基于多信源估計的衛(wèi)星導航欺騙式干擾抑制方法
【專利摘要】一種基于多信源估計的衛(wèi)星導航欺騙式干擾抑制方法。其包括首先將天線陣列接收到的射頻信號下變頻和A/D轉換為數字中頻信號，采用信號分離估計理論估計出多個轉發(fā)式欺騙式干擾以及衛(wèi)星信號的來向，然后采用線性約束最小方差(LCMV)算法得到在欺騙式干擾來向約束為零陷的天線波束，進一步可以約束衛(wèi)星來向為天線波束指向以獲得信號處理增益。本發(fā)明在多個轉發(fā)源情況下仍然可以精確估計出欺騙式干擾和衛(wèi)星信號的來向，并以此信息形成天線波束以抑制欺騙式干擾，不需要導航接收機的反饋信息，與普通導航接收機有較好兼容性。
【專利說明】基于多信源估計的衛(wèi)星導航欺騙式干擾抑制方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星導航抗干擾【技術領域】，特別是涉及一種基于多信源估計的衛(wèi)星導 航欺騙式干擾抑制方法。

【背景技術】
[0002] 全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，簡稱GNSS)能夠不間 斷提供定位、測速、授時服務，因此在全球范圍內發(fā)揮著極其重要的作用。由于GNSS信號到 達地面時已極其微弱，比接收機噪聲低近20dB，因此極易受到各種干擾的影響。目前，關于 GNSS干擾抑制算法的研究主要集中在壓制性干擾的抑制方面。然而，即便是壓制性干擾不 存在，欺騙式干擾仍然會對GNSS的應用造成毀滅性的破壞，其通過轉發(fā)或產生的形式偽造 與真實衛(wèi)星信號形式相同的欺騙式干擾，使接收機計算出錯誤偽距，進而達到錯誤引導甚 至控制接收機的目的。因此，有必要針對衛(wèi)星導航欺騙式干擾的特點，研究衛(wèi)星導航抗欺騙 式干擾算法，這對于GNSS在民用和軍事等重要領域的安全應用至關重要。
[0003]目前針對衛(wèi)星導航欺騙式干擾研究可分為兩類：欺騙式干擾的識別技術和欺騙式 干擾的抑制技術。其中，針對欺騙式干擾識別技術的研究占大多數。欺騙式干擾的識別主 要是通過接收信號的某些特征有無異常變化來判斷是否受到欺騙式干擾。H.Wen等人提出 用L1/L2頻率信號之間相對延時來識別欺騙式干擾。A.Jafarnia-Jahromi等人提出可以 通過持續(xù)監(jiān)視信號的載噪比來判斷接收機是否受到欺騙式干擾。J.Nielsen等人提出利用 不同天線間的信號相關值異常來識別欺騙式干擾。通過檢測GPS的相關器輸出峰值是否 存在不正常的不對稱來判斷是否受到欺騙式干擾是另一種利用接收信號特征的欺騙式干 擾識別方法。D.M.Akos提出利用跟蹤環(huán)路中AGC參數的異常來識別欺騙式干擾。除此之 夕卜，利用多個天線或者不同位置天線接收信號間的差異是另一類欺騙式干擾的識別方法。 M.L.Psiaki等人提出利用移動天線在不同位置接收信號參數的差別來識別欺騙式干擾。 P.Y.Montgomer，T.E.Humphreys等人提出根據兩根固定天線之間的接收信號相位差來識別 欺騙式干擾。但是這些識別技術僅僅研究了欺騙式干擾的識別，并未研究識別出欺騙式干 擾后如何保證接收機恢復到正常的工作狀態(tài)。
[0004] 相對于欺騙式干擾的識別，欺騙式干擾的抑制技術研究較少。S.Daneshmand提出 了一種基于多天線的欺騙式干擾抑制技術，將每根天線的接收信號與參考天線進行互相關 運算來得到欺騙式干擾的來向角，進而對欺騙式干擾進行抑制。A.Konovaltsev等人對利用 天線陣來抑制欺騙式干擾進行了研究，通過利用波束形成技術和正交投影技術來抑制欺騙 式干擾。然而這些算法只能抑制單個欺騙式干擾源，對于存在多個欺騙式干擾源的欺騙場 景則無能無力。此外，這些欺騙式干擾抑制算法只能估計出欺騙式干擾來向，但無法估計出 衛(wèi)星信號來向，因此不能對衛(wèi)星信號形成波束增益。


【發(fā)明內容】

[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于多信源估計的衛(wèi)星導航欺騙 式干擾抑制方法。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供的基于多信源估計的衛(wèi)星導航欺騙式干擾抑制方 法包括按順序進行的下列步驟：
[0007] (1)將陣列天線接收到的模擬射頻信號轉換為數字中頻信號；
[0008] (2)估計出步驟（1)的數字中頻信號中所有信號源來向；
[0009] (3)根據欺騙式干擾和衛(wèi)星信號的功率特點判斷出步驟⑵中估計出的來向哪些 屬于欺騙式干擾；
[0010] (4)利用步驟（3)中的欺騙式干擾來向設計陣列自適應權向量，以抑制欺騙式干 擾，將波束形成后的衛(wèi)星導航信號轉換為模擬射頻信號送入普通接收機；
[0011] (5)利用步驟（3)中的欺騙式干擾來向和衛(wèi)星信號來向設計陣列自適應權向量， 形成在欺騙式干擾來向具有深零陷且指向衛(wèi)星來向的多波束，再對每一波束輸出分別接 收。
[0012] 在步驟（2)中，所述的估計出所有信號源來向的方法是利用RELAX算法估計出多 個欺騙式干擾源以及衛(wèi)星信號的來向及幅度。
[0013] 在步驟（3)中，所述的判斷步驟（2)中估計出的來向哪些屬于欺騙式干擾的方法 是利用一個來向上的欺騙式干擾的功率遠大于衛(wèi)星信號的特點，由估計出的信號幅度進行 判斷的。
[0014] 在步驟⑷中，所述的利用步驟⑶中的欺騙式干擾來向設計陣列自適應權向量， 以抑制欺騙式干擾，將波束形成后的衛(wèi)星導航信號轉換為模擬射頻信號送入普通接收機的 方法是利用步驟（2)和步驟（3)估計及判斷出的欺騙式干擾來向，采用線性約束最小方差 算法約束欺騙式干擾來向增益為零，計算出天線陣自適應權向量，最后將波束形成后的衛(wèi) 星導航信號轉換為模擬射頻信號送入普通接收機。
[0015] 在步驟（5)中，所述的利用步驟（3)中的欺騙式干擾來向和衛(wèi)星信號來向設計陣 列自適應權向量，形成在欺騙式干擾來向具有深零陷且指向衛(wèi)星來向的多波束，再對每一 波束輸出分別接收的方法是利用步驟（2)和步驟（3)估計及判斷出的欺騙式干擾以及衛(wèi)星 信號來向，采用線性約束最小方差算法約束欺騙式干擾來向增益為零并且衛(wèi)星信號來向增 益最大，得到多波束，以獲得信號處理增益，最后將每一波束輸出分別接收。
[0016] 本發(fā)明提供的基于多信源估計的衛(wèi)星導航欺騙式干擾抑制方法是利用欺騙式干 擾空間特征，采用信號分離估計理論估計出多個轉發(fā)欺騙式干擾以及衛(wèi)星信號的來向，然 后采用線性約束最小方差（LCMV)算法得到在欺騙式干擾來向約束為零陷的天線波束，進 一步可以約束衛(wèi)星來向為天線波束指向以獲得信號處理增益，其不需要已知衛(wèi)星和干擾的 來向信息，并且無需慣性導航輔助單元，實現(xiàn)簡單。本發(fā)明可以作為一個獨立的抗欺騙式干 擾模塊嵌入普通接收機。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明方法中對所有衛(wèi)星信號得到的陣列方向圖。
[0018] 圖2是未采取本發(fā)明方法抑制欺騙式干擾時對PRN1的二維搜索結果。
[0019] 圖3是采取本發(fā)明方法抑制欺騙式干擾時對PRN1的二維搜索結果。
[0020] 圖4是本發(fā)明提供的基于多信源估計的衛(wèi)星導航欺騙式干擾抑制方法流程圖。

【具體實施方式】
[0021] 下面參照附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的基于多信源估計的衛(wèi)星導航欺騙式 干擾抑制方法進行詳細說明。為了方便起見，下面以GPS(GlobalPositioningSystem)系 統(tǒng)和N個天線組成的等距線陣為例加以說明。
[0022] 如圖4所示，本發(fā)明提供的基于多信源估計的衛(wèi)星導航欺騙式干擾抑制方法包括 按順序進行的下列步驟：
[0023] (1)將陣列天線接收到的模擬射頻信號轉換為數字中頻信號：
[0024] 轉發(fā)式欺騙式干擾由多顆衛(wèi)星信號的轉發(fā)信號（稱為偽衛(wèi)星信號）組成并沿同一 方向發(fā)射，為了能夠有效地干擾目標接收機，單個偽衛(wèi)星信號的功率要比衛(wèi)星信號的功率 略強。因此含多顆偽衛(wèi)星的欺騙式干擾功率比衛(wèi)星信號的功率要高。當多個轉發(fā)式欺騙式 干擾入射到陣列天線上時，陣列天線接收到的模擬射頻信號經下變頻和A/D轉換為數字中 頻信號為：

【權利要求】
1. 一種基于多信源估計的衛(wèi)星導航欺騙式干擾抑制方法，其特征在于，其包括按順序 進行的下列步驟： (1) 將陣列天線接收到的模擬射頻信號轉換為數字中頻信號； (2) 估計出步驟（1)的數字中頻信號中所有信號源來向； (3) 根據欺騙式干擾和衛(wèi)星信號的功率特點判斷出步驟（2)中估計出的來向哪些屬于 欺騙式干擾； (4) 利用步驟（3)中的欺騙式干擾來向設計陣列自適應權向量，以抑制欺騙式干擾，將 波束形成后的衛(wèi)星導航信號轉換為模擬射頻信號送入普通接收機； (5) 利用步驟（3)中的欺騙式干擾來向和衛(wèi)星信號來向設計陣列自適應權向量，形成 在欺騙式干擾來向具有深零陷且指向衛(wèi)星來向的多波束，再對每一波束輸出分別接收。
2. 根據權利要求1所述的基于多信源估計的衛(wèi)星導航欺騙式干擾抑制方法，其特征在 于，在步驟（2)中，所述的估計出所有信號源來向的方法是利用RELAX算法估計出多個欺騙 式干擾源以及衛(wèi)星信號的來向及幅度。
3. 根據權利要求1所述的基于多信源估計的衛(wèi)星導航欺騙式干擾抑制方法，其特征在 于，在步驟（3)中，所述的判斷步驟（2)中估計出的來向哪些屬于欺騙式干擾的方法是利 用一個來向上的欺騙式干擾的功率遠大于衛(wèi)星信號的特點，由估計出的信號幅度進行判斷 的。
4. 根據權利要求1所述的基于多信源估計的衛(wèi)星導航欺騙式干擾抑制方法，其特征在 于，在步驟（4)中，所述的利用步驟（3)中的欺騙式干擾來向設計陣列自適應權向量，以抑 制欺騙式干擾，將波束形成后的衛(wèi)星導航信號轉換為模擬射頻信號送入普通接收機的方法 是利用步驟（2)和步驟（3)估計及判斷出的欺騙式干擾來向，采用線性約束最小方差算法 約束欺騙式干擾來向增益為零，計算出天線陣自適應權向量，最后將波束形成后的衛(wèi)星導 航信號轉換為模擬射頻信號送入普通接收機。
5. 根據權利要求1所述的基于多信源估計的衛(wèi)星導航欺騙式干擾抑制方法，其特征在 于，在步驟（5)中，所述的利用步驟（3)中的欺騙式干擾來向和衛(wèi)星信號來向設計陣列自適 應權向量，形成在欺騙式干擾來向具有深零陷且指向衛(wèi)星來向的多波束，再對每一波束輸 出分別接收的方法是利用步驟（2)和步驟（3)估計及判斷出的欺騙式干擾以及衛(wèi)星信號 來向，采用線性約束最小方差算法約束欺騙式干擾來向增益為零并且衛(wèi)星信號來向增益最 大，得到多波束，以獲得信號處理增益，最后將每一波束輸出分別接收。
【文檔編號】G01S19/21GK104330809SQ201410607107
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月1日 優(yōu)先權日:2014年3月17日
【發(fā)明者】王璐, 張耀天, 吳仁彪, 盧丹, 王文益 申請人:中國民航大學