一种基于记忆矩阵准求逆的卫星导航抗干扰的装置及其抗干扰方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于卫星导航接收机抗干扰研究领域,具体涉及一种基于记忆矩阵准求逆的卫星导航抗干扰的装置及其抗干扰方法。本发明专利技术包括阵列天线模块、射频通道模块、A/D转换器模块、数字下变频模块、记忆矩阵计算模块、记忆矩阵准求逆模块、数字波束形成模块、数字上变频模块、D/A转换器模块。本发明专利技术提出了一种记忆矩阵准求逆的算法，并利用浮点数运算，提高了运算速度、精度，权值更精确，提高信干噪比；本发明专利技术可以在干扰源的干扰信号类型、干扰信号强度、干扰信号方位发生变化时，快速自适应计算出权值，抑制干扰信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星导航接收机抗干扰研究领域,具体涉及一种基于记忆矩阵准求逆的卫星导航抗干扰的装置及其抗干扰方法。
技术介绍
20世纪60年代，导航技术出现了重大的突破，卫星导航作为一项非常重要的导航技术开始逐渐应用于民用和军事领域。卫星导航系统是一种全新的星基无线电导航系统，它不仅具有全球性、全天候和连续的紧密三维定位能力，而且能实时地对军民各种运动载体的速度、姿态进行精确测定以及精确授时。在民用方面，广泛应用于海洋、陆地和空中运输的导航。在军事应用方面，卫星导航同样得到了全方位应用，从根本上解决了空中、陆地和海上各种军事运载体、武器的定位和导航问题。可见卫星导航系统己成为重要的军事民用基础设施，谁掌握这种技术和能力，谁就在军事、外交和经济领域拥有主动权，这也引起了所有大国的关注和重视。目前，全球导航卫星系统，主要包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO、中国的北斗等系统。到目前为止，只有美国的GPS和俄罗斯GLONASS的具有全球定位导航的能力，欧洲的GALILEO系统正处于部署星座阶段。中国的北斗系统第一代已经建成，目前正处于第二代星座的部署阶段。卫星导航系统作为一个功能强大的军事传感系统，已成为天战、电子战、远程作战、导弹战、信息战的重要武器，并且敌我双方对控制导航作战权的斗争将发展成为导航战。卫星导航在军事领域应用广泛，但作为军事战术应用，有一个明显的缺点，那就是到达地面的信>号弱、容易受到干扰。特别是敌方施加有意干扰时，普通卫星接收机将完全失锁而无法接收导航定位信号，这对于军事设备来说是致命的，为了使卫星导航接收机稳定可靠地工作，需要增强它的抗干扰能力。自适应阵列处理是阵列信号处理的一项重要组成部分，走过了近半个世纪的发展历程，在雷达、通信、声纳、导航、语音信号处理、地震勘探及生物医学等领域引起了广泛的重视和研究兴趣。将阵列天线和自适应算法结合，能够方便地进行方向图控制，自适应地抑制未知来向的干扰。抗干扰技术可以按接收机天线所使用阵元数的不同，分为单阵元抗干扰技术和多阵元抗干扰技术。单阵元抗干扰技术包括时域滤波、频域滤波、时频域滤波；多阵元抗干扰技术主要包括空域滤波和空时自适应抗干扰。时域滤波是在时域内利用信号特征滤除干扰，能够抑制窄带噪音干扰、连续波干扰，还能够解决回波消除问题。频域滤波将接收信号通过快速傅里叶变换转换至频域，利用干扰在频域的聚集特性检测干扰，调整陷波位置将干扰对应的谱线置零或衰减，再将处理后的频域分量反变换回时域，完成干扰抑制。时频域滤波通过选择适当的时频分析工具对接收信号进行变换，利用信号与干扰在时频平面上的不同分布特性，在时频域内进行干扰抑制处理。空域滤波是阵列信号处理的重要研究方向之一，是目前应用最为广泛的卫星导航抗干扰技术。它以天线阵列为依托，利用天线阵列各阵元的加权系数形成空域滤波器，并根据输入信号的变化采用自适应算法实时调整天线阵元的加权系数，从而在天线方向图中形成对准干扰方向的零陷，抑制干扰。空域滤波抗干扰技术包括零陷形成和波束形成，可以滤除的干扰个数等于天线阵元数减1。空时二维处理的基本思想是在不增加阵元的前提下，通过在各阵元后增加延时抽头，将一维的空域滤波推广到时间与空间的二维域中，形成空时二维的处理结构。基于单阵元的时域和频域抗干扰技术具有实现简单、价格低廉的优势，其不足之处是缺少在空域对信号和干扰的区分，无法应付多个窄带干扰或宽带干扰。基于阵列的空时自适应抗干扰技术具有较高的自由度，能够抑制宽带干扰，但其抗干扰性能的提高是以增加计算复杂度为代价换取的，在一定程度上限制了空时自适应在实际中的应用。基于阵列的空域滤波干扰抑制技术具有灵活的波束控制、较高的信号处理增益、较强的抗干扰能力和良好的空间分辨能力，而且实现比较简单，计算量小，现己成为提高卫星导航抗干扰能力的主要方法。由于近年来计算机的发展与普及，矩阵运算因涉及到解决现代工程技术中的各种问题使得它的重要性随着越来越广泛的应用渐渐凸显，这是因为用矩阵理论和方法来解决现代工程技术中的各种问题,不仅表述简洁,便于进行研究,而且具有适合计算机处理的特点。矩阵运算如矩阵分解、矩阵求逆等,在简化和解决很多问题上是关键环节。如求解代数线性方程,分析综合线性电路系统,以及参数优化等,都涉及到了矩阵运算。在矩阵运算中,涉及大量乘累加操作,由此带来的“位增长”率使每一级运算的最大值可能会逐级加倍但是这样的增长率并不是每一级都会持续发生。同时因为涉及了较多的除法运算，对于尾数的精度要求较大，需要较多的尾数位数来保证精度。因此如果不精心地规划设计,这些值就会溢出,并且会因为精度不够而无法使用。而利用浮点运算就可以克服这些问题,因为它具有极大的动态范围而不会发生溢出,还因为它可以自动地缩放,无需担心数值会溢出或者当算法需要缩放时会丢失尾数位的问题。随着信息应用领域对数据运算精度的高要求和大范围，使得浮点数运算在众多领域中都有着广泛的应用。如在阵列的空域滤波干扰抑制技术中，很多精确计算权系数的部分都要涉及到矩阵求逆，但由于此算法实现具有较大的复杂性，在很多情况下都通过使用最小均方算法、最小二乘算法求得近似的权系数，损失了运算精度，干扰抑制性能较差，因此在FPGA并行和高速的特点下，使用浮点数进行矩阵求逆，可以保持运算的精度，也保证实现快速的矩阵求逆运算，提升干扰抑制性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有卫星导航接收机抗干扰的不足，重点要解决矩阵求逆运算量大不利于工程实现和运算精度导致的权值估计不精确,抗干扰效果较差的技术问题，实现对采样数据的快速、高精度处理，达到较好的抗干扰效果的基于记忆矩阵准求逆的卫星导航抗干扰的装置。本专利技术的目的还在于提供一种基于记忆矩阵准求逆的卫星导航抗干扰方法。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于记忆矩阵准求逆的卫星导航抗干扰的装置，包括阵列天线模块、射频通道模块、A/D转换器模块、数字下变频模块、记忆矩阵计算模块、记忆矩阵准求逆模块、数字波束形成模块、数字上变频模块、D/A转换器模块：所述阵列天线模块用来接收空中同一时刻的卫星导航信号；所述射频通道模块将使卫星导航信号频谱从射频搬移到模拟中频；所述数字下变频模块将数字中频信号，转换为正交的包括I，Q两路的数字基带信号；所述记忆矩阵计算模块求出数字基带信号的记忆矩阵Rxx；所述记忆矩阵准求逆模块对记忆矩阵进行准求逆，计算出一组权值，所述装置还包括：定点浮点相互转换模块、浮点数运算模块、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于记忆矩阵准求逆的卫星导航抗干扰的装置，包括阵列天线模块、射频通道模块、A/D转换器模块、数字下变频模块、记忆矩阵计算模块、记忆矩阵准求逆模块、数字波束形成模块、数字上变频模块、D/A转换器模块，其特征在于：所述阵列天线模块用来接收空中同一时刻的卫星导航信号；所述射频通道模块将使卫星导航信号频谱从射频搬移到模拟中频；所述数字下变频模块将数字中频信号，转换为正交的包括I，Q两路的数字基带信号；所述记忆矩阵计算模块求出数字基带信号的记忆矩阵Rxx；所述记忆矩阵准求逆模块对记忆矩阵进行准求逆，计算出一组权值，所述装置还包括：定点浮点相互转换模块、浮点数运算模块、浮点数大小比较模块、时序控制模块；所述定点浮点相互转换模块用于将信号的定点数转为浮点数和将浮点数转为定点数；所述浮点数运算模块用于对记忆矩阵中的数据进行浮点数的加减乘运算，还包括：浮点加/减模块、浮点乘法器模块；所述浮点加/减模块，完成浮点数的加和减的运算；所述浮点乘法器模块，完成浮点数的乘法运算；所述浮点数大小比较模块用于将权值中的复数信号的实部虚部分解为独立的实数，判断比较出实数的绝对值在数值上最大的数；所述的时序控制模块是用于控制定点浮点相互转换模块、浮点数运算模块和浮点数大小比较模块流水线工作的有序运行；所述数字波束形成模块，利用权值对阵列天线接收的导航信号进行滤波,得到抗干扰后的估计信号；所述数字上变频模块将抗干扰后的数字基带信号转变为数字中频信号；所述D/A转换器模块，将数字中频信号转变为模拟中频信号，输出到卫星导航接收机。...

【技术特征摘要】
1.一种基于记忆矩阵准求逆的卫星导航抗干扰的装置，包括阵列天线模块、射频通道模
块、A/D转换器模块、数字下变频模块、记忆矩阵计算模块、记忆矩阵准求逆模块、数字波
束形成模块、数字上变频模块、D/A转换器模块，其特征在于：
所述阵列天线模块用来接收空中同一时刻的卫星导航信号；
所述射频通道模块将使卫星导航信号频谱从射频搬移到模拟中频；
所述数字下变频模块将数字中频信号，转换为正交的包括I，Q两路的数字基带信号；
所述记忆矩阵计算模块求出数字基带信号的记忆矩阵Rxx；
所述记忆矩阵准求逆模块对记忆矩阵进行准求逆，计算出一组权值，所述装置还包括：
定点浮点相互转换模块、浮点数运算模块、浮点数大小比较模块、时序控制模块；
所述定点浮点相互转换模块用于将信号的定点数转为浮点数和将浮点数转为定点数；
所述浮点数运算模块用于对记忆矩阵中的数据进行浮点数的加减乘运算，还包括：浮点
加/减模块、浮点乘法器模块；
所述浮点加/减模块，完成浮点数的加和减的运算；
所述浮点乘法器模块，完成浮点数的乘法运算；
所述浮点数大小比较模块用于将权值中的复数信号的实部虚部分解为独立的实数，判断
比较出实数的绝对值在数值上最大的数；
所述的时序控制模块是用于控制定点浮点相互转换模块、浮点数运算模块和浮点数大小
比较模块流水线工作的有序运行；
所述数字波束形成模块，利用权值对阵列天线接收的导航信号进行滤波,得到抗干扰后的
估计信号；
所述数字上变频模块将抗干扰后的数字基带信号转变为数字中频信号；
所述D/A转换器模块，将数字中频信号转变为模拟中频信号，输出到卫星导航接收机。
2.一种基于记忆矩阵准求逆的卫星导航抗干扰的方法，其特征在于，包括如下步骤：阵
列天线接收到空中的卫星导航信号；根据所述卫星导航信号输出至抗干扰处理器，滤波得到
抗干扰后的卫星导航信号；所述阵列天线接收到空中的卫星导航信号，通过阵列天线获取空
中同一时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：项建弘，郭昊，戚连刚，王霖郁，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23