用于导航接收机的去噪mvdr欺骗干扰抑制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于卫星导航接收终端反欺骗技术领域，具体涉及一种用于导航接收机的 去噪MVDR欺骗干扰抑制方法。
【背景技术】
[0002] 导航接收机采用阵列天线抗压制式干扰的技术已日趋完善。目前，许多国家机构 学者已纷纷将研究重心转向卫星导航接收终端反欺骗技术。这是由于尽管传统阵列天线信 号处理在大功率干扰抑制方面表现出色，但当GPS欺骗干扰源发射与真实信号具有相同参 数的假信号时，对抗欺骗干扰效果欠佳。而大多数欺骗干扰方面的研究集中在干扰技术的 原理、途径、效果评估以及干扰信号的检测识别等，对传统阵列天线抑制方法失效的机理尚 不明确，且采用阵列天线抑制欺骗干扰的改进措施研究较少。
[0003] 传统空域抗干扰算法，如最小方差无失真响应（Minimum Variance Distortionless Response，MVDR)、广义旁辦相消（Generalized Sidelobe Canceler，GSC) 和功率倒置(power inversion，PI)等，是GPS接收机对抗大功率压制干扰的常规算法，但在 功率水平与真实信号相当的GPS欺骗干扰环境下，算法的干扰抑制效果出现问题，在干扰方 向上无法自适应零陷，从方向图上看几乎没有抑制作用。其中，MVDR算法基于输出功率最小 准则，在保证对期望信号无失真接收条件下利用零陷来抑制干扰，是自适应阵列信号处理 的经典算法。针对欺骗干扰抑制技术，加拿大卡尔加里大学做了大量代表性的研究。 Daneshmand提出了一个低计算复杂度的阵列天线抗欺骗干扰方法"Daneshmand，S .， A.Jahromi,A.Broumandan,et al.A Low-Complexity GPS Anti-Spoofing Method Using a Multi-Antenna Array[C]//Proceedings of the 25th International Technical Meeting of The Satellite Division of the Institute of Navigation(ION GNSS 2012)，Nashville 1^2012，11?&868"，这个方法提取欺骗的导向矢量时没有要求对阵列接 收信号解扩。这个方法可以实施于接收机前端，在很大程度上减少了接收机处理的计算复 杂性。随后，2014年提出一种基于阵列天线的GPS抗欺骗干扰方法，它是一种基于正交投影 和解扩实现欺骗干扰抑制方法"Daneshmand S，Jafarnia_Jahromi A，Broumandan A，et al.A GNSS Structural Interference Mitigation Technique Using Antenna Array Processing[C]//Sensor Array and Multichannel Signal Processing Workshop(SAM), 2014IEEE 8th，2014:109-112"。但基于MVDR等经典阵列空域滤波算法在欺骗干扰环境下的 不适用分析鲜有报道。针对MVDR在其他各种环境下性能分析的研究较多，如文献 aRaghunath K J,Reddy V U.Finite Data Performance Analysis of MVDR Beamformer with and without Spatial Smoothing[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 1992，vol. 40: 2726-2736"分析了空间平滑与非平滑情况下有限快拍数对MVDR算法性能的 影响。文南犬"Reddy V U,Paulraj A,Kailath T.Performance Analysis of the Optimum Beamformer in the Presence of Correlated Sources and Its Behavior under Spatial Smoothing!! J] · IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1988,vol.ASSP-35:927_936"和文献"Zoltowski M D.On the Performance Analysis of the MVDR Beamformer in the Presence of Correlated Interference [J]. IEEE Transactions on Acoustics,Speech,and Signal Processing,1988,vol.36: 945-947"分别分析了单个和多个相干干扰存在时不同信噪比情况下MVDR算法的输出功率 的表达式，并基于此表达式得出噪声功率较高时MVDR算法退化成为常规波束形成，但是推 导过程车交为复杂。文南犬"Wax M，Anu Y.Performance Analysis of the Minimum Variance Beamforming[J]. IEEE Transactions on Signal Processing，IEEE，1996，vol·44(4): 928-937"对MVDR算法下的输出信干噪比通用表达式做了推导，分析了信噪比、干噪比、信干 比等参数对输出信干噪比的影响，也提到在干噪比INR和信噪比SNR均大到一定程度时，输 出信干噪比SINR为一常数，但是过程也比较复杂。国内的相关研究比较少，其中文献"王永 良，丁前军，李荣峰.自适应阵列处理[M].北京:清华大学出版社，2004"里面有部分内容分 析了信号、干扰强度均远大于噪声强度的情况，接收信号协方差矩阵特征分解后可近似为 只含有噪声子空间，阵列采用MVDR算法后干扰导向矢量与噪声子空间正交，干扰方向形成 零陷。这些分析均没有特别针对GPS欺骗干扰，有关卫星导航欺骗干扰环境下MVDR算法失效 机理及其改进算法鲜有详细的理论分析。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种用于导航接收机的去噪MVDR欺骗干扰抑制方法。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
[0006] 该欺骗干扰抑制方法利用去噪预处理保留了阵列接收信号协方差矩阵逆的小特 征值λ」对应的特征向量，使该特征向量与GPS真实信号的导向矢量正交，从而保证对欺骗干 扰方向上形成零陷，j=M+l，Μ+2，···，Ν，Ν表示阵列阵元个数，Μ表示入射信号个数。
[0007] 所述欺骗干扰抑制方法具体包括以下步骤：
[0008] 1)估计阵列接收信号中的噪声功率，得到噪声功率的估计值Af;
[0009] 2)利用噪声功率的估计值^从阵列接收信号协方差矩阵中减去噪声成分，得到去 噪后的协方差矩阵Rxi;
[0010] 3)利用去噪后的协方差矩阵Rxi求取MVDR算法的权矢量，然后计算得到抑制欺骗干 扰后的阵列输出信号。
[0011]所述噪声功率按照以下公式进行估计：
[0013]其中，L是用以估计噪声功率的小特征值的数量。
[0014] 所述Rn按照以下公式求取：
[0016]其中，Rx表不阵列接收彳目号协方差矩阵，In是N维单位阵。
[0017]所述MVDR算法的权矢量表示为：
[0019] 其中，W为权矢量，Rj为RX1的逆矩阵，a (θ〇)为GPS真实信号的导向矢量。
[0020] 本发明的有益效果体现在：
[0021] 本发明方法利用去噪预处理保留了协方差矩阵逆的小特征值对应的特征向量，使 该特征向量与真实信号导向矢量正交，从而保证对欺骗干扰方向上形成零陷，实现对欺骗 干扰的抑制，理论分析和仿真实验表明，该方法简单、有效。
【附图说明】
[0022]图1为去噪MVDR算法方向图；
[0023] 图2为不同干扰角度下的零陷位置；
[0024] 图3为不同干扰功率下去噪MVDR算法输出信干噪比；
[0025] 图4为不同信号功率下的输出信干噪比；
[0026] 图5为不同噪声功率下的输出信