[发明专利]基于互谱准则的降维自适应多波束GPS信号抗干扰方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及卫星导航系统的一种基于互谱准则的降维自适应多波束GPS信号抗干扰方法。

背景技术

全球定位系统(GPS)是一种高精度的导航定位系统，可以全天候、实时、连续高精度为用户提供经度、纬度、高度、速度以及时间等信息，是目前最先进、应用最广的卫星导航定位系统。

目前，传统的卫星导航系统的接收机的抗干扰技术主要分为三类，利用自适应滤波技术对接收的回波信号进行滤波处理，其中主要包含频域滤波、时域滤波和包络限幅等技术。利用阵列子信号处理技术对接收的回波信号进行抗干扰处理，其中主要包括空域调零和极化技术。利用前、后相关抗干扰处理和INS组合导航滤波的方法对接收的回波信号进行抗干扰。

董李梅等人在文献《带波束指向的GPS抗干扰技术研究》(导航定位与授时，Navigation Positioning&Timing，2016，3(2))中提出一种采用约束的最小方差准则实现抗干扰算法。该算法利用信号所在空间和干扰所在空间的区别进行自适应匹配滤波，使得波束在指向卫星信号时能够最大程度地抑制干扰信号。该算法的不足之处是，实际环境中难以获得足够的独立同分布的训练样本来进行干扰加噪声协方差矩阵估计，而且在进行自适应匹配滤波时需要对干扰加噪声协方差矩阵求逆，运算复杂度非常高，难以实现实时处理。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于互谱准则的降维自适应多波束GPS信号抗干扰方法，可以更好的构造数据降维矩阵，尽可能保留数据中的有用信息，同时有效降低抗干扰处理的运算复杂度，以解决现有技术运算复杂度高、难以实时处理以及降维处理操作中有用数据信息流失的问题。

一种基于互谱准则的降维自适应多波束GPS信号抗干扰方法，包括以下步骤：

S1利用最大似然估计方法，估计GPS接收信号中的干扰加噪声信号的协方差矩阵；

S2根据GPS卫星与地面接收机的几何关系，计算每一颗GPS卫星相对于GPS接收机的方向角；

S3估计每一颗GPS卫星相对于GPS接收机的标称空域导向矢量；

S3.1根据S2计算得到的每一颗GPS卫星相对于GPS接收机的方向角，估计每一颗GPS卫星相对于GPS接收机的方向角集合；

S3.2利用协方差矩阵重构公式，构造每一颗GPS卫星相对于GPS接收机的空域导向协方差矩阵；

S3.3利用矩阵特征值分解公式，对每一颗GPS卫星相对于GPS接收机的空域导向协方差矩阵进行特征值分解操作，得到每一颗GPS卫星的空域导向协方差矩阵的每一个特征值和对应的特征矢量。

S3.4将每一颗GPS卫星的空域导向协方差矩阵的特征值中最大的特征值所对应的特征矢量作为每一颗GPS卫星相对于GPS接收机的标称空域导向矢量；

S4构造每一颗GPS卫星对应的降维矩阵；

S4.1利用矩阵特征值分解公式，对GPS接收信号中的干扰加噪声协方差矩阵进行特征值分解操作，得到干扰加噪声协方差矩阵的特征值与特征矢量；

S4.2计算每一颗GPS卫星相对于GPS接收信号中的干扰加噪声协方差矩阵的每一个特征矢量的互谱值；

S4.3根据最大输出信杂噪比准则，筛选每一颗GPS卫星的主特征矢量集合；

S4.4利用每一颗GPS卫星的主特征矢量集合构造每一颗GPS卫星对应的降维矩阵；

S5利用每一颗GPS卫星对应的降维矩阵，计算每一颗GPS卫星对应的降维后的样本数据矢量；

S6根据线性约束最小方差准则，计算每一颗GPS卫星对应的降维后的自适应权矢量；

S7将每一颗GPS卫星对应的降维自适应权矢量分别与每一颗GPS卫星对应的降维后的样本数据矢量作矩阵乘操作，得到每一颗GPS卫星对应的抗干扰的GPS信号输出结果。

本发明具有以下有益效果：

1)相比于现有技术中直接对干扰加噪声协方差矩阵全维求逆，存在运算复杂度高的问题，本发明通过构造将维矩阵，生成降维后的数据矢量和降维后的自适应权矢量，能够有效降低运算复杂度，便于实现实时处理。

2)相比与现有技术中同样利用互谱准则自适应选取特征矢量构造每一颗GPS卫星对应的降维矩阵方法，本发明利用每一颗GPS卫星相对于GPS接收机的标称空域导向矢量作导向约束，能够对方向角误差更稳健，并进一步降低输出信干噪比损失。

附图说明

图1为本发明的流程图；