[发明专利]用于导航接收机的去噪MVDR欺骗干扰抑制方法

说明书

本发明公开了一种用于导航接收机的去噪MVDR欺骗干扰抑制方法，通过对比压制干扰和欺骗干扰对导航接收机实施干扰时所处的环境，比较分析获得了MVDR算法在欺骗干扰环境下失效的机理，并在此基础上提出了去噪MVDR算法，该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。

技术领域

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

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。

传统空域抗干扰算法，如最小方差无失真响应(Minimum VarianceDistortionless Response，MVDR)、广义旁瓣相消(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 Usinga Multi-Antenna Array[C]//Proceedings of the 25th International TechnicalMeeting of The Satellite Division of the Institute of Navigation(ION GNSS2012),Nashville TN,2012,11pages”，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,etal.A GNSS Structural Interference Mitigation Technique Using Antenna ArrayProcessing[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“Raghunath K J,Reddy V U.Finite Data Performance Analysis of MVDR Beamformerwith 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。文献“Reddy V U,Paulraj A,Kailath T.Performance Analysis of the OptimumBeamformer in the Presence of Correlated Sources and Its Behavior underSpatial Smoothing[J].IEEE Transactions on Acoustics,Speech,and SignalProcessing,1988,vol.ASSP-35:927-936”和文献“Zoltowski M D.On the PerformanceAnalysis 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，但是推导过程较为复杂。文献“Wax M,Anu Y.Performance Analysis of the Minimum VarianceBeamforming[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。