用于導(dǎo)航接收機(jī)的去噪mvdr欺騙干擾抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航接收終端反欺騙技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于導(dǎo)航接收機(jī)的 去噪MVDR欺騙干擾抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)航接收機(jī)采用陣列天線抗壓制式干擾的技術(shù)已日趨完善。目前，許多國家機(jī)構(gòu) 學(xué)者已紛紛將研究重心轉(zhuǎn)向衛(wèi)星導(dǎo)航接收終端反欺騙技術(shù)。這是由于盡管傳統(tǒng)陣列天線信 號處理在大功率干擾抑制方面表現(xiàn)出色，但當(dāng)GPS欺騙干擾源發(fā)射與真實信號具有相同參 數(shù)的假信號時，對抗欺騙干擾效果欠佳。而大多數(shù)欺騙干擾方面的研究集中在干擾技術(shù)的 原理、途徑、效果評估以及干擾信號的檢測識別等，對傳統(tǒng)陣列天線抑制方法失效的機(jī)理尚 不明確，且采用陣列天線抑制欺騙干擾的改進(jìn)措施研究較少。
[0003] 傳統(tǒng)空域抗干擾算法，如最小方差無失真響應(yīng)（Minimum Variance Distortionless Response，MVDR)、廣義旁辦相消（Generalized Sidelobe Canceler，GSC) 和功率倒置(power inversion，PI)等，是GPS接收機(jī)對抗大功率壓制干擾的常規(guī)算法，但在 功率水平與真實信號相當(dāng)?shù)腉PS欺騙干擾環(huán)境下，算法的干擾抑制效果出現(xiàn)問題，在干擾方 向上無法自適應(yīng)零陷，從方向圖上看幾乎沒有抑制作用。其中，MVDR算法基于輸出功率最小 準(zhǔn)則，在保證對期望信號無失真接收條件下利用零陷來抑制干擾，是自適應(yīng)陣列信號處理 的經(jīng)典算法。針對欺騙干擾抑制技術(shù)，加拿大卡爾加里大學(xué)做了大量代表性的研究。 Daneshmand提出了一個低計算復(fù)雜度的陣列天線抗欺騙干擾方法"Daneshmand，S .， A.Jahromi,A.Broumandan,et al.A Low-Complexity GPS Anti-Spoofing Method Using a Multi-Antenna Array[C]//Proceedings of the 25th International Technical Meeting of The Satellite Division of the Institute of Navigation(ION GNSS 2012)，Nashville 1^2012，11?&868"，這個方法提取欺騙的導(dǎo)向矢量時沒有要求對陣列接 收信號解擴(kuò)。這個方法可以實施于接收機(jī)前端，在很大程度上減少了接收機(jī)處理的計算復(fù) 雜性。隨后，2014年提出一種基于陣列天線的GPS抗欺騙干擾方法，它是一種基于正交投影 和解擴(kuò)實現(xiàn)欺騙干擾抑制方法"Daneshmand S，Jafarnia_Jahromi A，Broumandan A，et al.A GNSS Structural Interference Mitigation Technique Using Antenna Array Processing[C]//Sensor Array and Multichannel Signal Processing Workshop(SAM), 2014IEEE 8th，2014:109-112"。但基于MVDR等經(jīng)典陣列空域濾波算法在欺騙干擾環(huán)境下的 不適用分析鮮有報道。針對MVDR在其他各種環(huán)境下性能分析的研究較多，如文獻(xiàn) aRaghunath K J,Reddy V U.Finite Data Performance Analysis of MVDR Beamformer with and without Spatial Smoothing[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 1992，vol. 40: 2726-2736"分析了空間平滑與非平滑情況下有限快拍數(shù)對MVDR算法性能的 影響。文南犬"Reddy V U,Paulraj A,Kailath T.Performance Analysis of the Optimum Beamformer in the Presence of Correlated Sources and Its Behavior under Spatial Smoothing!! J] · IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1988,vol.ASSP-35:927_936"和文獻(xiàn)"Zoltowski M D.On the Performance Analysis of the MVDR Beamformer in the Presence of Correlated Interference [J]. IEEE Transactions on Acoustics,Speech,and Signal Processing,1988,vol.36: 945-947"分別分析了單個和多個相干干擾存在時不同信噪比情況下MVDR算法的輸出功率 的表達(dá)式，并基于此表達(dá)式得出噪聲功率較高時MVDR算法退化成為常規(guī)波束形成，但是推 導(dǎo)過程車交為復(fù)雜。文南犬"Wax M，Anu Y.Performance Analysis of the Minimum Variance Beamforming[J]. IEEE Transactions on Signal Processing，IEEE，1996，vol·44(4): 928-937"對MVDR算法下的輸出信干噪比通用表達(dá)式做了推導(dǎo)，分析了信噪比、干噪比、信干 比等參數(shù)對輸出信干噪比的影響，也提到在干噪比INR和信噪比SNR均大到一定程度時，輸 出信干噪比SINR為一常數(shù)，但是過程也比較復(fù)雜。國內(nèi)的相關(guān)研究比較少，其中文獻(xiàn)"王永 良，丁前軍，李榮峰.自適應(yīng)陣列處理[M].北京:清華大學(xué)出版社，2004"里面有部分內(nèi)容分 析了信號、干擾強(qiáng)度均遠(yuǎn)大于噪聲強(qiáng)度的情況，接收信號協(xié)方差矩陣特征分解后可近似為 只含有噪聲子空間，陣列采用MVDR算法后干擾導(dǎo)向矢量與噪聲子空間正交，干擾方向形成 零陷。這些分析均沒有特別針對GPS欺騙干擾，有關(guān)衛(wèi)星導(dǎo)航欺騙干擾環(huán)境下MVDR算法失效 機(jī)理及其改進(jìn)算法鮮有詳細(xì)的理論分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于導(dǎo)航接收機(jī)的去噪MVDR欺騙干擾抑制方法。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0006] 該欺騙干擾抑制方法利用去噪預(yù)處理保留了陣列接收信號協(xié)方差矩陣逆的小特 征值λ」對應(yīng)的特征向量，使該特征向量與GPS真實信號的導(dǎo)向矢量正交，從而保證對欺騙干 擾方向上形成零陷，j=M+l，Μ+2，···，Ν，Ν表示陣列陣元個數(shù)，Μ表示入射信號個數(shù)。
[0007] 所述欺騙干擾抑制方法具體包括以下步驟：
[0008] 1)估計陣列接收信號中的噪聲功率，得到噪聲功率的估計值A(chǔ)f;
[0009] 2)利用噪聲功率的估計值^從陣列接收信號協(xié)方差矩陣中減去噪聲成分，得到去 噪后的協(xié)方差矩陣Rxi;
[0010] 3)利用去噪后的協(xié)方差矩陣Rxi求取MVDR算法的權(quán)矢量，然后計算得到抑制欺騙干 擾后的陣列輸出信號。
[0011]所述噪聲功率按照以下公式進(jìn)行估計：
[0013]其中，L是用以估計噪聲功率的小特征值的數(shù)量。
[0014] 所述Rn按照以下公式求?。?br>[0016]其中，Rx表不陣列接收彳目號協(xié)方差矩陣，In是N維單位陣。
[0017]所述MVDR算法的權(quán)矢量表示為：
[0019] 其中，W為權(quán)矢量，Rj為RX1的逆矩陣，a (θ〇)為GPS真實信號的導(dǎo)向矢量。
[0020] 本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0021] 本發(fā)明方法利用去噪預(yù)處理保留了協(xié)方差矩陣逆的小特征值對應(yīng)的特征向量，使 該特征向量與真實信號導(dǎo)向矢量正交，從而保證對欺騙干擾方向上形成零陷，實現(xiàn)對欺騙 干擾的抑制，理論分析和仿真實驗表明，該方法簡單、有效。
【附圖說明】
[0022]圖1為去噪MVDR算法方向圖；
[0023] 圖2為不同干擾角度下的零陷位置；
[0024] 圖3為不同干擾功率下去噪MVDR算法輸出信干噪比；
[0025] 圖4為不同信號功率下的輸出信干噪比；
[0026] 圖5為不同噪聲功率下的輸出信