[发明专利]一种多波束卫星干扰抑制方法、存储介质及计算设备

说明书

本发明公开了一种多波束卫星干扰抑制方法、存储介质及计算设备，多波束卫星接收端的M个接收天线接收连续感知数据，在第k个节拍，用M维的列向量表示接收信号；根据接收信号确定接收信号的协方差矩阵；对接收信号进行阵列信号处理，通过最大化信干噪比准则计算最优的波束形成矢量，根据角度互易性原理估计期望信号的导向矢量；根据所有可能方向上的空间谱分布和接收信号协方差矩阵，利用Capon空间谱估计器重构干扰加噪声的协方差矩阵；利用基于最差情况性能优化的波束形成准则，对估计出的期望信号导向矢量和重构的干扰加噪声的协方差矩阵进行修正，使用修正后的波束形成矢量对接收数据进行处理，完成干扰抑制。本发明节约DOA估计所需的计算量。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于角度互易和协方差矩阵重构的多波束卫星干扰抑制方法、存储介质及计算设备。

背景技术

随着通信技术的高速发展，地面移动通信网络已经能覆盖到大部分的陆地区域，但由于地域和运营成本的关系，很多偏远、欠发达地区的信号覆盖率依然很低，远远达不到人们的正常通信需求。而卫星通信系统正好具有通信距离远、覆盖范围广、不易受地域影响的特点，能很好的解决上述区域信号覆盖率低的问题。随着卫星通信逐渐成为全球实时通信必不可少的手段之一，空天一体化的构想也应运而生，将卫星通信系统作为地面移动通信系统的有效补充。卫星通信作为空天一体化网络的重要组成部分，可实现全天无缝覆盖和大覆盖范围，可用于解决自然灾害、林业监控、军事通信等应急通信问题。然而，卫星通信系统的主要弱点之一是容易受到有意或无意的干扰，严重时甚至可能导致服务不可用。干扰管理被认为是卫星通信行业中的一个关键问题，特别是对卫星所有者和运营商而言。因此，亟需对干扰进行有效的管理和消除，以保证卫星通信质量。

在现有卫星移动通信系统中，为提高频谱复用率大多采用多波束覆盖技术，多波束覆盖可以在获得空间增益的同时，提高总体的频谱利用率。然而，在多波束卫星通信系统中，由于干扰源的多样性和不稳定性，给干扰抑制带来了很大的挑战。此外，有限的计算资源也限制了卫星接收机的干扰抑制能力。在卫星端采用多馈源技术，简化为多天线技术，多馈源的排列也大多服从一定规则几何图形。根据该特点，可以利用阵列信号处理的方法提高卫星通信系统的抗干扰能力。

在卫星接收端，当期望信号和干扰信号的到达方向(Direction of Arrival，DOA)有差别时，自适应波束成形技术常被用来处理接收信号，它主要的优势是能在抑制天线阵列输出干扰和噪声的同时增强所需信号。最小方差无失真响应(Minimum VarianceDistortionless Response，MVDR)作为一种标准的Capon波束形成算法，能自适应地改变权值向量，获得无失真的期望信号输出并抑制干扰信号。如果处理数据中包含期望信号分量，MVDR波束形成器就成为最小功率无失真响应(Minimum Power Distortionless Response，MPDR)波束形成器，当模型存在失配时，MPDR波束形成器的性能会严重恶化。为了提高MPDR波束形成器在模型失配情况下的稳定性，多种鲁棒的技术被提出，它们主要可以分为两类。第一类是在估计协方差矩阵之前消除或减少期望信号的分量，比如对角加载(DiagonalLoading，DL)技术，然而在实际场景中，对角加载因子很难选择，而且在高信噪比时，DL方法的干扰抑制能力会急剧下降。第二类方法是对期望信号的导向矢量进行处理，但由于导向矢量的准确先验知识是不容易得到的，在数据处理前需要对DOA进行估计，MUSIC算法是一种常用的DOA估计方法，但是其计算量较大。而大部分的鲁棒约束算法不需要实际的导向矢量，一般采用导向矢量的误差范数约束，如基于最差情况性能优化的波束形成器(Worst-case Performance Optimization-based Beamformer，WCB)、基于协方差拟合的波束形成器、多重不确定性集约束的波束形成器等。这相当于在估计DOA时，允许一定范围内的误差存在，而且该误差是可以通过优化方式修正的，正为利用角度互易性估计导向矢量提供了理论基础。