[发明专利]高信噪比环境下基于小快拍数的导航接收机波束形成方法

说明书

本发明公开了一种高信噪比环境下基于小快拍数的导航接收机波束形成方法，包括以下步骤：S1、计算接收信号；S2、建立优化目标，并求解得到最优权矢量计算公式；S3、获取准确的干扰加噪声协方差矩阵，将准确的干扰加噪声协方差矩阵带入S2得到的最优权矢量计算公式中。本发明首先去除导航接收机阵列接收信号中的期望信号(卫星信号)组成部分，使算法适用于高信噪比环境(实际应用场合)，再通过使用协方差矩阵估计方法，提高小快拍数据下协方差矩阵的精确度，最终得到可在实际应用场景中有效提升导航接收机性能的波束形成算法。

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，具体涉及一种应用于卫星导航接收机的高信噪比环境下基于小快拍数的导航接收机波束形成方法。

背景技术

随着北斗三号最后一颗组网卫星正式入网，中国全面完成了北斗全球卫星导航系统星座部署，实现了北斗系统“三步走”战略。此外，目前成功投入运行的卫星导航系统还包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS和欧盟的Galileo以及部分区域性卫星导航系统。由于卫星与地面接收机距离较远，导致抵达地面的信号十分微弱，尽管卫星导航信号采用扩频方式传输，接收机可以获得扩频增益，使其不被掩盖于噪声中，但仍易受干扰信号的影响，导致接收机无法正常工作。由于导航接收机的核心是一个天线阵列，因此应用基于阵列信号处理的波束形成算法，可在增强导航信号的同时，抑制干扰信号。

波束形成算法大多基于Capon准则，其目标是在期望信号无失真通过波束形成器的同时，最小化输出信号的功率，从而实现输出信号的高信噪比。但此方法直接应用于导航接收机存在如下问题：①导航接收机对信号处理实时性要求较高，因此获取的快拍数较少，导致信号协方差矩阵的样本值与真实值相差较大，造成波束形成算法性能的下降，②样本协方差矩阵包含期望信号成分，因此当处于高信噪比环境时，期望信号会被当做干扰信号遭到抑制，同样会造成波束形成算法性能的下降。

目前，已有协方差矩阵估计方法，可在小快拍情况下，对信号协方差矩阵进行有效估计，提升波束形成算法性能。但此类方法只适用于低信噪比环境，而在实际情况中，扩频后的导航信号功率往往高于噪声功率。此外，有效去除协方差矩阵中期望信号组成部分的方法，往往没有考虑基于小快拍数据的情况，而导航接收机对信号接收的实时性要求较高，获取的快拍数据往往十分有限。因此研究适用于高信噪比环境下，基于小快拍数的波束形成算法，对导航接收机性能提升具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术在高信噪比环境下，快拍数有限时，导航接收机性能下降的问题，提供一种通过将期望信号去除方法和协方差矩阵估计方法的有效结合，能够提高小快拍数据下协方差矩阵的精确度，最终得到可在实际应用场景中有效提升导航接收机性能的高信噪比环境下基于小快拍数的导航接收机波束形成方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高信噪比环境下基于小快拍数的导航接收机波束形成方法，包括以下步骤：

S1、计算接收信号；

S2、建立优化目标，并求解得到最优权矢量计算公式；

S3、获取准确的干扰加噪声协方差矩阵，将准确的干扰加噪声协方差矩阵带入S2得到的最优权矢量计算公式中。

进一步地，所述S1具体实现方法为：对于一个具有M个阵元的均匀线阵，假设其接收的信号均为窄带远场信号，信号之间彼此不相关，各阵元接收到的噪声为复高斯白噪声，且噪声与信号之间也不相关，则t时刻，阵列的接收信号表示为：

x(t)＝x_s(t)+x_i(t)+x_n(t)                       (1)