一种双极化天线阵列基于零陷展宽技术的高动态GNSS干扰抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种双极化天线阵列基于零陷展宽技术的高动态GNSS干扰抑制方法，属于极化敏感均匀线阵阵列信号处理技术领域。本发明专利技术在对接收信号的自相关矩阵进行锥化处理时，采用的锥化矩阵为空域锥化矩阵与极化域锥化矩阵的hadamard积，其中极化域锥化矩阵为基于极化域零陷展宽宽度得到，进而基于锥化处理后的自相关矩阵在无约束条件下使输出信号功率最小计算得到权向量，再进行波束形成，从而得到干扰抑制后的输出信号。本发明专利技术具有能在零陷失配的情况下仍然能有效抑制干扰的优点；相比于传统标量阵通过零陷展宽方法实现高动态GNSS干扰抑制，具有能分辨相同空域位置不同极化方式干扰、自由度数更多的优点。

A high dynamic GNSS interference suppression method based on nulling widening technology for dual polarized antenna arrays

The invention discloses a high dynamic GNSS interference suppression method based on null pitch broadening technology for dual polarization antenna array, belonging to the field of polarization sensitive uniform linear array signal processing technology. When coning the autocorrelation matrix of the received signal, the conization matrix is the Hadamard product of the conization matrix in spatial domain and the conization matrix in polarization domain, in which the conization matrix in polarization domain is obtained based on the broadening width of the polarization domain nullification, and then the output is made under unconstrained conditions based on the conization-processed autocorrelation matrix. The minimum signal power is calculated to get the weight vector, and then beamforming is carried out to get the output signal after interference suppression. The invention has the advantages that the interference can still be effectively suppressed in the case of zero-pitch mismatch, and has the advantages of distinguishing the interference of different polarization modes at the same spatial position and more degrees of freedom compared with the traditional scalar array which realizes high dynamic GNSS interference suppression by means of zero-pitch broadening method.

【技术实现步骤摘要】
一种双极化天线阵列基于零陷展宽技术的高动态GNSS干扰抑制方法
本专利技术属于极化敏感均匀线阵阵列信号处理
，具体涉及一种双极化天线阵列基于零陷展宽技术的高动态GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)干扰抑制方法。
技术介绍
在标量阵中，当干扰信号和GNSS信号方向相同时干扰无法被有效抑制，这样会导致GNSS无法被准确解码。极化敏感阵的引入可以很好的解决标量阵存在的不足，极化敏感阵元因为引入了电偶极子或磁偶极子，接收到的信号包含有极化信息，当干扰在空域位置无法与GNSS信号区分时，可以利用极化信息对与GNSS信号不同极化方式的干扰加以区分，它具有更精确的干扰辨别能力因为每个极化敏感阵元含有多个电偶极子或磁偶极子，使得极化敏感阵比传统标量阵的自由度更多，可抗干扰数量增加。极化敏感阵列的这些优点，使得它在同等条件下抗干扰性能优于传统标量阵列。近几年来，许多学者对极化敏感阵列用于卫星导航信号抗干扰进行了研究，研究表明极化敏感阵列在干扰抑制性能上远远优于传统标量阵列。但只是停留在干扰抑制性能上的研究，鲜有考虑到在高动态环境下干扰存在扰动导致零陷失配时干扰无法被有效抑制的问题。对于高动态环境下零陷失配的问题，在标量阵列中主要采用零陷展宽的方法解决该问题，其主要思想是：通过展宽零陷宽度，使得实际干扰方向与接收到的信号干扰方向即使存在偏差，也能对干扰进行抑制。目前常用的两种展宽零陷方法分别是微分约束法和协方差矩阵锥化法。文献《MaillouxRJ.“Covariancematrixaugmentationtoproduceadaptivearraypatternthoughs[J]”.ElectronicsLetters，1995，31(10)：771-772s.》Mailloux通过在干扰位置附近增加一定数量的虚拟干扰进而展宽零陷，文献《ZatmanM.“Productionofadaptivearraytroughsbydispersionsynthesis[J]”.ElectronicsLetters，1995，31(25)：2141-2142.》采用对信号频带扩展的方法展宽零陷，二者的本质是一样的，都是在干扰位置附近增加虚拟干扰源的方式展宽零陷。文献《GuerciJR.“Theoryandapplicationofcovariancematrixtapersforrobustadaptivebeamforming[J]”.IEEETransactionsonSignalProcessing，1999，47(4)：977-985.》提出了在干扰方向施加导数约束来加宽零陷的方法，但是导数约束法导致运算量明显加大。文献《LiRong-feng,WangYong-liang,andWanShan-hu.“Researchonadaptivepatternnullwideningtechniques[J]”.ModernRadar,2003,25(2):42-45.》从干扰位置变化的统计模型出发，推导出了干扰服从某种概率分布时的零陷加宽技术，并指出当干扰服从均匀分布时其等价于Mailloux方法。这些零陷展宽方法都是在标量阵的基础上得到的，并不适用于极化敏感阵列，目前还鲜有学者提出极化敏感阵列的零陷展宽技术。目前常用的标量阵零陷展宽是通过矩阵的锥化实现，其本质是通过干扰角度的概率分布函数推导得到锥化矩阵，然后通过锥化矩阵实现协方差矩阵锥化，该方法的原理如下：考虑M个阵元的均匀线阵，阵元间为半波长，假设空间存在L个信号，信号来波方向为θl,l＝[1…L]，Q个干扰信号，干扰来向为服从范围为[θq-Δθ,θq+Δθ]的均匀分布。假设卫星信号和干扰信号都为远场信号，则接收信号为：其中，sl(t)、jq(t)分别为信号和干扰信号，al(θl)和分别为信号和干扰的空域导向矢量，它们具有相同的表达形式a(θ)，其定义如下a(θ)＝[1,e-jπsinθ,…,e-jπ(M-1)sinθ]T(2)其中，(·)T表示向量或矩阵的共轭转置。由于卫星信号功率较小，在计算协方差矩阵时可以忽略，假设信号、干扰信号、噪声之间相互独立，互不干扰。则接收数据的协方差矩阵为其中，⊙是Hadamard积，(·)H表示向量或矩阵的共轭转置，E{·}表示取统计平均，Rxx是不存在干扰扰动时的接收信号协方差矩阵，Ts为空域锥化矩阵，表达式如下其中δ表示空域零陷展宽宽度，m、n分别表示矩阵Ts的行和列。通过对得到的锥化矩阵与数据协方差矩阵进行Hadamard积得到锥化以后的协方差矩阵，用锥化后的协方差矩阵计算权向量即可实现零陷展宽。极化敏感阵列由于每个阵元引入了多个电偶极子或磁偶极子，它与传统标量阵在阵列结构上发生了极大的改变，而以上的空域锥化矩阵都是在标量阵阵列结构基础上推导得到的，所以上面的空域锥化矩阵并不适用于极化敏感阵列。同时，极化敏感阵列接收到的信号包含有极化信息，正是由于极化信息的存在使得我们能够将与信号方向相同、极化方式不同的干扰区分出来，但在高动态条件下干扰的极化方式可能存在扰动，如何有效的解决干扰极化方式存在扰动的问题而保留下极化敏感阵列的特有优势，这在标量阵的零陷展宽方法中是没有涉及的。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对GNSS系统，在高动态条件下，极化敏感接收阵列均匀线阵出现零陷失配导致压制式干扰无法被有效抑制进而使得GNSS信号无法被准确解码，提出了一种极化敏感阵列均匀线阵基于零陷展宽技术的高动态GNSS干扰抑制方法。本方法相比于一般的极化敏感阵列GNSS压制式干扰抑制方法，具有能在零陷失配的情况下仍然能有效抑制干扰的优点；相比于传统标量阵通过零陷展宽方法实现高动态GNSS干扰抑制，具有能分辨相同空域位置不同极化方式干扰、自由度数更多的优点。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种双极化天线阵列基于零陷展宽技术的高动态GNSS干扰抑制方法，包括以下步骤：获取接收信号的自相关矩阵，例如采用接收的有限次快拍数据的时间平均估计作为接收信号的自相关矩阵的估计值即利用数据协方差矩阵作为自相关矩阵的估计；基于需求设置空域零陷展宽宽度δ、以及极化域零陷展宽宽度Δη，根据公式0≤m,n≤M-1计算空域锥化矩阵Ts的每个元素，其中m、n分别表示矩阵Ts的行和列，M表示接收阵列阵元数，以及根据公式计算极化域锥化矩阵Tp，再根据公式得到极化敏感阵列的锥化矩阵Tsp；利用极化敏感阵列的锥化矩阵对接收信号的自相关矩阵进行锥化处理，得到锥化处理后的自相关矩阵，即锥化处理后的自相关矩阵根据锥化处理后的自相关矩阵计算权向量，即基于矩阵在无约束条件下使输出信号功率最小计算得到权向量；基于得到的权值向量进行波束形成，即可实现对接收信号的干扰抑制，得到干扰抑制后的输出信号。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：(1)与一般极化敏感阵列干扰抑制方法相比，当在高动态条件下，出现零陷失配时本专利技术方法仍然能有效抑制干扰，本专利技术提出的方法能够根据实际需要独立地展宽干扰来波方向的零陷或干扰极化方式的零陷；(2)与标量阵列干扰抑制方法相比，本专利技术方法能抑制与GNSS信号空间位置相同极化方式不同的干扰，在相同阵元数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双极化天线阵列基于零陷展宽技术的高动态GNSS干扰抑制方法，其特征在于，包括下列步骤：获取接收信号的自相关矩阵；计算用于对接收信号的自相关矩阵进行锥化处理的极化敏感阵列的锥化矩阵：基于需求设置空域零陷展宽宽度δ、以及极化域零陷展宽宽度Δη，根据公式

【技术特征摘要】
1.一种双极化天线阵列基于零陷展宽技术的高动态GNSS干扰抑制方法，其特征在于，包括下列步骤：获取接收信号的自相关矩阵；计算用于对接收信号的自相关矩阵进行锥化处理的极化敏感阵列的锥化矩阵：基于需求设置空域零陷展宽宽度δ、以及极化域零陷展宽宽度Δη，根据公式0≤m,n≤M计算空域锥化矩阵Ts的每个元素，其中m、n分别表示矩阵Ts的行和列，M表示接收阵列阵元数，以及根据公式计算极化域锥化矩阵Tp，再根据极化域锥化矩阵Tp与空域锥化矩阵Ts的hadamard积得到极化敏感阵列的锥化矩阵；对接收信号的自相关矩阵进行锥化处理，得到锥化处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：李会勇，谢明，夏威，魏圣杰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51