[发明专利]用于机载卫星导航平台的循环平稳波束形成方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及阵列天线技术领域，特别涉及用于机载卫星导航平台的循环平稳波束形成方法及系统。

背景技术

在阵列信号处理领域，为了增强期望信号方向的接收增益，同时从空域抑制干扰信号的接收，通常需要在期望信号方向形成波束，在干扰信号方向形成零陷。因此，期望信号和干扰信号的空间到达角(Direction of Arrival,DOA)需要已知。在阵列信号处理中，信号到达角估计又被称之为空间谱估计，它主要目的是对空间存在的信号源进行方向定位，常用的空间谱估计方法是根据阵列天线接收信号的空间统计特性，通过计算空间谱峰值来确定期望信号和干扰信号的来向。

当期望信号角度不能够获得而期望信号的参考波形已知时，通常考虑基于期望信号波形辅助的波束形成。该参考信号可以是天线阵列所接收的导引信号，也可以是根据期望信号特性所复制的本地参考信号。该方法令此参考信号与阵列加权输出信号之差的均方值最小来求取自适应权值。此自适应权值能够保证阵列天线在期望信号和干扰信号方向分别形成波束和零陷。

然而在卫星导航阵列信号处理中，卫星信号到达接收机处的功率在-160dBW左右，此时的信噪比非常低，空间谱估计方法不能估计出卫星信号到达角，从而不能根据空间谱理论来设计波束形成器。对于车载和船载等移动速度较慢的卫星导航平台来说，可以依据卫星信号的时域统计特性，利用本地复制的卫星信号波形作为参考信号，采用最小均方误差准则来进行波束形成。但是，对于高速移动的机载平台来讲，卫星导航接收机与可视卫星之间的多普勒运动将严重影响接收信号的统计特性，从而本地不能快速有效复制出准确的参考波形信号。

近些年来，基于信号循环平稳特性的盲波束形成方法成为了空域抗干扰领域的一个研究热点。在通信和导航领域，大多数人造信号都满足循环平稳特性，即信号的各阶统计特性参数是随着时间周期变化的。循环平稳波束形成算法也不需要知道期望信号波形或角度信息，只需根据期望信号的循环频率即可将其从干扰信号和噪声中提取出来。Agee B G,Schell S V,Gardner W A等学者首先在文献“Spectral self-coherence restoral:a new approach to blind adaptive signal extraction using antenna arrays.Proceedings of IEEE,78(4):753-767”中将循环平稳特性算法用于阵列天线抗干扰领域，该文章中提出了三种频谱自相关重构(Self-Coherent Restoral,SCORE)算法，即LS-SCORE算法、Cross-SCORE算法和Auto-SCORE算法。只要干扰信号和噪声不具有循环平稳特性或在期望信号的循环频率处不具有循环平稳特性，SCORE类算法都能够很好的抑制干扰信号。

但是，由于传统的SCORE类算法求取阵列权值的收敛速度比较慢，Wu Q,Wong K M等学者在文献“Blind adaptive beamforming for cyclostationary signals.IEEE Transactions on Signal Processing,44(11):2757-276”中提出了一种循环平稳自适应波束形成(Cyclostationary Adaptive Beamforming，CAB)方法，该文献中指出，当干扰信号不具备循环平稳特性或者其循环频率与期望信号循环频率不相同时，CAB方法所求取的阵列权值与期望信号导向矢量线性相关，但是CAB方法对强干扰信号的抑制能力仍然比较差。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供用于机载卫星导航平台的循环平稳波束形成方法及系统，能够在卫星信号到达角、参考波形均未知的情况下，提高循环平稳波束形成器的收敛速度。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种用于机载卫星导航平台的循环平稳波束形成方法，其包括如下步骤：

A、建立阵列天线接收信号模型，并得到接收信号的循环自相关矩阵；

B、根据接收信号的循环自相关矩阵、本地参考信号的控制向量以及信号循环平稳特性建立循环自适应波束形成器；

C、求解所述循环自适应波束形成器的阵列权值，将其作为期望信号的导向矢量，并建立约束循环自适应波束形成器；

D、构建接收信号的阵列协方差矩阵，并根据最小均方误差准则求解所述阵列协方差矩阵的收缩因子，得到具有最小均方误差的阵列协方差矩阵估计值；