一種基于導航接收機的空時自適應抗干擾方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于導航接收機的空時自適應抗干擾方法，1)天線陣列接收射頻模擬信號，經(jīng)過模擬下變頻、數(shù)字采樣后得到數(shù)字中頻信號；2)將采樣的信號數(shù)字正交下變頻變?yōu)閿?shù)字基帶信號；3)基帶信號分為兩路，其中一路將數(shù)據(jù)送至DSP(數(shù)字信號處理芯片)，計算自適應算法的最優(yōu)權(quán)值；4)數(shù)字信號處理芯片上電初始化后，0核和1核依據(jù)自適應算法計算自適應權(quán)值；5)一路基帶信號結(jié)合權(quán)值空時自適應濾波；6)濾除干擾后的信號上變頻，模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出導航信號。本發(fā)明專利技術(shù)以小的運算量實現(xiàn)了高性能的空時自適應抗干擾，可用于導航接收機的位置定位。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于衛(wèi)星導航通信，具體涉及一種基于導航接收機的空時自適應抗干擾方法，其可用于衛(wèi)星導航通信的抗干擾。
技術(shù)介紹
GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)即全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是伴隨著現(xiàn)代科技不斷發(fā)展起來的一個衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。地面的接收機接收到衛(wèi)星的信號進行解算，實現(xiàn)定位授時等功能。GNSS已經(jīng)在諸如軍事、農(nóng)業(yè)、測繪、氣象等領(lǐng)域發(fā)揮出了巨大的作用。目前全球各個國家都將其視為一個重點發(fā)展領(lǐng)域，并將會對國計民生產(chǎn)生重大影響。隨著空間頻譜的日益復雜，導航接收機的抗干擾研究也逐漸成為科研的重點與熱點，其提高了接收機的穩(wěn)定性也拓展了應用范圍。特別是我國北斗II代衛(wèi)星導航系統(tǒng)的逐漸組網(wǎng)，以及其在軍事中的應用增多，抗干擾的研究與應用更顯示出其的價值。國外在接收機抗干擾上的研究已經(jīng)十分深入，并問世了大量的產(chǎn)品。窄帶干擾方面，早在1988年Milstein就已經(jīng)對窄帶干擾抑制技術(shù)做出了總結(jié)，之后此方面技術(shù)快速發(fā)展。而在寬帶干擾方面，當前常使用的是自適應陣列技術(shù)，2000年，F(xiàn)ante首次對STAP抗干擾技術(shù)給出了比較完成的闡述，美軍認為這是抗干擾技術(shù)方面上的巨大突破。其中，LockheedMartin公司、RockwellCollins公司等已經(jīng)在此領(lǐng)域耕耘多年，并裝備到了武器系統(tǒng)中。今年來，國內(nèi)也開始研究相關(guān)理論與技術(shù)，并設計出了基于空時自適應的抗干擾原型機。然而由于導航接收機復雜的使用環(huán)境，比如在汽車行進過程中，遇到顛簸或是拐歪時接收機方位發(fā)生變化，要求較高的實時性，或是距離干擾源距離較近，需要較高的抗干擾性能，當前的抗干擾設備仍不能滿足要求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于導航接收機的空時自適應抗干擾方法，該方法采用相關(guān)相減多級維納濾波算法的空時自適應濾波方法，并結(jié)合信息論的MDL(Minimumdescriptionlength，最小描述長度)準則估計信號干擾數(shù)量，以避免大的運算量，提升抑制干擾容限，提高導航接收機的使用范圍。實現(xiàn)本專利技術(shù)目的技術(shù)思路是：以FPGA(FieldProgrammableGateArray，現(xiàn)場可編程門陣列)邏輯芯片與DSP(Digtialsingnalprocess，數(shù)字信號處理芯片)為核心處理平臺，F(xiàn)PGA為主處理器，DSP為協(xié)處理器完成設計功能，具體實現(xiàn)步驟包含如下：1)陣列天線接收導航信號后首先經(jīng)過射頻模塊變?yōu)槟M中頻信號，然后將模擬中頻信號送至ADC模數(shù)采樣進入FPGA，得到M維數(shù)字信號x(n)＝[x1,x2,...,xM]T＝As(n)+v(n)，其中M為天線數(shù)目，A＝[a(θ1),a(θ2),...,a(θM)]為接收陣列的天線方向矢量，s(n)為接收到的導航信號，v(n)為系統(tǒng)的白噪聲；2)將x(n)正交下變頻低通濾波，得到正交的兩路數(shù)字基帶信號I(n)和Q(n)；3)數(shù)字基帶信號I(n)和Q(n)分別分成兩路，一路信號根據(jù)DSP的指令傳送至DSP端計算自適應權(quán)值，一路信號則進行空時自適應濾波；4)采用數(shù)字信號處理芯片C6678進行數(shù)據(jù)處理，0核從FPGA讀取數(shù)據(jù)并使用相關(guān)相減多級維納算法計算權(quán)值，同時1核則使用MDL準則計算干擾信號數(shù)量，根據(jù)干擾信號數(shù)量調(diào)整多級維納濾波中的降維次數(shù)；5)接收計算得出的自適應權(quán)值，與經(jīng)過P階延遲的M路信號空時自適應濾波；6)濾除干擾后的信號上變頻，數(shù)模轉(zhuǎn)換，在射頻輸出模擬導航信號。優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟1)中使用M個天線組成均勻圓陣接收信號，首先在模擬端使用射頻模塊變頻至模擬中頻信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字中頻信號。優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟2)進入FPGA的數(shù)字中頻信號正交下變頻，變?yōu)榛鶐盘枴?yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟3)具體為：數(shù)字基帶數(shù)據(jù)I(n)和Q(n)分別分成兩路，一路I、Q信號送至DSP，另一路I、Q信號分別作P階延遲，然后與自適應權(quán)值相乘，完成干擾濾波，輸出為：yI=wopt_IT×I(n)+wopt_QT×Q(n)yQ=wopt_IT×Q(n)+wopt_QT×I(n)]]>其中yI、yQ分別為I、Q路的輸出，wopt_I、wopt_Q分別為對應支路的自適應權(quán)系數(shù)優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟4)中述的相關(guān)相減多級維納濾波算法為：前向迭代初始化：d0(n)＝SHX(n)X0(n)＝X(n)-Sd0(n)前向迭代后向迭代初始化eD(n)＝dD(n)后向迭代權(quán)向量初始化wp＝1權(quán)向量迭代計算令TMWF＝[S,h1,…,hD],WT＝[1,W1,…,WD]T,則WMWF＝TMWFWT其中，d0是需要逼近的期望響應初始信號，X(n)表示輸入信號矩陣,即X(n)＝[x(n),x(n-1),…,x(n-M)]T,S＝[1,0,…,0]T為約束矢量,上標H表示共軛轉(zhuǎn)置，di(n)表示需要逼近的期望響應信號,M為濾波器階數(shù),X0(n)表示輸入的觀測數(shù)據(jù)向量,D為迭代次數(shù),hi為歸一化的互相關(guān)向量,表示輸入信號X(n)與期望信號di(n)的互相關(guān)向量，*表示共軛轉(zhuǎn)置，ei(n)表示濾波器輸出的估計誤差，wi、wp、TMWF和WT均表示計算過程的中間值，WMWF表示最終計算出的最優(yōu)權(quán)向量。MDL準則計算干擾信號數(shù)量為：MDL(n)=N(M-n)lnΛ(n)+12n(2M-n)lnN]]>其中n＝0,...,M-1,Λ(n)為似然函數(shù)：Λ(n)=1M-nΣi=n+1Mλi(Πi=n+1Mλi)1M-n]]>其中，λ為M路數(shù)據(jù)的特征值，從大到小排列。將計算出的干擾數(shù)量發(fā)核間中斷信息傳送給0核。DSP讀取到數(shù)據(jù)后分成相同的兩份存儲到共享緩存區(qū)，一份用于0核的權(quán)值運算，一份用于1核的干擾數(shù)量估計；干擾數(shù)量通過發(fā)核間中斷的方式發(fā)送到0核，當沒有干擾時，多級維納濾波降維次數(shù)為7；當有一個寬帶干擾時，降維次數(shù)為5；當有兩個寬帶干擾時，降維次數(shù)為7；三個寬帶干擾時，降維次數(shù)為9。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：(1)現(xiàn)有的空時自適應抗干擾系統(tǒng)，多采用線性約束最小方差準則(LCMV)以及LMS維納濾波法，前者需要進行矩陣的逆運算，實現(xiàn)復雜度高，運算量大，而后者盡管解決了運算復雜度問題，但計算最優(yōu)權(quán)值需要的數(shù)據(jù)量較大，收斂因子不統(tǒng)一，不利于實時性運算。本專利技術(shù)使用相關(guān)相減多級維納濾波算法，兼顧了實現(xiàn)復雜度和需要的數(shù)據(jù)量，提高了實時性。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于導航接收機的空時自適應抗干擾方法，其特征在于：其包括以下步驟：1)陣列天線接收導航信號后首先經(jīng)過射頻模塊變?yōu)槟M中頻信號，然后將模擬中頻信號送至ADC模數(shù)采樣進入FPGA，得到M維數(shù)字信號x(n)＝[x1,x2,...,xM]T＝As(n)+v(n)，其中M為天線數(shù)目，A＝[a(θ1),a(θ2),...,a(θM)]為接收陣列的天線方向矢量，s(n)為接收到的導航信號，v(n)為系統(tǒng)的白噪聲；2)將x(n)正交下變頻低通濾波，得到正交的兩路數(shù)字基帶信號I(n)和Q(n)；3)數(shù)字基帶信號I(n)和Q(n)分別分成兩路，一路信號根據(jù)DSP的指令傳送至DSP端計算自適應權(quán)值，一路信號則進行空時自適應濾波；4)采用數(shù)字信號處理芯片C6678進行數(shù)據(jù)處理，0核從FPGA讀取數(shù)據(jù)并使用相關(guān)相減多級維納算法計算權(quán)值，同時1核則使用MDL準則計算干擾信號數(shù)量，根據(jù)干擾信號數(shù)量調(diào)整多級維納濾波中的降維次數(shù)；5)接收計算得出的自適應權(quán)值，與經(jīng)過P階延遲的M路信號空時自適應濾波；6)濾除干擾后的信號上變頻，數(shù)模轉(zhuǎn)換，在射頻輸出模擬導航信號。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于導航接收機的空時自適應抗干擾方法，其特征在于：其包括以下步驟：
1)陣列天線接收導航信號后首先經(jīng)過射頻模塊變?yōu)槟M中頻信號，然后將模擬中頻
信號送至ADC模數(shù)采樣進入FPGA，得到M維數(shù)字信號
x(n)＝[x1,x2,...,xM]T＝As(n)+v(n)，其中M為天線數(shù)目，
A＝[a(θ1),a(θ2),...,a(θM)]為接收陣列的天線方向矢量，s(n)為接收到的導航信號，
v(n)為系統(tǒng)的白噪聲；
2)將x(n)正交下變頻低通濾波，得到正交的兩路數(shù)字基帶信號I(n)和Q(n)；
3)數(shù)字基帶信號I(n)和Q(n)分別分成兩路，一路信號根據(jù)DSP的指令傳送至DSP
端計算自適應權(quán)值，一路信號則進行空時自適應濾波；
4)采用數(shù)字信號處理芯片C6678進行數(shù)據(jù)處理，0核從FPGA讀取數(shù)據(jù)并使用相關(guān)
相減多級維納算法計算權(quán)值，同時1核則使用MDL準則計算干擾信號數(shù)量，根據(jù)干擾信
號數(shù)量調(diào)整多級維納濾波中的降維次數(shù)；
5)接收計算得出的自適應權(quán)值，與經(jīng)過P階延遲的M路信號空時自適應濾波；
6)濾除干擾后的信號上變頻，數(shù)模轉(zhuǎn)換，在射頻輸出模擬導航信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于導航接收機的空時自適應抗干擾方法，其特征在
于：所述步驟1)中使用M...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉高高，鮑丹，武斌，秦國棟，蔡晶晶，
申請(專利權(quán))人：西安電子科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61