[发明专利]一种基于阵列天线的可见卫星探测方法

说明书

本发明公开了一种基于阵列天线的可见卫星探测方法，包括以下步骤：S1、考虑混合高斯噪声背景，建立卫星信号恢复的联合范数优化模型；S2、引入非光滑函数的次梯度理论，采用共轭次梯度技术，求解优化目标函数；S3、采用迭代技术框架，完成卫星信号矩阵恢复，得到可见卫星数目和角度；S4、仿真测试。本发明采用上述的一种基于阵列天线的可见卫星探测方法，解决了在混合高斯噪声存在的情况下，基于阵列天线的可见卫星的数目和角度联合估计问题，快速实现可见卫星的选择。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理技术领域，尤其是涉及一种基于阵列天线的可见卫星探测方法。

背景技术

卫星信号捕获是一个包含可见卫星、多普勒频率和伪随机噪声码相位的三维搜索过程，其中，可见卫星的选择又是多普勒频率和伪随机噪声码相位捕获的前提。通常情况下，为了快速选择最优的卫星几何精度因子，应首先进行可见卫星的数目和角度联合估计。准确的可见卫星数目估计和角度估计直接影响到其他两个维度搜索的耗时和成功概率。

对于单天线的传统导航接收机，对可见卫星的数目估计和角度估计需要一些先验信息，如卫星星历表或隶书、接收机的大概位置等。然而，这些只有在基带信号处理完成后才能得到对应信息。特别是在没有卫星星历表或隶书辅助的冷启动模式下工作的卫星导航接收机，必须进行耗时的三维盲搜索。

目标信号角度估计通常是采用空间谱估计方法，如多重信号分类方法和旋转不变子空间方法，通过构建信号协方差矩阵，然后获得信号子空间或噪声子空间，进而估计出目标角度。目前常用的目标数估计方法主要有基于信息论准则的方法、盖尔圆盘法、平滑秩序列法和正则相关技术。研究利用阵列天线进行角度估计的文献有很多，但尚未有文献描述在混合高斯噪声存在的情况下，利用阵列天线进行可见卫星的数目和角度联合估计方法。

目前，研究可见卫星的数目和角度联合估计通常是在高斯噪声背景下进行研究的。然而，在实际工作中，不可避免的出现脉冲噪声、回波数据异常值等非高斯噪声情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于阵列天线的可见卫星探测方法，解决了在混合高斯噪声存在的情况下，基于阵列天线的可见卫星的数目和角度联合估计问题，快速实现可见卫星的选择。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于阵列天线的可见卫星探测方法，包括以下步骤：

S1、考虑混合高斯噪声背景，建立卫星信号恢复的联合范数优化模型；

S2、引入非光滑函数的次梯度理论，采用共轭次梯度技术，求解优化目标函数；

S3、采用迭代技术框架，完成卫星信号矩阵恢复，得到可见卫星数目和角度；

S4、仿真测试。

优选的，在步骤S1中，引入矩阵的 范数概念，来设计卫星信号矩阵恢复的优化目标函数，矩阵的范数表示为，其数学定义表达式如下

              （1）

其中，为取绝对值操作， r和 p取正整数。当，，即为范数；

在所述混合高斯噪声情况下，范数最小化框架来设计优化目标函数，即

           （2）

其中， γ为正则化因子，表示寻找一个变量，使得函数的取值最小，可有效抑制混合高斯噪声的影响，用来获得稀疏解。

优选的，所述目标函数（1）中，和均为非光滑函数，不能直接采用梯度下降法进行求解，这里首先引入的共轭次梯度引理，具体如下：