[发明专利]一种基于阵列天线和GPS/SINS的联合抗干扰方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种组合导航技术，具体地说是一种阵列天线和GPS（全球定位系统）/SINS（捷联惯性导航系统）组合导航技术。 

背景技术

GPS导航系统能够全天候的为其用户提供覆盖全球的精确位置、速度与时间信息，其应用价值越来越高。然而，随着人为干扰技术的提高，卫星只依靠其扩频体制进行抗干扰已经不能满足用户需求。根据ICD-200，商用GPS接收机的抗干扰容限不超过24dB（取决于噪声电平）。即如果干信比大于24dB，商用GPS C/A码接收机就无法保持对信号的跟踪。试验表明，功率为1W的干扰机可以使85公里以内的C/A码接收机无法工作。另外，现有GPS信号是在众所周知的频率上发射的，其调制特征广为人知，信噪比又比较低，因而很容易进行干扰或欺骗。因此，研究GPS抗干扰技术已成为热点和重点。 

目前，基于信号处理的抗干扰方法是研究最为活跃的领域，常见的技术包括时域滤波技术和空域滤波技术。自适应时域滤波技术是一种窄带干扰抑制方法，它将接收到的有用信号、干扰和噪声通过自适应算法使所需的代价函数最小化来移除干扰信号。时域滤波在用于有界干扰源时是十分稳定的，这是因为它能同时提供复杂带阻滤波器准则，并且它被看作是GPS接收机前后处理的嵌入部分或是GPS接收机前的独立嵌入部分。在对尺寸影响很小的情况下，这种技术对窄带干扰的抑制大于30dB。对于消除窄带干扰，时域滤波技术可用于复杂窄带和连续波干扰源，但这又会受到残余计算带宽的限制，这种残余计算带宽会妨碍有效的GPS信号处理。空域滤波技术是通过自适应天线阵来实现，它可以有效抑制相干干扰和宽带干扰。自适应天线与时域自适应滤波有点类似，也要使得某个代价函数最小化，它有个很大的缺陷就是如果有用信号和干扰信号的入射方向彼此靠近时，自适应天线在抑制干扰信号的同时对有用信号也会造成影响。它的实现需要消耗比较大的功率、更多的花费，而且需要一个比较大的工作平台。空域滤波主要有两种类型:零陷和波束形成。零陷技术对有用信号信息量的需求是最小的，它比波束形成技术更容易实现。零陷技术最小化信号的输出功率，它可以分为窄带和宽带两种情况。波束形成技术要求比较多的有关有用信号的信息，而且实现起来也比较复杂。波束形成技术最大化信号的输出信噪比，波束形成技术也分为窄带和宽带两种情况。 

单纯的时域滤波和单纯的空域各自具有优缺点，但这两种处理方法的优劣恰好可以互补，可以将二者结合应用，进而形成一种联合抗干扰技术，即时空二维联合处理（STAP）抗干扰技术。空时二维联合处理的空域处理能力比单纯的空域滤波要更强。当需要对宽带信号进行零陷的时候，由于信号带宽不可忽略，会在空间中造成所谓“发散”现象。一般的空域滤波 手段都需要对这种宽带引发的空间“发散”予以特别的考虑，这也是单纯的空域方法处理宽带信号难以获得满意效果的原因。空时二维联合处理将频率信息和空域信息结合使用，自然地会在空时平面上将发散的各信号分量完整的表现出来，从而可以最大限度地对干扰进行消除和抑制。并且，STAP技术还具有内在的波束形成、内在的信号均衡和内在的抗多径干扰能力等诸多优点，因而可以在增强信号的同时实现抗干扰处理。 

另外，GPS/SINS组合导航也能够提高GPS接收机的抗干扰能力。接收机的环路带宽需要在抗干扰能力和动态跟踪性能之间折中设计，即接收机为了提高自身抑制干扰和噪声的能力，需要将环路带宽减小，而为了跟踪载体的动态性能又需要将环路带宽增大。而引入惯性信息后，SINS可以精确估计出载体的速度，计算出载体相对于卫星的多普勒频移，从而减小接收机的环路带宽，增加接收机的抗干扰能力。 

然而，以上传统的抗干扰方法都存在一定的缺陷。单纯的时域处理方法不能够抑制宽带干扰，空域滤波中的零陷方法不能在卫星信号方向提供增益，卫星信号也有可能被抑制。空域滤波中的波束形成方法和空时自适应处理往往需要卫星到达接收机的角度。GPS/SINS组合抗干扰方法需要GPS接收机能够正确输出伪距、伪距率或位置、速度信息。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制干扰能力强的基于阵列天线和GPS/SINS的联合抗干扰方法。 

本发明的目的是这样实现的： 

初始化载体的位置和姿态之后，建立GPS/SINS组合导航状态方程和量测方程；GPS/SINS组合导航实时提供载体的位置和姿态，同时根据卫星星历信息计算出当前卫星的位置，从而获得卫星到载体之间的导向矢量，即卫星到达载体的方向角和俯仰角；然后，所述导向矢量作为多约束最小方差空时自适应处理(MCMV-STAP)算法的先验信息，在空域、时域同时抑制宽带干扰和窄带干扰。具体包括如下步骤：