基于自适应旁瓣相消器的四阵元抗干扰方法技术

本发明专利技术一种基于自适应旁瓣相消器的四阵元抗干扰方法，包括：对阵列天线接收的信号通过射频输出中频模拟信号并采样得到数字信号，及经数字正交插值处理后获得四个通道的各自长度为N的数字复信号数据；分别进行N点的DFT运算，并根据输入条件确定主通道的通道号，将其余3个通道作为辅助通道并进行统计形成辅助通道的协方差矩阵；根据所述辅助通道的协方差矩阵，采用基于自适应旁瓣相消器的抗干扰算法计算出辅助通道的滤波权值，并对频域数据进行滤波得到每个频点的滤波后数据。本发明专利技术可以很好的解决功率倒置算法中矩阵求逆过程实现繁琐以及占用资源较大的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于自适应旁瓣相消器的四阵元抗干扰方法
本专利技术属于卫星抗干扰应用领域，涉及一种基于自适应旁瓣相消器的四阵元抗干扰方法。
技术介绍
卫星技术在现代生活中发挥越来越重要的作用，但由于卫星导航信号极其微弱(-130dBm)，设备非常容易有意无意的干扰而无法工作。因此，需要引入阵列天线抗干扰技术来提高卫星导航系统的抗干扰能力。鉴于干扰类型存在窄带、宽带、扫频以及脉冲信号，干扰个数存在单干扰与多干扰的形式，为了提高阵列天线的抗干扰综合能力(主要是抗干扰强度与个数)，我们采用空/时频域联合抗干扰算法进行滤波。在有限的孔径条件下，为了提高抗宽带干扰以及多干扰的性能，一般都是采取空/时频域联合的方式进行滤波，常用的算法有空时联合抗干扰算法与空频联合抗干扰算法，由于空时联合抗干扰算法在时域抽头个数变多的情况下，矩阵求逆计算量较大，在实际工程中无法实现，因此实际中用的最多的是空频联合抗干扰算法。文献“一种抑制GPS射频干扰的空频自适应处理算法”中提到的空频自适应导航抗干扰算法，因为在可接收硬件资源的情况下，大大提高时间自由度，可以提高抗宽带干扰以及多干扰的能力获得了广泛的应用。通常的空频抗干扰算法一般经过采样/缓存、DFT、各频点抗干扰滤波处理、IDFT等步骤，实际中为了提高抗干扰能力会尽可能的增大DFT的点数，然而由于空频算法主要是在FPGA上实现，这种方法在实际中会存在实现过程繁琐与占用资源较大的问题。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题是，针对目前四阵元空频抗干扰算法存在的上述问题，研究设计一种基于自适应旁瓣相消器的四阵元抗干扰算法，可以有效的解决空频算法实现过程繁琐与占用资源较大的问题。用于解决课题的技术手段是，本专利技术提出一种基于自适应旁瓣相消器的四阵元抗干扰方法，包括如下步骤：对阵列天线接收的信号通过射频输出中频模拟信号并采样得到数字信号，及经数字正交插值处理后获得四个通道的各自长度为N的数字复信号数据；分别对每个通道的数字复信号数据进行N点的DFT运算，并根据输入条件确定主通道的通道号，将其余3个通道作为辅助通道并进行统计形成辅助通道的协方差矩阵；根据所述辅助通道的协方差矩阵，采用基于自适应旁瓣相消器的抗干扰算法计算出辅助通道的滤波权值，并对频域数据进行滤波得到每个频点的滤波后数据；对每个频点的滤波后数据进行IDFT运算，得到和输出抗干扰处理后的数据。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案：所述方法中3个辅助通道的协方差矩阵形成三阶矩阵。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案：所述方法采用基于自适应旁瓣相消器的抗干扰算法计算出辅助通道的滤波权值，包括：根据获取的主通道协方差矩阵和所得辅助通道的协方差矩阵统计计算rXd，rXd为主通道数据与三个辅助通道数据的互相关向量；利用辅助通道的协方差矩阵和计算所得rXd计算出3个辅助通道的加权量，以得到其滤波权值；根据计算所得3个辅助通道的加权量获取主通道的权值。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括对辅助通道的协方差矩阵进行求逆计算。专利技术效果为：本专利技术的基于自适应旁瓣相消器的四阵元抗干扰方法，通过采用一种基于自适应旁瓣相消器的四阵元抗干扰算法，可以解决目前空频抗干扰算法中存在实现过程繁琐与占用资源较大的问题；本专利技术的整个过程可以集成在FPGA中实现，有利于装置的小型化设计；本专利技术方法适用于导弹、炸弹、飞机、舰船等军用领域的卫星导航设备，具有较强的实用性。附图说明图1为现有技术的空频抗干扰算法系统框图。图2为功率倒置算法权值计算与滤波系统框图。图3为现有技术的四阶矩阵Cholesky分解求逆过程框图。图4为现有技术的四阶矩阵求逆占有的FPGA资源统计图。图5为本专利技术的权值计算与滤波系统框图。图6为三阶矩阵行列式求逆过程框图。图7为本专利技术的三阶矩阵求逆占有的FPGA资源统计图。图8为不同干扰场景下两种算法的最优权值对比图。具体实施方式以下，基于附图针对本专利技术进行详细地说明。图1给出了现有技术中的空频抗干扰算法的系统框图，空频抗干扰处理算法在射频前端之后，阵列天线接收到的信号通过射频输出中频模拟信号，经过AD采样得到数字信号，然后进行抗干扰算法的处理，进行抗干扰处理。其中主要包括采样/缓存、DFT、各频点抗干扰滤波处理、IDFT等步骤。图2给出了现有技术中第k频点功率倒置算法权值计算与滤波系统框图。通过接收四个通道的数据X(t)＝[x1(t),x2(t),x3(t),x4(t)]T，通过对四个通道数据的统计计算得到协方差矩阵k为快拍数。通过功率倒置算法Wopt功率倒置＝R44-1*as，得到抗干扰权值Wopt功率倒置。其中，as为导向矢量。导向矢量有四种选择：[1000]、[0100]、[0010]、[0001]，其中1在as中的位置代表了主阵元的位置。抗干扰权值中R44-1为四阶协方差矩阵R44的逆矩阵，该四阶矩阵的求逆运算较为复杂，大量的占用了FPGA的各项资源，其实现过程如图3所示。图3给出了第k频点功率倒置算法权值计算过程中四阶协方差矩阵R44求逆过程框图。对于四阶正定赫米特矩阵R44，其求逆运算实现过程如下：(1)对于第k频点的四通道数据矢量X(t)＝[x1(t),x2(t),x3(t),x4(t)]T，根据公式求得信号的四阶协方差矩阵。(2)对矩阵进行Cholesky分解，得到下三角矩阵及其共轭转置矩阵LH，使R44＝LLH。采用分块的方法计算L矩阵，将矩阵L及R44分块表示为：由R44＝LLH可得：根据如上公式表示，矩阵L的第一列元素可由矩阵R的第一列元素获得，即：l＝r/l11至此，L矩阵第一列的元素已计算得到。此外，还可以得到如下公式：将矩阵L1和矩阵R1-llH采用上述相同的分块方式，根据如上公式同样可以得到L1矩阵的第一列元素，即L矩阵的第二列元素，以此类推计算出矩阵L的所有元素。(3)对求得的下三角矩阵求逆。根据公式LL-1＝E分别求得矩阵L-1各列元素，得到下三角矩阵L的逆矩阵L-1。(4)利用已知矩阵L-1做乘法运算得到四阶协方差矩阵R44的逆矩阵R44-1。根据公式R44＝LLH可得，四阶协方差矩阵求逆采用Cholesky分解矩阵求逆方法，在计算过程中涉及加减乘除以及开方等多种运算，在实际FPGA实现中运算量较大。图4给出了现有技术抗干扰算法实现后占有的FPGA资源统计图。该表中第一列为所用资源名称，第二列数据为整个抗干扰算法的资源使用情况，第三列为FPGA芯片资源总量，第四列为资源所占百分比情况。因权值计算以外的模块没有进行更改，以下给出该模块所占资源较多的RAM块和运算器使用情况。RAM块大小及个数：2048*256(8)、512*64(1)、1024*72(2)。运算器类型及个数：复数乘法器(4)、浮点开方器(1)、浮点乘法器(16)、浮点除法器(2)、浮点加法器(16)、比较器(3)、定转浮运算器(8)、浮转定运算器(2)。如图1和图5所示，为本专利技术所提出一种基于自适应旁瓣相消器的四阵元抗干扰方法的原理图，该方法包括如下步骤：步骤1、对阵列天线接收的信号通过射频输出中频模拟信号并采样得到数字信号，及经数字正交插值处理后获得四个通道的各自长度为N的数字复信号数据。步骤2、分别对每个通道的数字复信号数据进行N点的DFT运算，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应旁瓣相消器的四阵元抗干扰方法，其特征在于，包括如下步骤：对阵列天线接收的信号通过射频输出中频模拟信号并采样得到数字信号，及经数字正交插值处理后获得四个通道的各自长度为N的数字复信号数据；分别对每个通道的数字复信号数据进行N点的DFT运算，并根据输入条件确定主通道的通道号，将其余3个通道作为辅助通道并进行统计形成辅助通道的协方差矩阵；根据所述辅助通道的协方差矩阵，采用基于自适应旁瓣相消器的抗干扰算法计算出辅助通道的滤波权值，并对频域数据进行滤波得到每个频点的滤波后数据；对每个频点的滤波后数据进行IDFT运算，得到和输出抗干扰处理后的数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应旁瓣相消器的四阵元抗干扰方法，其特征在于，包括如下步骤：对阵列天线接收的信号通过射频输出中频模拟信号并采样得到数字信号，及经数字正交插值处理后获得四个通道的各自长度为N的数字复信号数据；分别对每个通道的数字复信号数据进行N点的DFT运算，并根据输入条件确定主通道的通道号，将其余3个通道作为辅助通道并进行统计形成辅助通道的协方差矩阵；根据所述辅助通道的协方差矩阵，采用基于自适应旁瓣相消器的抗干扰算法计算出辅助通道的滤波权值，并对频域数据进行滤波得到每个频点的滤波后数据；对每个频点的滤波后数据进行IDFT运算，得到和输出抗干扰处理后的数据。2.根据权利要求1所述的基于自适应旁瓣...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐振兴，任婵婵，祝娇娇，高文宁，陈耀辉，
申请(专利权)人：北京卫星信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11