卫星导航接收机对欺骗式干扰来波方向的估计方法技术

本发明专利技术公开了一种卫星导航接收机对欺骗式干扰来波方向的估计方法，通过对阵列接收信号协方差矩阵，以及阵列接收数据矢量与它本身的延迟信号矢量的互相关矩阵求差，获得仅有干扰和噪声的协方差矩阵，从而估计出欺骗式干扰的来波方向，该方法能对多个欺骗式干扰的来波方向准确进行估计，且计算复杂度低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于阵列信号处理领域，具体涉及一种卫星导航接收机对欺骗式干扰来波方向的估计方法。
技术介绍
目前，抗欺骗体系可以分为以下三个环节：欺骗检测、欺骗消除和反向定位。欺骗检测目的在于发现欺骗干扰，并不能对欺骗干扰采取对策；欺骗消除则是在已知欺骗干扰存在的情况下，减轻或消除欺骗干扰影响，恢复受害接收机正常导航定位功能；反向定位是在发现欺骗存在时，对干扰源进行警告甚至摧毁，达到物理消除欺骗干扰的目的。目前尚无专门研究反向定位的抗欺骗技术，由于在抗欺骗领域具备实战能力，在未来研究中会引起更多关注。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种卫星导航接收机对欺骗式干扰来波方向的估计方法。为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：该估计方法利用GPS导航信号的自强相关特性以及GPS导航信号与欺骗式干扰的强相关特性，通过对阵列接收信号的协方差矩阵以及求差获得仅包含有干扰和噪声的协方差矩阵，为阵列接收信号与阵列接收信号的延迟信号的互相关矩阵，然后通过对所述仅包含有干扰和噪声的协方差矩阵做特征值分解，从而获取欺骗式干扰的来波方向。所述估计方法具体包括以下步骤：1)将阵列接收信号x(n)和参考信号做互相关，得到K表示延时，K的取值为1023码片的任意正整数倍，n表示采样点；2)将阵列接收信号的协方差矩阵和做差，得协方差矩阵RJv；3)对协方差矩阵RJv做特征值分解，得到Q维的信号子空间Vs和(M-Q)维的噪声子空间Vn；Q表示协方差矩阵RJv做特征值分解后得到的特征值对角矩阵中大于的特征值的数量，表示噪声方差，M表示天线数；4)利用空间谱函数估计出欺骗式干扰的方位角θq，a(θ)表示谱峰搜索的导向矢量。所述欺骗式干扰的数学模型为：阵列接收多个欺骗式干扰J＝[J1,J2,…JQ]T，第q个欺骗式干扰记为q＝1,2,…Q，b(n)是导航符号，是由20个不同卫星信号的C/A码组成，的长度是20×1023码片，由干扰机在所有卫星的C/A码中随机选择发送。本专利技术的有益效果体现在：本专利技术通过对阵列接收信号协方差矩阵，以及阵列接收信号矢量与它本身的延迟信号矢量的互相关矩阵求差，获得仅有干扰和噪声的协方差矩阵，从而估计出欺骗式干扰的来波方向，该方法能对多个欺骗式干扰的来波方向准确估计，且计算复杂度低。附图说明图1为单个GPS符号结构；图2为欺骗式干扰源的角度估计；图3为不同SNR条件下欺骗式干扰角度估计均方根误差。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做详细说明。通常欺骗式干扰源不断随机选择发送不同导航卫星的C/A码，该干扰信号极易和导航卫星信号产生强相关，致使接收机很容易被误导和诱骗，从而给出错误的定位信息。在发现欺骗式干扰存在时，为了对干扰源进行警告甚至摧毁，达到物理消除欺骗干扰的目的，本专利技术提出了一种估计欺骗式干扰来波方向的方法。通过对阵列接收信号协方差矩阵，以及阵列接收信号矢量与它本身的延迟信号矢量的互相关矩阵求差，获得仅有干扰和噪声的协方差矩阵，从而估计出欺骗式干扰的来波方向。1)信号模型在欺骗式干扰背景下，阵列天线接收到的是强相关的卫星信号与欺骗式干扰的合成信号，以及统计独立的高斯白噪声。假定在观察时隙内所有信号是平稳的。该阵列天线接收的GPS导航信号的数学模型写做：x(n)＝a0s0(n)+βB J(n)+v(n)    (1)其中，x(n)表示阵列接收信号，a0是期望信号的导向矢量，j表示复数单位，θ0表示导航信号的方位角，T表示转置，M表示天线的数量，n表示采样点，B是Q个欺骗式干扰的导向矢量矩阵B＝[B1,B2,…BQ]，其中Bq=Δ[1,ejπsin(θq),...,ej(M-1)πsin(θq)]T(q=1,2,...Q),]]>θq表示欺骗式干扰的方位角。期望的直视信号s0(n)可写作s0(n)＝b(n)c(n-iTc)，c(n-iTc)是第i颗卫星的PRN码的码片符号，可以写作1ms中包含20个长度为1023的C/A码cai，而b(n)是导航符号，故s0(n)＝b(n)ci(n)。J表示欺骗式干扰，J＝[J1,J2,…JQ]T，第q个欺骗式干扰记为其中是从多个不同卫星信号的C/A码中随机生成，的长度也是20×1023，但由干扰机在所有卫星的C/A码中随机选择发送，即β是Q个欺骗式干扰的幅度；v(n)是加性高斯白噪声矢量。假定噪声分别与期望信号和欺骗式干扰相互独立，多个欺骗式干扰之间是相互独立的，而期望信号和欺骗式干扰不相互独立，那么阵列接收信号的协方差矩阵Rxx可写作：Rxx=E[x(n)xH(n)]=Rs+RJ+Rv=a0Rsa0H+a0E[sJH]BH+BE[JsH]a0H+BRJBH+σn2I---(2)]]>其中，H表示共轭转置，a0为期望信号的导向矢量，Rs为期望信号的协方差矩阵，s为期望信号，J为欺骗式干扰，RJ为欺骗式干扰的协方差矩阵，Rv表示噪声的协方差矩阵，I是单位阵，为噪声方差，可以看出，阵列接收信号协方差矩阵不仅包括导航期望信号部分、欺骗式干扰和噪声部分，还包括导航期望信号和欺骗式干扰相关部分。2)欺骗式干扰来波方向估计为了获得欺骗式干扰的来波方向，尽可能降低期望信号及其与欺骗式干扰的相关项对欺骗式干扰来波方向估计带来的影响。首先，构建参考信号如下：将延时任意1023码片正整数倍的数据x(n-K)作为参考信号：x~(n)=x(n-K)=a0s0(n-K)+βBJ(n-K)+v(n-K)---(3)]]>式(3)中，延时K取1023码片的任意正整数倍。这是由于单个GPS数据符号bit结构(如图1所示)，在1比特内C/A码重复20次，即无论是阵列接收信号x(n)还是参考信号其中的期望信号、欺骗式干扰均具有强自相关性，且期望信号与欺骗式干扰不相互独立。噪声项与期望信号和欺骗式干扰均相互独立，各阵元(即天线)接收噪声为统计独立的高斯白噪声，并在不同时段的噪声之间也互不相关，而不同时段的欺骗式干扰之间相关性很小，可以忽略。然后，将阵列接收信号和参考信号做互相关，阵列接收信号和参考信号的互相关矩阵可以写作：Rxx~=E[x(n)x~H(n)]=ARsAH+E[sJH]BH+BE[JsH]AH---(4)]]>阵列接收信号与参考信号的互相关矩阵为它也包含期望信号项ARsAH以及期望信号和欺骗式干扰相关项AE[s JH]BH+本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星导航接收机对欺骗式干扰来波方向的估计方法，其特征在于：该估计方法利用GPS导航信号的自强相关特性以及GPS导航信号与欺骗式干扰的强相关特性，通过对阵列接收信号的协方差矩阵以及求差获得仅包含有干扰和噪声的协方差矩阵，为阵列接收信号与阵列接收信号的延迟信号的互相关矩阵，然后通过对所述仅包含有干扰和噪声的协方差矩阵做特征值分解，从而获取欺骗式干扰的来波方向。

【技术特征摘要】
1.一种卫星导航接收机对欺骗式干扰来波方向的估计方法，其特征在于：
该估计方法利用GPS导航信号的自强相关特性以及GPS导航信号与欺骗式干扰
的强相关特性，通过对阵列接收信号的协方差矩阵以及求差获得仅包含有干
扰和噪声的协方差矩阵，为阵列接收信号与阵列接收信号的延迟信号的互相
关矩阵，然后通过对所述仅包含有干扰和噪声的协方差矩阵做特征值分解，从而
获取欺骗式干扰的来波方向。
2.根据权利要求1所述一种卫星导航接收机对欺骗式干扰来波方向的估计方
法，其特征在于：所述估计方法具体包括以下步骤：
1)将阵列接收信号x(n)和参考信号做互相关，得到K表示延时，K的取值为1023码片的任意正整数倍，n表示采
样点；
2)将阵列接收信号的协方差矩阵和做差，得协...

【专利技术属性】
技术研发人员：王纯，于军琪，董惠，赵素文，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61