一种基于频谱感知的多馈源卫星干扰抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于频谱感知的多馈源卫星干扰抑制方法，多馈源卫星接收端M个接收馈源接收到的连续感知数据，经滤波采样后，得到M×L维的基带等效离散时间信号矩阵X；根据得到的基带等效离散时间信号矩阵X使用频谱感知判断干扰信号是否存在；如果干扰信号存在，根据线性约束最小方差准则，使用已知的目标信号角θ0和目标信号自相关矩阵RXX生成波束成形矢量ω；使用该波束成形矢量对基带等效离散时间信号向量X进行处理；完成干扰抑制。本发明专利技术便于后续的软件化处理，通过设计根据线性约束最小方差准则，在增加较少计算量的基础上，能够自适应的对卫星复杂信号进行抑制。

A Multi-Feed Satellite Interference Suppression Method Based on Spectrum Sensing

【技术实现步骤摘要】
一种基于频谱感知的多馈源卫星干扰抑制方法
本专利技术属于通信
，具体涉及一种基于频谱感知的多馈源卫星干扰抑制方法。
技术介绍
随着通信技术的发展，地面移动通信网络的业务覆盖范围已经能够延伸到大部分的陆地区域，但是受地域和运营成本等因素的影响，其覆盖区域仍存在很多盲区，不能够满足人们实时通信的需求，而在这些区域卫星移动通信技术具有独特的优势，因此现在已提出空天一体化的构想，将卫星移动通信系统作为地面移动通信系统的有效补充。同时，在战争和重大自然灾害中，地面移动通信系统极易受到破坏，卫星移动通信系统可以作为一种应急通信手段。由于卫星具有通信距离远、覆盖范围广、不易受地域影响的特点，逐渐成为全球实时通信必不可少的手段。其接入需求也日益增长，卫星频谱资源匮乏与整体频谱利用率低之间的冲突愈加尖锐。而认知无线电技术作为解决该矛盾的关键技术之一，为提高卫星通信系统传输效率，提出认知卫星通信网络的概念。在卫星移动通信系统中，通过引入认知无线电技术可以提高频谱利用率，同时动态的频谱接入，可以减少干扰信号对正常通信的影响。但是如果采用认知无线电技术对干扰信号直接规避，即只要存在干扰的频点就不再通信，这将会降低系统容量。当目标信号和干扰信号位置有差别时，常用空域波束成形技术对接收信号进行处理。在均匀线阵模型下，借鉴时域FIR滤波器的设计思路，使用窗口法、频率采样法和使用基于最小二乘(LeastSquare，LS)的非均匀频域采样法等可以实现空域波束成形。另外基于接收信号统计量所提出的波束成形方法有Bartlett波束成形法和基于LS的波束成形法。Bartlett波束成形法可以实现目标信号方向的功率最大化，但是没有考虑干扰的抑制问题，基于LS准则的波束成形算法通过强制约束和LS约束可以增强目标信号同时抑制干扰，基于LS准则的干扰抑制算法需要对干扰和目标信号进行波达方向(DirectionOfArrival，DOA)估计。常用DOA估计算法是Schmidt提出的MUSIC算法，该算法是最经典的DOA估计算法，基本原理是：接收端信号可以按照相互正交的噪声子空间和信号子空间进行分解，然后在信号子空间内进行搜索，最终估计出信号DOA。但是MUSIC算法因为采用矩阵分解和谱峰值搜索的方法，所以计算量比较大。后续发展的基于MUSIC的改进算法，虽然能够减少部分计算量，但是因为基于LS准则的干扰抑制算法需要进行多次DOA估计，所以基于LS准则的波束成形算法的复杂度较高。卫星端的计算资源有限，因此需要考虑减少算法复杂度，主要从两个方面进行，一方面是减少无效波束成形的次数，主要通过提高频谱感知精度的方法，如果感知没有干扰信号存在，则不需要进行干扰抑制，提高频谱感知性能就能减少无效波束成形所带来的计算复杂度，因此在波束成形之前加入频谱感知步骤是必要的；另一方面是通过减少干扰抑制算法中DOA估计的次数。在卫星端目标信号角度可以视为已知，但是受到的干扰具有复杂和时变的特性，因此使用基于干扰DOA信号的干扰抑制技术时，需要进行多源干扰DOA估计，而且卫星接收端的信号较弱，因此需要一种可以在小信噪比情况下根据接收信号自适应的快速调整干扰抑制参数的算法。如果在后续的干扰抑制过程中，通过天线频谱感知可以减少波束成形次数，根据已知的目标信号角和接收信号自相关矩阵求取波束成形矢量，不仅可以自适应的波束成形，而且能够节省DOA估计时的计算资源，研究将很有意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于频谱感知的多馈源卫星干扰抑制方法，用于实现提高卫星系统容量的目的。本专利技术采用以下技术方案：一种基于频谱感知的多馈源卫星干扰抑制方法，多馈源卫星接收端M个接收馈源接收到连续感知数据，经滤波采样后得到M×L维的基带等效离散时间信号矩阵X；根据得到的基带等效离散时间信号矩阵X使用频谱感知判断干扰信号是否存在；如果干扰信号存在，根据线性约束最小方差准则，使用已知的目标信号角θ0和目标信号自相关矩阵RXX生成波束成形矢量ω；使用该波束成形矢量对基带等效离散时间信号向量X进行处理；完成干扰抑制。具体的，M×L维的基带等效离散时间信号矩阵X为：X＝[x1,x2,…xM]T∈CM×L；其中，上标T表示转置计算，CM×L表示M×L维元素为复数的矩阵，L为单个接收馈源采样长度。具体的，根据基带等效离散时间信号矩阵X判断信道是否存在干扰：其中，H0为信道空闲干扰不存在事件，H1为干扰存在事件，D为信号总个数干扰存在事件，为干扰干扰信号，为目标信号，a(θ0)为目标信号导向矢量，a(θi)为干扰信号导向矢量。具体的，利用拉格朗日乘子法求解得到最优卫星波束成形矢量ωLCMV为：其中，为自相关矩阵R的逆矩阵，H为矩阵共轭转置，a(θ0)为目标信号导向矢量。进一步的，目标信号导向矢量a(θ0)定义如下：其中，λ为电磁波长，j为复数标志，d为接收天线间距。进一步的，基带等效离散时间信号矩阵X的自相关矩阵RXX为：RXX＝XXH其中，H为矩阵共轭转置，X为基带等效离散时间信号矩阵。具体的，对基带等效离散时间信号矩阵X进行处理如下：Y＝ωHX其中，ω为波束成形矢量，X为基带等效离散时间信号矩阵，Y为波束成形后信号矩阵。具体的，根据干扰抑制处理前后的卫星信干噪比增益G得到只有一个干扰存在时基于LCMV的卫星干扰抑制算法的信干噪比增益为：其中，为自相关矩阵R的逆矩阵，H为矩阵共轭转置，a(θ0)为目标信号导向矢量，为目标信号方差，为噪声方差。进一步的，可以减少的干扰抑制概率P'为：P'＝1-[P(1-Pm)+Pf(1-P)]＝(1-Pf)(1-P)+PPm其中，P为干扰信号出现概率，Pf为频谱感知干扰不存在判断为干扰存在概率，Pm为频谱感知干扰存在判断为干扰不存在概率。具体的，如果干扰信号不存在，重新滤波采样得到M×L维的基带等效离散时间信号矩阵X，继续频谱感知。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种基于频谱感知的多馈源卫星干扰抑制方法，与认知卫星直接干扰规避方案相比较，本专利技术能够在增加波束成形的条件下,利用已知的目标信号角和接收信号自相关矩阵，提高接收端信干噪比，即系统容量。与常在波束成形干扰抑制方案相比，本专利技术能够在增加频谱感知的条件下，利用频谱感知结果，减少波束成形次数，减少卫星计算量。进一步的，将多馈源卫星接收端的模拟数据,经滤波采样后转化为基带等效离散时间信号，即将模拟信号转化为数字信号，便于信号的传输以及软件处理。进一步的，使用数字信号对当前信道状态进行判断，如果干扰信号存在则进行后续的波束成形干扰抑制，否则继续频谱感知。进一步的，若干扰信号存在，根据线性约束最小方差准则，使用已知的目标信号角和接收信号自相关矩阵，生成波束成形矢量，能够减少干扰DOA估计的计算复杂度同时实现自适应的波束成形。进一步的，根据生成的波束成形矢量对不同馈源采样数据进行加权，完成干扰抑制过程。综上所述，本专利技术首先将模拟数据数字化，便于后续的软件化处理，在干扰抑制之前添加频谱感知过程，频谱感知到干扰存在之后才利用多馈源卫星的波束成形对干扰进行抑制，为提高系统容量最大化，设计了基于线性约束最小方差准则的波束成形方案，根据该方案生成的波束成形矢量对不同馈源数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于频谱感知的多馈源卫星干扰抑制方法，其特征在于，多馈源卫星接收端M个接收馈源接收到连续感知数据，经滤波采样后得到M×L维的基带等效离散时间信号矩阵X；根据得到的基带等效离散时间信号矩阵X使用频谱感知判断干扰信号是否存在；如果干扰信号存在，根据线性约束最小方差准则，使用已知的目标信号角θ0和目标信号自相关矩阵RXX生成波束成形矢量ω；然后使用波束成形矢量ω对基带等效离散时间信号向量X进行处理；完成干扰抑制。

【技术特征摘要】
1.一种基于频谱感知的多馈源卫星干扰抑制方法，其特征在于，多馈源卫星接收端M个接收馈源接收到连续感知数据，经滤波采样后得到M×L维的基带等效离散时间信号矩阵X；根据得到的基带等效离散时间信号矩阵X使用频谱感知判断干扰信号是否存在；如果干扰信号存在，根据线性约束最小方差准则，使用已知的目标信号角θ0和目标信号自相关矩阵RXX生成波束成形矢量ω；然后使用波束成形矢量ω对基带等效离散时间信号向量X进行处理；完成干扰抑制。2.根据权利要求1所述的基于频谱感知的多馈源卫星干扰抑制方法，其特征在于，M×L维的基带等效离散时间信号矩阵X为：X＝[x1,x2,…xM]T∈CM×L；其中，上标T表示转置计算，CM×L表示M×L维元素为复数的矩阵，L为单个接收馈源采样长度。3.根据权利要求1所述的基于频谱感知的多馈源卫星干扰抑制方法，其特征在于，根据基带等效离散时间信号矩阵X判断信道是否存在干扰：其中，H0为信道空闲干扰不存在事件，H1为干扰存在事件，D为信号总个数干扰存在事件，为干扰干扰信号，为目标信号，a(θ0)为目标信号导向矢量，a(θi)为干扰信号导向矢量。4.根据权利要求1所述的基于频谱感知的多馈源卫星干扰抑制方法，其特征在于，利用拉格朗日乘子法求解得到最优卫星波束成形矢量ωLCMV为：其中，为自相关矩阵R的逆矩阵，H为矩阵共轭转置，a(θ0)为目标信号导向矢量。5.根据权利要求4所述的基于频谱感知的多馈源卫星干扰抑制方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：范建存，班勇，罗新民，张莹，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61