卫星导航系统中非平稳压制性干扰信号抑制方法
【专利摘要】一种卫星导航系统中非平稳压制性干扰信号抑制方法。其包括当压制性干扰信号与卫星信号及噪声信号共存时，利用M元均匀线阵形成待处理阵列信号；对整个干扰信号来向空间进行离散采样，获得阵列信号稀疏表示模型；将稀疏表示模型数据与所有可能角度的导向矢量做相关处理，找到相关量最大值在导向矢量矩阵中位置；利用最小二乘法估计出相关量最大值对应的稀疏向量；从稀疏表示模型数据中减去稀疏向量获得剩余量；判断干扰成分是否完全抑制，如果不满足重复迭代；最后将剩余量向量第一个元素作为当前快拍干扰抑制后数据，进行卫星捕获跟踪及定位。本方法无需事先知道干扰的个数，对DOA采样间隔失配不敏感，且可处理DOA间隔小于分辨率的干扰。
【专利说明】卫星导航系统中非平稳压制性干扰信号抑制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于卫星导航干扰信号抑制【技术领域】，特别是涉及一种卫星导航系统中非平稳压制性干扰信号抑制方法。
【背景技术】
[0002]基于卫星导航可以准确提供目标位置和时间等信息，如今在民用和军用的众多领域中，卫星导航都具有重要地位，如GPS导航和北斗导航。但是由于导航卫星距离地球大约为数万公里，因此地面附近的卫星接收机接收的卫星信号就会非常微弱，一般比接收机的热噪声还要低20dB，这样就会带来卫星信号容易受到干扰的问题，如果不进行干扰信号的抑制，就会导致卫星导航性能下降，严重时失去导航能力，因此研究卫星导航的干扰信号抑制具有重要的意义，会成为各种卫星导航系统发展的核心。
[0003]典型的卫星导航信号抗干扰的方法是依赖于阵列天线和阵列信号处理理论的。这些抗干扰方法的主要思路是，利用接收数据进行干扰信号的波达方向(DOA)估计，只要知道了干扰信号的D0A，之后采用子空间投影的方法在干扰处形成零陷来达到干扰信号抑制的效果。随着对接收机抗干扰能力要求的提高，一些更为复杂的方法也被提出，通过利用干扰信号及卫星信号的来向和卫星信号特性等信息，其抗干扰能力得到提高。
[0004]目前比较成熟的基于阵列处理的抗干扰方法都是利用接收卫星信号数据的协方差矩阵这一统计量，因此处理时必须准确估计协方差矩阵，这样就需要在一定的采样时间内，干扰信号的个数以及干扰信号的DOA在一定时间内保持不变，然而如果干扰信号为非平稳性压制性干扰信号时，由于其协方差矩阵是时变的，结果导致不能准确估计出协方差矩阵，因此所有基于协方差矩`阵处理的抗干扰方法就都会失效。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种结合干扰信号空间谱稀疏特性的卫星导航系统中非平稳压制性干扰信号抑制方法。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供的卫星导航系统中非平稳压制性干扰信号抑制方法包括按顺序进行的下列步骤:
[0007]I)当压制性干扰信号与卫星信号以及噪声信号共存时，利用M元均匀线阵形成待处理的阵列信号；
[0008]2)对整个干扰信号来向空间进行离散采样，获得步骤I)形成的阵列信号的稀疏表示模型；
[0009]3)将上述获得的阵列信号的稀疏表示模型的数据与所有可能角度的导向矢量进行相关处理，找到相关量最大值在导向矢量矩阵中的位置；
[0010]4)利用最小二乘法估计出上述相关量最大值对应的稀疏向量；
[0011]5)从构建的阵列信号的稀疏表示模型的数据中减去上述估计出的稀疏向量而获得剩余量；[0012]6 )判断干扰成分是否完全抑制，如果不满足停止迭代的条件重复步骤3 )_5 )，直到满足停止迭代的条件；
[0013]7)最后将剩余量向量的第一个元素作为当前快拍干扰抑制后的数据，并进行卫星捕获跟踪以及定位。
[0014]所述的步骤2)中获得阵列信号的稀疏表示模型的方法是:首先将所有干扰信号可能的来向空间进行离散采样，得到离散角度集Ψ={_90° ,-89.9° ,-89.8°，...，89.9°
};然后当离散角度集中对应的DOA存在干扰时，令信号值等于干扰信号值，否则都为O;接着构建离散角度集Ψ对应的导向矢量矩阵A=[a (-90° )，a(-89.9° )，a(_89.8° )，...，a(89.9° )];最后建立起阵列信号的稀疏表示模型。
[0015]所述的步骤3)中进行相关处理的具体方法是:将阵列信号的稀疏表示模型的数据与离散角度集Ψ对应的导向矢量矩阵A做相关处理。
[0016]所述的步骤6)中判断干扰是否完全抑制的方法是:将步骤3)中的相关量最大值与噪声水平进行比较，当小于噪声水平时，说明干扰成分已经完全抑制，否则继续迭代直到满足条件；或者将步骤5)中得到的剩余量总能量与噪声能量进行比较，当小于噪声能量时，说明干扰成分已经完全抑制，否则继续迭代直到满足条件。
[0017]本发明提供的卫星导航系统中非平稳压制性干扰信号抑制方法结合干扰信号空间谱的稀疏特性，采用压缩感知的理论，针对每个快拍分别进行干扰抑制，这样就避免了协方差矩阵的估计。本方法与压缩感知领域内的贪婪方法类似，但是与现有的贪婪方法不同，本方法不需要事先知道干扰的个数，对DOA采样间隔失配不敏感，并且可以处理DOA间隔小于分辨率的干扰。
[0018]本方法与现有技术相比具有以下优点:
[0019]I)本方法采用单快拍数据处理信号，避免了协方差矩阵的估计，能够有效地抑制非平稳性干扰信号，使基于列阵处理的干扰抑制方法更加完善；
[0020]2)本方法抑制干扰信号时不需要准确估计干扰来向，不同于常规干扰抑制方法，即使两个干扰来向很近时，也能够避免常规方法分辨率低的缺陷，由此能够很好地达到抑制干扰的目的；
[0021]3)本方法不同于现有的贪婪方法，无需事先知道干扰的个数；
[0022]4)本方法抑制干扰时对DOA采样间隔失配不敏感；
[0023]5)本方法可以用来抑制DOA间隔小于分辨率的干扰。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明仿真实验时采用的干扰变化情况示意图；
[0025]图2是仿真实验I捕获结果比较示意图；
[0026]图3是仿真实验2捕获结果比较示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例对本发明提供的卫星导航系统中非平稳压制性干扰信号抑制方法进行详细说明。
[0028]本实施例采用GPS系统，但是所提供的方法同样适用于其他卫星导航系统，比如北斗卫星导航系统。
[0029]本发明提供的卫星导航系统中非平稳压制性干扰信号抑制方法包括按顺序进行的下列步骤:
[0030]I)当压制性干扰信号与卫星信号以及噪声信号共存时，利用M元均匀线阵形成待处理的阵列信号:
[0031]考虑M元均匀等距线阵，其中阵元间隔等于入射信号波长的一半，当压制性干扰信号与卫星信号以及噪声信号共存时，天线阵列接收信号的第η个快拍数据可以表示为:
【权利要求】
1.一种卫星导航系统中非平稳压制性干扰信号抑制方法，其特征在于:其包括按顺序进行的下列步骤: O当压制性干扰信号与卫星信号以及噪声信号共存时，利用M元均匀线阵形成待处理的阵列信号； 2)对整个干扰信号来向空间进行离散采样，获得步骤I)形成的阵列信号的稀疏表示模型； 3)将上述获得的阵列信号的稀疏表示模型的数据与所有可能角度的导向矢量进行相关处理，找到相关量最大值在导向矢量矩阵中的位置； 4)利用最小二乘法估计出上述相关量最大值对应的稀疏向量； 5)从构建的阵列信号的稀疏表示模型的数据中减去上述估计出的稀疏向量而获得剩余量； 6 )判断干扰成分是否完全抑制，如果不满足停止迭代的条件重复步骤3 )-5 )，直到满足停止迭代的条件； 7)最后将剩余量向量的第一个元素作为当前快拍干扰抑制后的数据，并进行卫星捕获跟踪以及定位。
2.根据权利要求1所述的卫星导航系统中非平稳压制性干扰信号抑制方法，其特征在于:所述的步骤2)中获得阵列信号的稀疏表示模型的方法是:首先将所有干扰信号可能的来向空间进行离散采样，得到离散角度集Ψ = {_90° ,-89.9° ,-89.8° ,...,89.9° }；然后当离散角度集中对应的DOA存在干扰时，令信号值等于干扰信号值，否则都为O ;接着构建离散角度集Ψ对应的导向矢量矩阵A=[a (-90° )，a(-89.9° )，a(_89.8° )，...，a(89.9° )];最后建立起阵列信号的稀疏表示模型。
3.根据权利要求1所述的卫星导航非平稳压制性干扰抑制方法，其特征在于:所述的步骤3)中进行相关处理的具体方法是:将阵列信号的稀疏表示模型的数据与离散角度集Ψ对应的导向矢量矩阵A做相关处理。
4.根据权利要求1所述的卫星导航非平稳压制性干扰抑制方法，其特征在于:所述的步骤6)中判断干扰是否完全抑制的方法是:将步骤3)中的相关量最大值与噪声水平进行比较，当小于噪声水平时，说明干扰成分已经完全抑制，否则继续迭代直到满足条件；或者将步骤5)中得到的剩余量总能量与噪声能量进行比较，当小于噪声能量时，说明干扰成分已经完全抑制，否则继续迭代直到满足条件。
【文档编号】G01S19/21GK103777214SQ201410028798
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】王文益, 杜清荣, 吴仁彪, 卢丹, 王璐 申请人:中国民航大学