[发明专利]基于分数阶伪Wigner-Ville分布的卫星导航接收机干扰检测方法

说明书

本发明公开了一种基于分数阶伪Wigner‑Ville分布的卫星导航接收机干扰检测方法，用于全球导航卫星系统接收机的干扰检测。通过实验对发明的干扰检测方法进行了测试，测试的信号是受干扰的北斗卫星导航系统BDS‑B1I信号，实验结果表明本发明提出的全球导航卫星系统干扰检测方法有效地消除了双线性时频分布中存在的交叉项，同时显著改善了时频能量分布聚集特性，极大提升了全球导航卫星系统接收机干扰检测性能。

技术领域

本发明涉及全球导航卫星系统领域，具体来说是一种基于分数阶伪Wigner-Ville分布(Fractional Pseudo Wigner-Ville Distribution,FrPWVD)的卫星导航接收机干扰检测方法。

背景技术

全球导航卫星系统接收机的安全问题(例如民航和飞机着陆)引起了人们广泛的关注。全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)接收机接收信号中电磁干扰将导致卫星导航接收机导航与定位性能下降，甚至导致无法正常工作。大多数卫星导航系统中使用扩频(Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS)技术，其原理是将接收到的GNSS信号功率扩展到更宽的带宽上，确保GNSS接收机中解扩增益，从而减少不良干扰信号造成的损害。DSSS技术使卫星导航系统具有一定的抗干扰能力，但是由于GNSS接收机接收的导航信号功率非常低，即使十分微弱的电磁干扰信号也将导致GNSS接收机的导航与定位性能严重下降。

当前，GNSS干扰检测和缓解技术(Interference Detection and Mitigation，IDM)成为GNSS应用中非常重要的组成部分。GNSS干扰检测中现已经采用不同的时间-频率表示形式(Time Frequency Reference，TFR)的方法，例如频谱图和韦格纳分布(Wigner-Ville Distribution，WVD)。频谱图方法根据海森堡测不准原理存在时频(TimeFrequency，TF)分析分辨率的权衡问题，呈现较差的TF定位特性，无法用于干扰信号的瞬时频率估计。为了解决时频分辨率的折衷问题，在GNSS接收机的干扰检测中可采用WVD方法。虽然WVD具有许多良好的性能，并在所有时频分布中能够提供几乎最佳的分辨率，但由于不同频率分量的相互作用，它在时频平面中会存在严重的交叉干扰项，这会导致GNSS接收机干扰信号瞬时频率估计产生严重的误差。

为了减少WVD中存在的交叉干扰项，一种合理的解决方法是在时域中引入窗口函数，因此，提出了伪Wigner-Ville分布(Pseudo Wigner-Ville Distribution，PWVD)的概念。PWVD中窗口函数的引入可以一定程度抑制部分交叉干扰项；这种滤波窗口的缺点是使时频分析能量分布聚集特性衰减，因此时频定位精度降低，还可以观察到PWVD中交叉干扰项平行于扫频方向振荡。

在信号处理领域中，傅里叶变换作为一种成熟的数学工具被广泛使用，傅里叶变换是一种将时间信号从时间轴旋转π/2转移到频域轴的线性算子，而分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FrFT)是可以旋转任意角度的算子，其保留了傅里叶变换的原有性质又具备新的技术优势，被认为是一种广义的傅里叶变换。FrFT通过从0到1分数阶数的连续变换，可充分体现信号从时域到频域的变换特性。FrFT可作为一种有效的时频分析工具，可用于信号估计瞬时频率估计和相位信息恢复。

随着全球卫星导航系统的现代化进程和快速发展，GNSS干扰检测与缓解技术的要求越来越高，为此需构建一种更高效的基于分数阶伪Wigner-Ville分布的卫星导航接收机干扰检测方法。

发明内容