法，包括以下步骤：步骤1、使用N元极化敏感矢量阵列天线接收卫星信号，并获得N元极化敏感矢量阵列的输出x(t)；步骤2、波束形成器合成输出。本发明使用极化天线阵元接收卫星信号，提供一种极化阵列单天线的抑制宽带干扰的方法，通过合理地设置权向量，将阵元的多路输出合成，最终达到抑制宽带干扰的目的，具有很强的易用性。
【IPC分类】G01S19/21
【公开号】CN105445760
【申请号】CN201510809903
【发明人】彭元, 付晶晶, 何子君, 李峰
【申请人】北京自动化控制设备研究所
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月20日