[发明专利]提高自适应算法稳态性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于卫星导航通信领域，特别涉及卫星导航系统中抗干扰算法的优化，具体的讲是提高自适应算法稳态性能的方法。

背景技术

导航系统经过近几十年的高速发展已经深入到世界的各个角落，在交通运输、海洋渔业、水文监测、气象测报、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾和国家安全等领域得到广泛应用。目前，世界上主要的导航系统有：美国的GPS（Global Positioning System）、俄罗斯的GLONASS（Global Navigation Satellite System）系统、中国的北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite Sytem）和欧盟伽利略（Galileo）系统。

卫星导航系统是以人造卫星作为导航台的星基无线电导航系统，能为全球路、海、空、天的各类军民载体，提供全天候、24小时连续高精度的三维位置、速度和精密时间信息。在军事领域，广泛应用于各种精确打击武器的制导、C3I系统、各种需要精确定位和时间信息的战术操作以及武器实验场高速武器的跟踪和精确轨道测量中；在空中交通管制、海上导航、卫星定轨、大地测量、姿态确定、精密时间同步等民用领域也发挥越来越重要的作用。然而由于卫星距离地球几万公里，卫星导航接收机接收到的信号十分微弱，信号非常容易受到来自各方面的干扰，特别是人为施放的恶意干扰。目前已知的干扰方式中，对接收机威胁比较大的两种为压制式干扰和欺骗式干扰。其中压制式干扰主要是利用强干扰信号瞄准卫星信号载频使卫星信号失效，或者在载频附近以宽带均匀频谱的形式，施行干扰致使进入接收机的混合信号达不到后续的载波跟踪环，以及码跟踪环所要求的信号干扰噪声比（SNR），从而导致接收机无法正常工作。而欺骗式干扰则是在保证接收机工作的条件下，让虚假的卫星信号以强于真实卫星信号的形式，优于控制接收机的载波和码跟踪环，让接收机锁定错误的卫星信号继而解算出虚假的导航数据。由于欺骗式干扰在实现难度较大耗费成本较高，所以在实际应用的时候主要以压制式干扰为主。

由于卫星导航信号及其微弱、接收机容易受到干扰且干扰来向和功率不明，因此最具现实意义的抗干扰措施就是采用自适应阵列智能天线。自适应天线是一种反馈系统，它根据一定的准则采用数字信号处理技术形成天线阵列的加权向量，通过对接收到的信号进行加权合并，在有用信号方向上形成主波束而在干扰方向上形成零陷，从而提高信号的输出信燥比。它所采用的算法被称为阵列信号处理算法。目前，在导航系统应用比较多的是空域自适应算法和空时联合自适应算法。

空域自适应算法实现简单，耗资源少，但却受限于自适应滤波器自由度的限制只能对干扰信号进行空域处理；而空时联合自适应算法却可以利用每个天线阵元后面的延时抽头数来增加自适应滤波器的自由度，从而对干扰信号进行空域和时域处理，提高系统的抗干扰能力。空时自适应算法的结构如图1所示。

图1所示的空时自适应算法结构阵元数为M，每个阵元后面的延时抽头数为P，输入信号为x₁₁～x_MP，输出信号为y(n)，期望信号为d(n)，误差信号为e(n)，w₁₁～w_MP为权向量，其相应的空时联合LMS（最小均方）算法迭代公式如下

y(n)=w^H(n)X(n)                  (1)

e(n)=d(n)-y(n)                 (2)

w(n+1)=w(n)-2μX(n)e^*(n)         (3)