[发明专利]一种基于矢量跟踪环路的波束形成抗干扰方法

说明书

技术领域

本发明涉及阵列天线和全球定位系统接收机矢量跟踪环路领域，具体的涉及的是一种为基于阵列天线的波束形成器提供本地参考信号，保证矢量跟踪环路正常工作的基于矢量跟踪环路的波束形成抗干扰方法。

背景技术

GPS卫星信号到达地球表面时的信号功率约为-160dBW，因此GPS极易受到干扰信号的影响。GPS信号依靠其扩频体制能够为其获得43dB的处理增益，然而随着人为干扰技术的提高及干扰设备成本的降低，卫星信号只依靠其扩频体制进行抗干扰已经不能满足用户需求。另外，现有GPS信号是在众所周知的频率上发射的，其调制特征广为人知，信噪比又比较低，因而很容易进行干扰或欺骗。因此，研究GPS抗干扰技术已成为热点和重点。

目前，国内外抗干扰抑制技术主要分为两类：第一类是前相关抗干扰技术

(Pre-correlation mitigation techniques)，主要是在信号进入接收机通道之前完成

干扰信号的监测与抑制，如基于阵列天线的空间调零和波束形成技术。第二类就是后相关抗干扰技术(Post-correlation mitigation techniques)，主要针对接收机通道中的码环和载波环，具体方法有自适应跟踪环路技术、矢量跟踪环路技术和外部惯性测量单元(IMU)辅助环路技术。

自适应天线是将天线阵列与信号处理相结合，用信号处理的理论和方法、自动控制的技术调准天线阵的方向图，使天线方向图主波束对准有用信号方向，零点实时指向干扰方向。从而使它在干扰方向形成零陷，将干扰信号抵消，还可以使有用信号得到加强，从而达到抗干扰的目的。信号和干扰变化时，信号处理装置按照设计的自适应准则和算法及时调整权集，使波束自动、实时地跟踪这种变化。天线阵在接收到信号后，通过对天线阵的每个阵元上引入可以调整的权系数，来实现对天线阵主波束方向的灵活控制，达到对整个空域信号的接收，这个天线阵元上的权系数的调整也即实现了“空域滤波”功能。用这种方法产生的天线阵主波束明显比全向天线的主波束窄，并且主波束的宽度与天线阵元的数目有关，天线阵元数目越多，则形成的主波束也就越窄，反之越宽。在形成窄的主波束同时也最大限度的抑制了与来波方向不一致的干扰，使得接收机中信号的信干比(信号干扰功率比)有明显的改善，从而增强了抗干扰性能。

在矢量跟踪环路中，接收机各个通道的信息通过滤波器融合在一起，不用考虑每个跟踪通道滤波器设计。传统GPS接收机利用接收信号的相位和频率估计出接收机的位置和速度，矢量跟踪环路接收机逆向使用了传统接收机的基本工作原理：从载体的位置、速度等导航解算信息估计出接收信号的C/A码码相位、载波相位、频率等参数信息，这些预测信息与接收机接收到的下一时刻信息在每个通道产生差值，利用这些差值去更新校正下一时刻载体的伪距、伪距率。另外，当存在干扰时，卫星信号的等效载噪比将会下降。而在矢量跟踪环路中，载噪比较强的跟踪通道通过导航滤波器可以辅助载噪比较弱的通道对卫星信号进行跟踪，从而增强接收机在干扰情况下的稳健性。

然而，自适应阵列天线抗干扰方法和矢量跟踪环路抗干扰方法都存在一定的缺陷。在基于阵列天线的波束形成中，常用的求取最优权矢量准则有最小方差无失真响应准则(MVDR)和最小均方误差准则(MMSE)。MVDR方法需要知道期望信号的空间角度，在实际中，由于GPS信号功率很弱，其到达阵列天线处的角度不容易估计出来。而MMSE方法则不需要知道卫星信号的来波方向，但是需要知道卫星信号的本地参考信号。本发明采用基于最小均方误差准则的自相干恢复(self-coherence restoral,SCORE)算法来求取阵列天线的自适应权矢量，由接收机矢量跟踪环路为SCORE波束形成器提供本地参考信号。同时波束形成抑制干扰后的卫星信号进入矢量跟踪环路进行信号处理，从而保证矢量跟踪环路能够正常工作。

发明内容

本发明的目的在于提供接收机在干扰环境中的稳健性的一种基于矢量跟踪环路的波束形成抗干扰方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)阵列天线接收信号：

天线阵元数M，相邻阵元的间隔为λ/2，λ是GPS信号的波长，期望信号和干扰信号的到达角度分别为θ₀和θ_k，k＝1、2，…P，则阵列天线接收信号为：