一种导航通信抗干扰方法与流程

本发明属于卫星导航通信技术领域，具体涉及一种导航通信抗干扰方法。

背景技术：

目前，卫星导航系统广泛应用于各个领域，发展前景十分广阔。但由于卫星导航信号自身能量较弱，在其到达地面卫星接收机时，信号能量会非常微弱，环境中电磁辐射甚至是人为的干扰都会对卫星导航信号造成很大的影响，这样可能会导致卫星接收机不能捕获卫星导航信号或者导致卫星接收机失锁，也就是卫星接收机处于不跟踪的工作状态。因此，对卫星导航信号进行抗干扰处理是非常必要的，其中抗干扰算法的性能决定了卫星导航系统能否有效地抑制干扰信号。

目前，卫星导航接收机常用的抗干扰技术有时域抗干扰、频域抗干扰和空域抗干扰技术。其中，时域抗干扰是采用自适应算法调整滤波器系数，使干扰频率处于阻带，从而在时域内达到干扰抑制的目的，时域抗干扰技术实现简单、成本低，但对宽带干扰信号滤波效果不理想，限制了其应用范围。频域抗干扰技术是将接收信号从时域转换到频域，然后在频域对高于某一门限值的频谱进行置零或者限幅，来实现对干扰信号的抑制，最后再将抑制干扰后的信号频谱通过反傅里叶变换到时域，由此就可完成对干扰信号的抑制，频域抗干扰技术在处理窄带干扰、强带外干扰时十分有效，但对宽带干扰信号无能为力。空域抗干扰基本是由阵列天线接收信号，采用各种自适应算法更新各路加权系数，在方向图上形成波束低增益零点正对干扰来向，或将增益主瓣正对有用信号来向，空域抗干扰主要是一种针对宽带干扰的方法，但是它的性能与自由度有关，受阵元数的限制。鉴于当前时域、频域和空域抗干扰技术的抗干扰效果有限，因此多种抗干扰方式联合的方法越来越受到人们的关注。

目前，常用的多种抗干扰方式联合的方法包括空时联合抗干扰和空频联合抗干扰，其中，空时联合抗干扰是在空域抗干扰结构上增加时间延迟单元，它可以有效的抑制窄带干扰，而且可以完成对宽带干扰的抑制，但是计算量较大。而空频联合抗干扰是将空域及频域信息结合起来实现对干扰信号的有效抑制，空频联合抗干扰与空时联合抗干扰相比，它对窄带干扰和宽带干扰都有抑制效果，而且其矩阵运算量远小于空时联合抗干扰，但是当干扰信号和期望信号相近时，抗干扰效果会变差。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种导航通信抗干扰方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种导航通信抗干扰方法，包括：

获取天线阵列的接收信号；

根据所述接收信号得到期望信号的方位信息和干扰信号的方位信息；

根据所述期望信号的方位信息和所述干扰信号的方位信息得到空间相关系数；

根据所述空间相关系数得到所述天线阵列抗干扰的最佳方向。

在本发明的一个实施例中，获取天线阵列的接收信号，包括：获取所述天线阵列接收的期望信号和干扰信号。

在本发明的一个实施例中，根据所述接收信号得到期望信号的方位信息和干扰信号的方位信息，包括：

对所述期望信号进行空频抗干扰处理和信号解码处理，得到所述期望信号的方位信息；

对所述干扰信号进行波达方向定位技术处理，得到所述干扰信号的方位信息。

在本发明的一个实施例中，根据所述期望信号的方位信息和所述干扰信号的方位信息得到空间相关系数，包括：

根据所述期望信号的方位信息、所述干扰信号的方位信息和所述天线阵列的阵元参数计算得到所述期望信号与所述干扰信号的空间相关系数，所述空间相关系数αjs为：

其中，vs表示所述期望信号的方向向量，vj表示所述干扰信号的方向向量，n表示所述天线阵列的阵元个数，h表示共轭转置，||vs||表示所述期望信号的方向向量的模长，||vj||表示所述干扰信号的方向向量的模长。

在本发明的一个实施例中，所述天线阵列的阵元参数包括阵元的个数，每个所述阵元的位置信息和阵元间距。

在本发明的一个实施例中，根据所述空间相关系数得到所述天线阵列抗干扰的最佳方向，包括：

根据所述空间相关系数得到所述天线阵列的最佳转向角；

根据所述最佳转向角得到所述天线阵列抗干扰的最佳方向。

在本发明的一个实施例中，根据所述空间相关系数得到所述天线阵列的最佳转向角，包括：

将所述期望信号的方向向量和所述干扰信号的方向向量分别向所述天线阵列方向投影，得到其在所述天线阵列方向上的投影向量；

计算所述期望信号的投影向量与所述干扰信号的投影向量之间的距离l；

根据所述空间相关系数与所述距离l得到所述天线阵列的最佳转向角。

在本发明的一个实施例中，根据所述最佳转向角得到所述天线阵列抗干扰的最佳方向，包括：

对所述最佳转向角进行取模运算；

根据所述取模运算结果与所述期望信号的方位信息以及所述干扰信号的方位信息得到所述天线阵列抗干扰的最佳方向。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的导航通信抗干扰方法，根据天线阵列接收到的期望信号的方位信息、干扰信号的方位信息以及天线阵列的阵元参数，得到期望信号与干扰信号的空间相关系数，根据所述空间相关系数得到天线阵列抗干扰的最佳方向，可以提高空频联合抗干扰系统在期望信号与干扰信号相近时的抗干扰能力。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种导航通信抗干扰方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种空频联合抗干扰方法的原理图；

图3是本发明实施例提供的一种空间相关系数与天线阵列的角度的仿真图。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种导航通信抗干扰方法进行详细说明。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种导航通信抗干扰方法的流程图，如图所示，本实施例的导航通信抗干扰方法，包括：

s1：获取天线阵列的接收信号；

具体地，包括获取所述天线阵列接收的期望信号和干扰信号。其中，所述天线阵列是用于完成信号的接收，所述天线阵列在工作过程中，会接收来自空间中的窄带远场信号，包括期望信号和干扰信号。期望信号是希望接收的卫星信号，干扰信号则是在导航通信抗干扰方法中需要滤除的信号。

所述天线阵列的结构与阵元的排列形状、阵元个数及阵元间距等有关，阵元间距d会影响所述天线阵列的测量精度，一般需要满足d≤λ/2(λ为期望信号波长)。根据阵元在空间中排列方式的不同可以将天线阵列划分为线阵和平面阵，常见的天线阵列有均匀线阵、l型阵、方阵和均匀圆阵等几种类型。在本实施例中，所述天线阵列可以是线阵，也可以是平面阵，所述天线阵列的阵元间距d选择为λ/2。所述天线阵列沿初始角度放置，所述初始角度是指所述天线阵列与横坐标x轴的夹角，可以为任意角度，优选地，所述初始角度为零，即所述天线阵列平行于x轴放置。

s2：根据所述接收信号得到期望信号的方位信息和干扰信号的方位信息；

在本实施例中，所述期望信号的方位信息为s，

s＝[cosθscosφscosθssinφs]^t，

所述干扰信号的方位信息为j，

j＝[cosθjcosφjcosθjsinφj]^t，

其中，θs和φs表示所述期望信号的俯仰角和方位角，θj和φj表示所述干扰信号的俯仰角和方位角，t表示转置。

进一步地，所述步骤s2包括：

s21：对所述期望信号进行空频抗干扰处理和信号解码处理，得到所述期望信号的方位信息；

请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种空频联合抗干扰方法的原理图，如图所示，所述天线阵列由m个阵元构成，每个阵元对接收到的j个信号进行j个频点的快速傅氏变换运算(fft)，把所述接收到的信号从时域转换到频域。具体地，对于第m个阵元接收到的j个信号xm(n)，xm(n+1)，...，xm(n+j-1)，进行j个频点的快速傅氏变换运算，得到第j个频谱分量的值为xm(fj)。然后再通过对每个阵元中相同频点的信号进行空域抗干扰处理，此时相当于将原来m个阵元的空域滤波器结构按j个频谱分量分成了j个空域滤波器，每个空域滤波器有m个信号输入，最后将这j个频谱分量经过空域滤波之后的抗干扰输出值y(f1)，y(f2)，…，y(fj)通过逆向快速傅里叶运算(ifft)变换回时域中，得到了经过空频抗干扰处理后的j个时域数据y(n)，y(n+1)，…，y(n+j-1)。其中在每个频谱分量上进行空域滤波抗干扰处理和单独的空域滤波抗干扰的原理和结构完全相同，都是通过一定的准则来调整滤波器的权值对信号在空间角度上进行筛选。

进一步地，将经过空频抗干扰处理后的信号进行解码处理，得到所述期望信号的俯仰角和方位角，从而得到所述期望信号的方位信息。在本实施例中，使用gps接收机来完成所述期望信号的信息解算，所述信息解算可以解码得出所述期望信号的波达方向信息，即所述期望信号的俯仰角和方位角，从而得到所述期望信号的方位信息。

s22：对所述干扰信号进行波达方向定位技术处理，得到所述干扰信号的方位信息。

具体地，所述波达方向(directionofarrival，简称doa)定位技术是用来获取目标的距离信息和方位信息。利用天线阵列对doa估计的方法主要有arma(autoregressionmovingaverage，简称arma)谱分析、最大似然法、熵谱分析法和特征分解法等。在本实施例中，主要利用波达方向定位技术得到所述干扰信号的俯仰角和方位角，从而得到所述干扰信号的方位信息。

s3：根据所述期望信号的方位信息和所述干扰信号的方位信息得到空间相关系数；

具体地，根据所述期望信号的方位信息、所述干扰信号的方位信息和所述天线阵列的阵元参数计算得到所述期望信号与所述干扰信号的空间相关系数。所述空间相关系数表示所述期望信号与所述干扰信号在空间上的相关程度，可以理解为所述期望信号与所述干扰信号在空间上距离的远近，若在空间上的距离近则相关程度高，若在空间上的距离远则相关程度低。所述天线阵列的阵元参数包括阵元的个数，阵元间距和每个所述阵元的位置信息，即所述阵元的坐标。

在本实施例中，所述空间相关系数αjs为：

其中，vs表示所述期望信号的方向向量，vj表示所述干扰信号的方向向量，n表示所述天线阵列的阵元个数，h表示共轭转置，||vs||表示所述期望信号的方向向量的模长，||vj||表示所述干扰信号的方向向量的模长。

具体地，其中，s为上述实施例中的所述期望信号的方位信息，j为上述实施例中的所述干扰信号的方位信息，k0为一些常数项的固定乘积，与信号的角频率、每个阵元与参考阵元的相位差、光速以及圆周率相关。则所述空间相关系数αjs的展开式为：

其中，d表示阵元间隔，表示所述天线阵列的初始角度。

s4：根据所述空间相关系数得到所述天线阵列抗干扰的最佳方向。

具体地，所述最佳方向表示在此方向上所述期望信号与所述干扰信号的空间相关系数最小。因为所述空间相关系数越大，表示所述期望信号与所述干扰信号的相关程度越大，则信号的输出信干噪比越低，所述天线阵列的抗干扰效果越差，所述空间相关系数越小，表示所述期望信号与所述干扰信号的相关程度越小，则信号的输出信干噪比越高，所述天线阵列的抗干扰效果越好。所述信干噪比表示信号功率与干扰功率和噪声功率之比，信干噪比越低，表示抑制干扰效果越差，信干噪比越高，表示抑制干扰效果越好。在本实施例中，当所述天线阵列位于所述最佳方向，则空频联合抗干扰系统的抗干扰效果越好。

进一步地，所述步骤s4包括：

s41：根据所述空间相关系数得到所述天线阵列的最佳转向角；

具体地，包括：

s411：将所述期望信号的方向向量和所述干扰信号的方向向量分别向所述天线阵列方向投影，得到其在所述天线阵列方向上的投影向量；

所述期望信号的投影向量为ts，所述干扰信号的投影向量为tj，

其中，表示所述天线阵列的初始角度，h表示共轭转置。

s412：计算所述期望信号的投影向量与所述干扰信号的投影向量之间的距离l；

其中，θs和φs表示所述期望信号的俯仰角和方位角，θj和φj表示所述干扰信号的俯仰角和方位角。

s413：根据所述空间相关系数与所述距离l得到所述天线阵列的最佳转向角。

所述距离l与所述空间相关系数αjs的展开式相结合，并化简得到：

从上式可以看出，所述空间相关系数αjs与所述距离l呈现出类似于sinc的函数关系，sinc函数图像形如标准正态分布图像。若所述空间相关系数αjs的值最小，则信号的输出信干燥比最优。当所述距离l在sinc函数的零点处，此时所述空间相关系数αjs的值为零，则所述距离l满足以下条件，l＝2m/n，其中m为不能被n整除的整数，且l≤||s-j||。综上所述，所述最佳转向角δ的解析数学表达式为：

利用反三角函数可求出所述最佳转向角δ。

s42：根据所述最佳转向角得到所述天线阵列抗干扰的最佳方向。

具体地，包括：

s421：对所述最佳转向角进行取模运算；

在本实施例中，所述最佳转向角δ对π取模，是因为所述最佳转向角δ最大不超过π。

s422：根据所述取模运算结果与所述期望信号的方位信息以及所述干扰信号的方位信息得到所述天线阵列抗干扰的最佳方向。

所述天线阵列的最佳方向，即所述天线阵列的最佳角度

其中，所述天线阵列的最佳角度是所述天线阵列转向后的最终角度，也就是所述空间相关系数最小的角度，将其单位换算为弧度，即是所述天线阵列抗干扰的最佳方向；是根据所述期望信号的方位信息与所述干扰信号的方位信息得到一个角度；δ是所述最佳转向角。

本实施例的导航通信抗干扰方法，根据所述天线阵列接收到的期望信号的方位信息、干扰信号的方位信息以及天线阵列的阵元参数，得到期望信号与干扰信号的空间相关系数，根据所述空间相关系数与信号输出信噪干比的关系，获取所述天线阵列抗干扰的最佳方向，从而提高空频联合抗干扰系统在期望信号与干扰信号相近时的抗干扰能力。

请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种空间相关系数与天线阵列的角度的仿真图，如图所示，横坐标表示天线阵列的方向，单位为弧度，纵坐标表示空间相关系数，图中的四组坐标分别表示所述空间相关系数最小时，所述天线阵列的方向。本实施例的仿真模拟过程中，选取具有5个阵元的均匀线阵进行模拟，即n＝5，所述天线阵列的初始角度为零，设期望信号的俯仰角和方位角(θs，φs)＝(90°，30°)，干扰信号的俯仰角和方位角(θj，φj)＝(30°，30°)，根据以下公式：

可以得到为则为30°或210°，此时m可以取值为1、2、3或4，当m＝1时，δ＝62°；当m＝2时，δ＝22°；当m＝3或4时，cosδ＞1，不符合。综上所述，计算得到所述天线阵列抗干扰的最佳角度为7°、52°、92°或147°，换算为弧度单位所述天线阵列抗干扰的最佳方向分别是0.12、0.91、1.60和2.56。从图3中可以看到空间相关系数最小的四个点对应的天线阵列的方向与计算结果基本一致。

在本发明的描述中，需要理解的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。