= &是一個(gè) 常數(shù)。
[0093] 5去噪MVDR算法的性能分析
[0094]下面分析去噪MVDR干擾抑制方法在方向圖和輸出SINR的性能。
[0095] 5.1方向圖性能分析
[0096] 采用去噪MVDR算法的權(quán)矢量，計(jì)算陣列方向圖表達(dá)式為：
[0098]分析此算法下的陣列方向圖：
[0099] (1)在GPS真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)的來(lái)波方向上，陣列的方向圖響應(yīng)為：
[0101]由此可見(jiàn)，去噪MVDR算法下，陣列對(duì)GPS真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)的增益為單位增益，算法可 以保證對(duì)真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)的無(wú)失真接收。
[0102] (2)針對(duì)GPS欺騙干擾信號(hào)，考慮到噪聲子空間內(nèi)的特征向量Vj (j = M+1，M+2，…， N)與干擾信號(hào)導(dǎo)向矢量a(0〇之間存在的正交關(guān)系，即：
[0104]在干擾方向上陣列增益為：
[0106] 由此可見(jiàn)，陣列針對(duì)干擾方向的增益可以近似為"0"，也就是說(shuō)去噪MVDR算法可以 實(shí)現(xiàn)對(duì)欺騙干擾的抑制。
[0107] 5.2輸出31順性能分析
[0108]下面分析去噪MVDR算法的輸出信干噪比SINR。將去噪后接收信號(hào)協(xié)方差矩陣RX1表 達(dá)式(式14)代入陣列的總的輸出功率表達(dá)式(式20)中：
[0109]
[0110] 由前面對(duì)算法方向圖的分析，在GPS真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)來(lái)向的方向圖響應(yīng)為單位增益， 即WHa(0Q) = l;在欺騙干擾信號(hào)來(lái)向的方向圖響應(yīng)為零陷，可近似認(rèn)為wHaOOzO。那么此 時(shí)陣列總的輸出功率：
[0112]陣列的輸出信干噪比為：
[0114]由此分析，去噪MVDR算法其輸出信干噪比SINR幾乎不含干擾成分，能夠影響陣列 輸出信干噪比的因素主要有GPS真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)的功率g、去噪后的殘留噪聲功率《2af。根 據(jù)噪聲功率估計(jì)的準(zhǔn)確程度，即去噪系數(shù)α的大小。若α越小，去噪后的殘留噪聲功率越小， 輸出SINR越大。通過(guò)去噪MVDR方法可以預(yù)先降低噪聲對(duì)陣列的影響，使信噪比得到提高。 [0115] 6數(shù)值仿真
[0116]仿真實(shí)驗(yàn)采用8個(gè)陣元組成的一維線陣，一個(gè)功率為-160dBW的GPS真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)， 入射角度為0°，一個(gè)-150dBW的欺騙干擾，入射角度為40°，高斯白噪聲的功率為-140dBW。圖 1~5中的縱坐標(biāo)為歸一化的方向圖增益的dB形式。
[0117] 實(shí)驗(yàn)1:在上述實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)比去噪前后MVDR算法的方向圖。如圖1所不，去噪 MVDR算法的方向圖在真實(shí)信號(hào)來(lái)向上的增益為單位增益，且在欺騙干擾方向上形成了零 陷。干擾方向的零陷約為_(kāi)50dB，說(shuō)明去噪MVDR算法已恢復(fù)了抑制干擾的能力。
[0118] 實(shí)驗(yàn)2:相同的仿真條件下，GPS欺騙干擾信號(hào)分別從_30°、20°、60°的角度入射，由 圖2可見(jiàn)，方向圖中零陷的位置能夠跟隨干擾角度變化，去噪MVDR算法恢復(fù)了自適應(yīng)地抑制 干擾的能力。
[0119] 實(shí)驗(yàn)3:對(duì)比了干擾功率變化的情況下，去噪MVDR算法和去噪前的MVDR算法輸出信 干噪比隨干擾功率變化的情況。仿真實(shí)驗(yàn)條件同上，干擾功率從-170dBW到-110dBW變化， 200次蒙特卡洛實(shí)驗(yàn)。根據(jù)仿真結(jié)果可見(jiàn)(參見(jiàn)圖3)，去噪MVDR算法下，干擾功率的變化對(duì)輸 出信干噪比的影響很小，與式(21)結(jié)論相符。此外，去噪MVDR算法的輸出信干噪比總體上要 高于去噪前的MVDR算法，從這點(diǎn)來(lái)講，去噪MVDR算法的性能更優(yōu)。圖3中干擾功率最大已經(jīng) 變到-llOdBW，遠(yuǎn)大于GPS真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)功率，甚至大于噪聲功率，此時(shí)的干擾可看作是GPS 壓制式干擾，去噪MVDR算法在壓制式干擾情況下依然適用，說(shuō)明該方法是一種在壓制式干 擾和欺騙干擾并存環(huán)境下適用的干擾抑制算法。
[0120] 實(shí)驗(yàn)4:對(duì)比了在不同信號(hào)功率條件下，當(dāng)信號(hào)功率從-170dBW到-150dBW變化時(shí)， 去噪MVDR算法和去噪前的MVDR算法的輸出信干噪比。仿真實(shí)驗(yàn)中真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)功率從-170dBW到-150dBW變化。200次蒙特卡洛實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知(參見(jiàn)圖4)，去噪MVDR算法其陣列輸出 信干噪比隨著信號(hào)功率的增大而增大，符合式(21)的結(jié)論。此外，去噪MVDR算法輸出信干噪 比總體上要比去噪前的MVDR算法高20dB，可見(jiàn)去噪對(duì)其性能的提高極其顯著。
[0121] 實(shí)驗(yàn)5:對(duì)比了在不同噪聲功率條件下，去噪MVDR算法和去噪前的MVDR算法輸出信 干噪比隨噪聲功率變化的情況。真實(shí)信號(hào)的功率為-160dBW，入射角度為0°，欺騙干擾信號(hào) 入射角度為40°，功率為_(kāi)150dBW，高斯白噪聲的功率從-170dBW到-llOdBW變化，200次蒙特 卡洛實(shí)驗(yàn)。從圖5可以看出，與去噪前的MVDR算法相比，去噪MVDR算法輸出信干噪比去噪前 的MVDR算法高了約20dB。其中，噪聲功率在-140dBW以下時(shí)，采用去噪后的MVDR算法輸出 SINR達(dá)到10dB以上；當(dāng)噪聲功率增加至-130dBW時(shí)，該算法輸出SINR降至OdB?？梢钥闯?，仿 真試驗(yàn)中的去噪后的高斯白噪聲功率還是會(huì)影響到最終的輸出信干噪比。噪聲功率越大， 陣列輸出SINR約小。這是由于實(shí)際中特征分解后小特征值存在微小差異，致使噪聲功率的 估計(jì)與真實(shí)值有所偏差。此時(shí)去噪系數(shù)的值約為0.01左右，這樣殘留噪聲與GPS真實(shí)衛(wèi)星信 號(hào)功率相當(dāng)，去噪預(yù)處理使得信噪比提高約20dB。
[0122] 7 總結(jié)
[0123] 本發(fā)明首先對(duì)傳統(tǒng)MVDR算法在欺騙干擾環(huán)境失效的機(jī)理進(jìn)行分析，提出了一種用 于GPS接收機(jī)的去噪MVDR欺騙干擾抑制方法。該方法通過(guò)估計(jì)噪聲功率進(jìn)行降噪預(yù)處理，從 而使噪聲在協(xié)方差矩陣中的影響降低。從方向圖和輸出SINR理論分析可知，降噪后的MVDR 權(quán)矢量能使方向圖在干擾方向形成零陷，并最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)欺騙干擾的抑制，且輸出SINR與 去噪的程度直接相關(guān)，與去噪前相比輸出SINR性能得到了顯著提高。該方法算法復(fù)雜度低、 易于工程實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于導(dǎo)航接收機(jī)的去噪MVDR欺騙干擾抑制方法，其特征在于：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(hào)協(xié)方差矩陣逆的小特征值λ苗f應(yīng)的特征向量，使 該特征向量與GPS真實(shí)信號(hào)的導(dǎo)向矢量正交，從而保證對(duì)欺騙干擾方向上形成零陷，j=M+ 1，Μ+2，···，Ν，Ν表示陣列陣元個(gè)數(shù)，Μ表示入射信號(hào)個(gè)數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于導(dǎo)航接收機(jī)的去噪MVDR欺騙干擾抑制方法，其特征在 于:所述欺騙干擾抑制方法具體包括W下步驟： 1) 估計(jì)陣列接收信號(hào)中的噪聲功率，得到噪聲功率的估計(jì)值; 2) 利用噪聲功率的估計(jì)值<巧從陣列接收信號(hào)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; 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(jì)算得到抑制欺騙干擾后 的陣列輸出信號(hào)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種用于導(dǎo)航接收機(jī)的去噪MVDR欺騙干擾抑制方法，其特征在 于:所述噪聲功率按照W下公式進(jìn)行估計(jì)：其中，L是用W估計(jì)噪聲功率的小特征值的數(shù)量。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種用于導(dǎo)航接收機(jī)的去噪MVDR欺騙干擾抑制方法，其特征在 于:所述Rxi按照W下公式求?。浩渲校琑x表示陣列接收信號(hào)協(xié)方差矩陣，In是腺隹單位陣。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種用于導(dǎo)航接收機(jī)的去噪MVDR欺騙干擾抑制方法，其特征在 于:所述MVDR算法的權(quán)矢量表示為：其中，W為權(quán)矢量，R二為Rxi的逆矩陣，a(0〇)為GPS真實(shí)信號(hào)的導(dǎo)向矢量。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于導(dǎo)航接收機(jī)的去噪MVDR欺騙干擾抑制方法，通過(guò)對(duì)比壓制干擾和欺騙干擾對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)實(shí)施干擾時(shí)所處的環(huán)境，比較分析獲得了MVDR算法在欺騙干擾環(huán)境下失效的機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上提出了去噪MVDR算法，該方法利用去噪預(yù)處理保留了協(xié)方差矩陣逆的小特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，使該特征向量與真實(shí)信號(hào)導(dǎo)向矢量正交，從而保證對(duì)欺騙干擾方向上形成零陷，實(shí)現(xiàn)對(duì)欺騙干擾的抑制，理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明，該方法簡(jiǎn)單有效。
【IPC分類】G01S19/21
【公開(kāi)號(hào)】CN105699988
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610073195
【發(fā)明人】王純, 張林讓, 郝鵬飛
【申請(qǐng)人】西安建筑科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月22日
【申請(qǐng)日】2016年2月2日