一种基于改进Rake结构的频域抗干扰方法技术

本发明专利技术属于卫星导航抗干扰领域，具体涉及一种基于改进Rake结构的频域抗干扰方法，主要包括以下步骤：(S1)输入中频采样信号，计算频域抗干扰后信号的相关函数，获取码时延粗估计；(S2)获取通道0的直达信号跟踪结果；(S3)获取除通道0外其余通道的多径信号跟踪结果；(S4)计算去除多径后的直达信号。本发明专利技术的频域抗干扰方法在抑制干扰的同时不可避免会导致信号质量下降。尤其在面对宽带干扰时，本发明专利技术能够在一定程度上减小抗干扰损耗，提升频域抗干扰后信号的信噪比，减小导航数据解调的误码率，提升接收机的通信性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星导航抗干扰领域，具体涉及一种基于改进Rake结构的频域抗干扰方法。
技术介绍
为应对环境中的无意射频干扰或敌方的恶意干扰，大部分的军用全球导航卫星系统(GNSS)接收机已配备频域抗干扰措施。但频域抗干扰措施在抑制干扰的同时，会引入抗干扰损耗，如信噪比损耗和信号畸变。随着GNSS接收机在高精度领域应用越来越广泛，如民航着陆系统、精密进近系统等，GNSS接收机对定位精度的要求越来越高。抗干扰措施引入的信噪比损耗和信号畸变需要改善，甚至消除。目前关于频域抗干扰的研究较多集中在其对接收机性能指标的影响，如等效载噪比和伪码跟踪方差。此外，研究的另外一个重点是如何自适应的设置合理的门限，在变化的环境中尽可能完全地抑制干扰。然而，如何进一步提升频域抗干扰后的信号质量，如提升信噪比或减小码跟踪方差，目前该领域几乎还没有更多的研究成果。而随着导航信号现代化发展，导频信号的加入使得单独提升导航信号的通信性能和定位精度成为可能。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术为提升干扰抑制后接收机通信性能，提出了一种基于改进Rake结构的频域抗干扰方法，本专利技术的基本思路是：将频域抗干扰后信号等效为受多径干扰的直达信号，并提出基于耦合伪码时延估计的改进Rake结构的频域抗干扰算法。耦合伪码时延估计的改进Rake结构具体为伪码时延估计模块完成频域抗干扰后信号中的直达信号和多径的码时延估计，利用估计的时延分别对直达信号和多径进行跟踪，最后去除频域抗干扰后信号中的多径。具体技术方案包括如下步骤：(S1)输入中频采样信号，计算频域抗干扰后信号的相关函数，获取码时延粗估计，R(τ)表示相关函数，其中，x(n)为中频输入采样信号，n为采样点数，c(n-τ)为接收机本地参考伪码，其中τ是指伪码时延，fc为导航信号载频，θ为导航信号初相，fs为采样频率，N为积累点数(即：采样总点数)，π为圆周率，j为虚数单位，n取值范围为0至N-1；通过搜索R(τ)的极大值获取码时延粗估计m表示通道号，取值为m＝0,1,2,...,M，m取0时表示对应通道是直达信号，m取1至M时表示对应通道是多径信号，m，M取整数；(S2)获取通道0的直达信号跟踪结果将各个跟踪通道跟踪结果初始值全部置零，令通道号m＝0，入口信号为码跟踪环的初始时延设置为其中指除通道0外所有通道跟踪结果之和，即为第k个跟踪通道的跟踪结果；启动通道的载波跟踪和码跟踪，码跟踪环和载波跟踪环锁定后，码跟踪环提供的码时延精确估计为和载波跟踪环提供的载波相位精确估计为利用下式计算信号幅度估计获得通道0的直达信号跟踪结果(S3)获取除通道0外其余通道的多径信号跟踪结果通道号分别取m＝1,2,...,M，入口信号为码跟踪初始时延为其中指除通道m外所有通道跟踪结果之和，并且后续通道的的计算是在前续通道的跟踪结果基础上进行的，启动通道的载波跟踪和码跟踪，码跟踪环和载波跟踪环锁定后，码环提供的码时延精确估计为和载波环提供的载波相位精确估计为利用下式计算信号幅度估计获得通道m的多径信号跟踪结果(S4)计算去除多径后的直达信号，根据步骤(S3)得到的M个多径信号跟踪结果，更新去除多径后的直达信号估计为：进一步，所述粗估计满足下列条件：采用本专利技术获得的有益效果：本专利技术的频域抗干扰方法在抑制干扰的同时不可避免会导致信号质量下降。尤其在面对宽带干扰时，本专利技术能够在一定程度上减小抗干扰损耗，提升频域抗干扰后信号的信噪比，减小导航数据解调的误码率，提升接收机的通信性能。附图说明图1为本专利技术方法流程图；图2为本专利技术的结构示意图；图3为利用本专利技术处理后的相关函数结果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，为本专利技术方法的流程图。将频域抗干扰后信号等效为受多径干扰的直达信号，并提出基于耦合伪码时延估计的改进型Rake结构的频域抗干扰算法(Rake结构可以为现有技术中的Rake接收机)。耦合伪码时延估计的改进型Rake结构具体为伪码时延估计模块完成频域抗干扰后信号中的直达信号和多径的码时延估计，利用估计的时延分别对直达信号和多径进行跟踪，最后去除频域抗干扰后信号中的多径。如图2是本专利技术所提供的频域抗干扰方法的结构例图(改进型Rake结构图)，M＝2。其中，PLL为锁相环，DLL为延迟锁定环，AEU为幅度估计模块。下面具体描述其实施过程。(S1)首先获取频域抗干扰后的自相关函数R(τ)。搜索极大值获得各跟踪通道的伪码时延粗估计中频采样信号在实施例中为一定的范围，中频信号是相对天线接收的射频信号而言，导航的射频通常在1GHz以上，中频在100MHz左右，这个取值通常由A/D采样器件等多种因素确定，北斗的中频值为46.5MHz，但GPS的接收机很多只有9MHz。将所有跟踪通道的信号估计置零。(S2)获取通道入口信号码跟踪环初始时延设置为环路锁定后，码跟踪环提供的码时延精确估计为载波跟踪环提供的载波相位精确估计为利用幅度估计模块获取信号幅度估计至此，获得通道0的信号估计(S3)获取通道1入口信号图3是利用本专利技术的一个具体实施方式进行仿真实验的自相关函数结果，仿真实验的基本参数设置为：信号设置：载波频率为北斗B3频点，C/A码星座号为6#，码速率为10.23Mcps，伪码重复周期为1ms，载噪比为45dBHz，导航电文数据比特率为50bps，信号时长为30s。干扰为宽带高斯噪声干扰，干扰频率与信号载波重合。噪声是均值为零、方差为1的高斯白噪声。软件接收机设置：采样频率为62MHz，处理带宽为20MHz，积分时长为1ms。码环阻尼系数0.7，噪声带宽1/32Hz，相关间隔1/2码片。载波环阻尼系数0.7，噪声带宽为4Hz。仿真中仅添加2个多径跟踪通道，即只跟踪2个幅度较大的多径，即M＝2。图3横坐标轴表示伪码时延(即：码相位)，单位为Tc(码片)；图中纵坐标表示自相关函数结果，单位为dB；图3中的图(a)、图(b)、图(c)分别对应通道1、通道2、通道0。图3(a)中原始信号相关函数是x(n)产生的，直达信号抑制后信号的相关函数是产生的。与x(n)产生的相关函数相比，的相关函数主瓣(码相位-5.5Tc对应的相关函数)明显下降。相关函数主瓣由产生，说明通道1入口信号中被成功抑制。对通过(S3)的步骤，得到通道1的信号估计获取通道2入口信号图(b)中原始信号相关函数是x(n)产生的，直达信号抑制后信号的相关函数是产生的，为直达信号和多径1信号之和。与x(n)产生的相关函数相比，的相关函数主瓣(码相位-5.5Tc对应的相关函数)和第一旁瓣(码相位-4.5Tc对应的相关函数)明显下降。相关函数主瓣由产生，相关函数第一旁瓣由产生，说明通道1入口信号中和被成功抑制。对通过(S3)的步骤，得到通道2的信号估计(S4)获得去除多径后的直达信号。当通道1～2的信号均锁定后，获得所有多径信号估计。得到去除多径信号后的直达信号估计图3(c)中原始信号相关函数是x(n)产生的，直达信号抑制后信号的相关函数是更新后的产生的。与x(n)产生的相关函数相比，的相关函数第一旁瓣(码相位-4.5Tc对应的相关函数)和第二旁瓣(码相位-6.5Tc对应的相关函数)明显下降。相关函数第一旁瓣由产生，相关函数第二旁瓣由产生，说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于改进Rake结构的频域抗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：(S1)输入中频采样信号，计算频域抗干扰后信号的相关函数，获取码时延粗估计，R(τ)表示相关函数，R(τ)=|Σn=0N-1x(n)c(n-τ)e-j(2πfcn/fs+θ)|]]>其中，x(n)为中频输入采样信号，n为采样点数，c(n‑τ)为接收机本地参考伪码，其中τ是指伪码时延，fc为导航信号载频，θ为导航信号初相，fs为采样频率，N为积累点数，π为圆周率，j为虚数单位；通过搜索R(τ)的极大值获取码时延粗估计m表示通道号，取值为m＝0,1,2,...,M，m取0时表示对应通道是直达信号，m取1至M时表示对应通道是多径信号；(S2)获取通道0的直达信号跟踪结果将各个跟踪通道跟踪结果初始值全部置零，令通道号m＝0，入口信号为初始时码跟踪延为其中指除通道0外所有通道跟踪结果之和，即s‾0(n)=Σk=1Ms^k(n)]]>为第k个跟踪通道的跟踪结果；启动通道的载波跟踪和码跟踪，码跟踪环和载波跟踪环锁定后，码跟踪环提供的码时延精确估计为和载波跟踪环提供的载波相位精确估计为利用下式计算信号幅度估计：a^0=1NΣn=0N-1s^in,0(n)c(n-τ^0)e-j(2πfcn/fs+θ^0)]]>获得通道0的直达信号跟踪结果：s^0(n)=a^0c(n-τ^0)e-j(2πfcn/fs+θ^0);]]>(S3)获取除通道0外其余通道的多径信号跟踪结果通道号分别取m＝1,2,...,M，入口信号为初始时码跟踪延为其中指除通道m外所有通道跟踪结果之和，启动通道的载波跟踪和码跟踪，码跟踪环和载波跟踪环锁定后，码环提供的码时延精确估计为和载波跟踪环提供的载波相位精确估计为利用下式计算信号幅度估计：a^m=1NΣn=0N-1s^in,m(n)c(n-τ^m)e-j(2πfcn/fs+θ^m)]]>获得通道m的多径信号跟踪结果：s^m(n)=a^mc(n-τ^m)e-j(2πfcn/fs+θ^m),m=1,2,...,M;]]>(S4)计算去除多径后的直达信号，根据步骤(S3)得到的M个多径信号跟踪结果，更新s‾0(n)=Σk=1Ms^k(n)]]>去除多径后的直达信号估计为：s^0′(n)=x(n)-s‾0(n)=x(n)-Σk=1Ms^k(n).]]>...

【技术特征摘要】
1.一种基于改进Rake结构的频域抗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：(S1)输入中频采样信号，计算频域抗干扰后信号的相关函数，获取码时延粗估计，R(τ)表示相关函数，R(τ)=|Σn=0N-1x(n)c(n-τ)e-j(2πfcn/fs+θ)|]]>其中，x(n)为中频输入采样信号，n为采样点数，c(n-τ)为接收机本地参考伪码，其中τ是指伪码时延，fc为导航信号载频，θ为导航信号初相，fs为采样频率，N为积累点数，π为圆周率，j为虚数单位；通过搜索R(τ)的极大值获取码时延粗估计m表示通道号，取值为m＝0,1,2,...,M，m取0时表示对应通道是直达信号，m取1至M时表示对应通道是多径信号；(S2)获取通道0的直达信号跟踪结果将各个跟踪通道跟踪结果初始值全部置零，令通道号m＝0，入口信号为初始时码跟踪延为其中指除通道0外所有通道跟踪结果之和，即s‾0(n)=Σk=1Ms^k(n)]]>为第k个跟踪通道的跟踪结果；启动通道的载波跟踪和码跟踪，码跟踪环和载波跟踪环锁定后，码跟踪环提供的码时延精确估计为和载波跟踪环提供的载波相位精确估计为利用下式计算信号幅度估计：a^0=1NΣn=0N-1s^in,0(n)c(n-τ^0)e-j(2πfcn/fs+θ^0)]]>获得通道0的直达信号跟踪结果：s^0(n...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞雪，李建，聂俊伟，耿正霖，鲁祖坤，陈飞强，伍微，彭竞，王勇，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43