CN111694023A - 一种基于解重扩的卫星导航抗干扰接收处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于解重扩的卫星导航抗干扰接收处理方法，对信号进行信号采样和自适应空时滤波处理，得到针对于不同卫星的最优权矢量，分别应用最优权矢量对接收信号进行波束成形后，其方向图主瓣指向对应的卫星信号，以实现对期望信号的高增益，完成对干扰信号和噪声的抑制。然后分别对多波束抗干扰模块输出的每个波束分别进行捕获，跟踪和导航电文的解算，完成解扩部分。根据解扩得到的各个卫星信号的时延，重新扩频生成各路卫星的基带信号，完成重扩部分，此时生成的卫星基带信号中噪声和干扰得到了抑制。最后将各路信号合成一路综合信号，方便后续输入到接收机模块中进行定位解算，从而实现了卫星导航信号的抗干扰接收。
Description
技术领域
本发明涉及一种卫星导航抗干扰接收处理方法，属于阵列信号处理技术领域
背景技术
全球导航卫星系统利用人造卫星发射导航信号，接收机通过接收多颗卫星信号实现定位，从而提供全天候高精度的定时定位和导航服务。由于卫星导航系统的易受干扰性，许多国家都在积极开展抗干扰技术的研究工作。目前，最有效的干扰抑制技术即波束成形技术，又称为空域滤波技术，即在得到信号空间参数的基础上，通过对各阵元输入信号自适应加权，达到增强期望信号，抑制干扰和噪声的目的。
盲波束成形技术由于无需知道期望信号的到达方向等先验知识，只利用采样数据和已知的天线阵列结构，对接收信号进行波束成形处理以实现期望信号的最佳接收，近年来一直是无线电抗干扰技术领域的研究热点。其中，基于信号循环平稳特性的波束成形算法和基于信号恒模特性的波束成形算法最为常见，但由于卫星信号非常微弱，且实际中样本数据量不可能趋于无限大，故这两种方法的性能将大大下降。2005年M.G.Amin等人提出了基于卫星周期重复特性的SCORE算法，但其得到的阵列加权矢量仅适合于阵列天线接收到1颗卫星信号的情况，无法满足实际需要。2013年卢丹等人提出了一种基于单通道单延迟互相关处理的抗干扰算法及其改进算法，此方法可产生多个指向卫星信号的波束，但估计卫星信号方向时需要阵列流形信息，当阵列存在误差时，算法性能会受到影响。2017年吴仁彪团队提出一种改进的基于卫星信号特点的解重扩抗干扰算法，可有效提升卫星信号的载噪比。
注意到，上述几种算法均分别对L个卫星信号单独计算，得到L个加权矢量，后续处理主要分为两种方式：一种是直接将L个卫星对应的加权矢量叠加起来作用于接收信号，送入后端卫星导航接收模块实现定位，但此种方式由于对加权矢量直接叠加，会造成噪声的混叠，抵消由阵列信号处理带来的天线增益；另一种是将抗干扰模块嵌入到接收机内部，根据得到的加权矢量分别对L个卫星进行捕获，跟踪和解算，再综合解算结果并送入定位模块实现定位。此种方式不会引起噪声混叠，但需要移植传统接收机的内部结构，无法保证卫星导航接收系统的稳定性。
发明内容
本发明克服现有技术的不足，提出一种基于解重扩的卫星导航抗干扰接收处理方法。
本发明的技术解决方案是：
一种基于解重扩的卫星导航抗干扰接收处理方法，即在天线阵列接收到的信号与定位解算接收机之间增加抗干扰处理模块，其中抗干扰处理模块又包括多波束抗干扰算法模块和解扩重扩模块。首先运用多波束抗干扰算法对于每颗卫星信号计算波束成形的最优权矢量，并分别对接收到的阵列信号进行波束成形，即可得到抑制了干扰和噪声的各路卫星信号。然后分别对多波束抗干扰算法输出的各路卫星信号进行解扩和重扩，将重新生成的各路卫星信号叠加起来合成一路综合信号，再输入到后续的卫星导航接收部分，实现精确定位。
天线阵列接收卫星导航信号，并传送到射频电路中。
射频电路依次进行信号的放大，滤波和下变频，然后将生成的中频信号传送到抗干扰处理部分。
首先，运用多波束抗干扰接收算法对信号进行信号采样和自适应空时滤波处理，得到针对于不同卫星的最优权矢量，分别应用最优权矢量对接收信号进行波束成形后，其方向图主瓣指向对应的卫星信号，以实现对期望信号的高增益，同时完成对干扰信号和噪声的抑制。然后，分别对多波束抗干扰模块输出的每个波束分别进行捕获，跟踪和导航电文的解算，完成解扩部分。根据解扩得到的各个卫星信号的时延，多普勒频偏及导航电文等信息，重新扩频生成各路卫星的基带信号，完成重扩部分，此时生成的卫星基带信号中噪声和干扰得到了抑制。最后将各路信号合成一路综合信号，方便后续输入到接收机模块中进行定位解算。
将重扩后合成的卫星信号送入到卫星导航接收机部分，输出定位结果。从而实现了卫星导航信号的抗干扰接收。
(1)本发明设计的抗干扰接收处理方法与卫星导航解算部分相互独立，无需将抗干扰处理嵌入到接收机内部导航定位解算之中，模块之间传输中频数字信号，保证了后续接收机卫星导航解算部分的完整性和稳定性，同时抗干扰接收处理部分也具有较好的可移植性。
(2)本发明设计的抗干扰处理模块应用多波束算法的输出结果，分别对L个卫星信号应用对应的最优权矢量做波束成形，并分别进行解扩重扩处理，对比多个最优权矢量直接叠加起来对阵列信号进行波束成形的方式，避免了噪声叠加，载噪比下降的问题，有效的保留了抗干扰算法得到的载噪比性能提升。
(3)本发明由于分别对L个卫星信号进行最优权矢量的计算，并根据计算结果分别对各个卫星信号进行捕获与跟踪，可以有效的抑制干扰并对期望信号方向上形成增益，当某颗卫星恰好与其他卫星的干扰信号位于同一来向时仍具备较好的抗干扰效果，提升了接收机抗干扰算法的性能。
附图说明
图1为本发明涉及的完整接收系统示意图
图2为本发明抗干扰处理部分设计结构图
图3为本发明重扩部分设计细节图
具体实施方式
如图1所示，完整的接收系统示意图具体包括：天线阵列，射频模块，抗干扰处理模块和卫星导航接收模块。抗干扰处理模块由多波束抗干扰算法模块和解扩重扩模块构成。抗干扰处理模块与后续卫星导航接收模块相互独立。
天线阵列负责接收卫星导航信号，并传送到射频模块中。射频模块依次进行信号的放大，滤波和下变频，然后将生成的中频信号传送到多波束抗干扰模块。多波束抗干扰接收模块对信号进行信号采样和自适应空时滤波处理，得到针对于不同卫星的最优权矢量，分别应用最优权矢量对接收信号进行波束成形后，其方向图主瓣指向对应的卫星信号，以实现对期望信号的高增益，同时完成对干扰信号和噪声的抑制。然后，解扩重扩模块中，分别对多波束抗干扰模块输出的每个波束分别进行捕获，跟踪和导航电文的解算，完成解扩部分。根据解扩得到的各个卫星信号的时延，多普勒频偏及导航电文等信息，重新扩频生成各路卫星的基带信号，完成重扩部分，此时生成的卫星基带信号中噪声和干扰得到了抑制。将L路重扩后的基带卫星信号合成一路综合信号，输入到卫星导航接收模块，内部重新进行卫星导航信号的捕获，跟踪和定位解算，并输出定位结果，实现卫星导航信号的抗干扰接收。
如图2所示，抗干扰处理模块进行多波束抗干扰处理，并根据计算结果分别对L个卫星信号进行波束成形，并对每个波束输出分别捕获，跟踪和重扩，最后输出重扩后的基带信号，具体为：
以第i颗卫星为例进行说明，设信号经过多波束抗干扰算法处理后产生的最优加权矢量为Wopt，某时刻各个阵元接收到的信号矢量为Xi(k)，则经过波束成形后输出的信号为：
此时期望信号方向上形成主瓣，噪声和干扰方向上形成零陷，使得期望卫星信号得到保留，干扰信号和噪声成分受到抑制。
将输出的信号依次进行捕获和跟踪，解出对应的多普勒频偏，时延和导航电文数据码。并送入到信号重扩环节。
如图3所示，根据接收到的卫星信号的PRN编码，以及相应解调出来的导航电文值，生成对应的C/A码，并依据时延信息对C/A码进行时延，使得其与接收到的相位相一致。同时，由于卫星与接收机之间的相对运动，接收机实际接收到的信号存在多普勒频移和码相漂移，故在生成载波时添加多普勒频移，在生成C/A码时考虑码相漂移。将三部分的采样点相乘即可得到卫星的基带信号。
分别对L颗卫星执行上述操作，将得到的各颗卫星的基带信号相加，即可生成去除了干扰和噪声的综合卫星信号。
将上述生成的基带卫星信号传输到后续的卫星导航接收机部分，分别进行常规卫星导航信号的捕获，跟踪和定位，并输出定位结果。
实施例：
天线阵列采用8元均匀线阵，接收到8路射频信号后，通过射频通道完成信号的放大，滤波和下变频，经高精度AD采样后形成8路数字中频信号。由FPGA对接收到的信号进行多波束抗干扰计算，设接收到的信号中卫星数目为4，则经过多波束抗干扰环节后对于4颗卫星分别产生4个子波束，分别进行波束成形后生成4路中频数字信号，分别进行捕获与跟踪的解扩过程，解算出4颗卫星信号对应的时延，多普勒频偏和导航电文。再根据这些信息分别进行重扩，得到去除了噪声和干扰成分的基带信号。将4个卫星生成的基带信号加在一起，即可得到用于定位的卫星信号，输入到后面的卫星导航接收模块，通过捕获，跟踪和定位解算，最终输出定位结果。
本发明设计的抗干扰处理方法与卫星导航接收解算相互独立，保证了卫星导航接收模块的完整性和稳定性，同时抗干扰接收模块也具有较强的可移植性。应用多波束抗干扰输出的计算结果，解扩重扩模块分别对L个卫星信号进行最优权矢量的加权和波束成形，避免了多个波束成形的加权矢量直接叠加引起的噪声叠加，载噪比下降的问题，有效的保留了抗干扰算法得到的载噪比性能提升。同时，当某颗卫星的来向恰好与另一颗卫星的干扰信号的来向相同时，若直接叠加波束成形后的信号，会导致主瓣与零陷相叠加，大大削弱了干扰抑制效果，而本发明中提出的单独进行波束成形的方法则有效的解决了这个问题，保证了系统的抗干扰性能。
Claims (3)
1.一种基于解重扩的卫星导航抗干扰接收处理方法，其特征在于，在天线阵列接收到的信号与定位解算接收机之间增加抗干扰处理模块，其中抗干扰处理模块又包括多波束抗干扰算法模块和解扩重扩模块，首先运用多波束抗干扰算法对于每颗卫星信号计算波束成形的最优权矢量，并分别对接收到的阵列信号进行波束成形，即可得到抑制了干扰和噪声的各路卫星信号，然后分别对多波束抗干扰算法输出的各路卫星信号进行解扩和重扩，将重新生成的各路卫星信号叠加起来合成一路综合信号，再输入到后续的卫星导航接收部分，实现精确定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于解重扩的卫星导航抗干扰接收处理方法，其特征在于，天线阵列接收卫星导航信号，并传送到射频电路中。
3.根据权利要求1所述的一种基于解重扩的卫星导航抗干扰接收处理方法，其特征在于，射频电路依次进行信号的放大，滤波和下变频，然后将生成的中频信号传送到抗干扰处理部分。
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