一种基于小波包变换与空域处理的卫星导航接收机多干扰抑制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于小波包变换与空域处理的卫星导航接收机多干扰抑制方法，包括如下步骤：利用阵元数为N的阵列天线，经过射频处理和数字化处理，获得N通道T个采样点的数字接收信号数据矩阵；将各通道信号进行小波包分解，得到各通道信号子频带信号；选取各通道相同子频带信号构建子频带信号矩阵；对子频带信号矩阵进行空时滤波处理，获得空域滤波后子频带信号数据；对空域滤波后子频带信号数据进行消隐处理；将消隐出后的各子频带信号相加，得到后续处理所需要的数据。该方法能够在不增加阵列天线阵元个数的前提下增加接收机对抗宽带干扰的个数，且无需估计单个干扰信号特性。

A Multi-interference Suppression Method for Satellite Navigation Receiver Based on Wavelet Packet Transform and Spatial Processing

【技术实现步骤摘要】
一种基于小波包变换与空域处理的卫星导航接收机多干扰抑制方法
本专利技术涉及无线电接收机射频干扰抑制领域，尤其涉及一种基于小波包变换与空域处理的卫星导航接收机多干扰抑制方法领域。
技术介绍
随着全球卫星导航系统(GNSS)的蓬勃发展以及其在国防和国民经济各个领域的广泛应用，卫星导航信号的易损性和脆弱性所带来的问题也日益凸显，为了保障GNSS服务的可靠性、精确性和连续性，大量的学者对该领域进行了研究并取得了一系列成果。根据干扰算法所需天线阵元数，可以将现有的干扰抑制算法分为：单天线干扰抑制技术、基于阵列天线的干扰抑制技术。单天线干扰抑制技术(时域/频域、时频域)干扰抑制方法，具有体积小、硬件复杂度低的优点；但他们只能处理具有时频稀疏性的干扰，且对多个干扰处理能不强。基于阵列天线的空域干扰抑制技术，可以在不考虑干扰信号时频特性的条件下，利用空域滤波方法对抗宽带或者窄带干扰，但其可对抗干扰的个数受限于阵元数目。为了在不增加天线阵元个数的前提下提高干扰抑制自由度，基于空时处理的干扰抑制算法被引入GNSS干扰抑制领域并得到了广泛研究。但是该类方法只增加了抑制窄带干扰的个数，最多可处理的宽带干扰个数为阵元数减一，因此现有基于天线阵的抗干扰算法也面临巨大挑战：(1)在接收机体积受限(例如装备于导引头、无人机等空间资源有限平台的接收机)的情况下，由于无法装备足够的天线阵元，使得其无法有效对抗日益复杂的干扰；(2)干扰个数较多时，干扰之间相互影响，导致空域“奇点”的产生，降低了天线阵波束的有效空域接收范围。因此，在不增加天线阵元数的前提下提高卫星导航接收机对抗多干扰尤其是多种类混合干扰的能力，已经是现代GNSS接收机急需解决的难题，并逐渐进入相关领域学者的视野。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有基于阵列天线的干扰抑制技术无法处理大于阵元数的宽带干扰的问题，提出一种基于小波包变换与空域处理的卫星导航接收机多干扰抑制方法。本方法是这样实现的：一种基于小波包变换与空域处理的卫星导航接收机多干扰抑制方法，所述方法包括如下步骤：(1)利用阵元数为N的阵列天线，经过射频处理和数字化处理，获得N通道T个采样点的数字接收信号数据矩阵x；x(t)＝[x1(t)x2(t)…xN(t)]T，其中xn表示第n通道信号数据向量；t＝1,2,…T，表示采样时刻；(2)将各通道信号xn进行J层的小波包分解，得到各通道信号J层各节点的子频带信号xnJ,1,xnJ,2,…xnJ,M，其中m＝1,2,…,M表示子频带标签，M为小波分解J层上子频带总数；(3)选取各通道相同子频带信号构建子频带信号矩阵：Xm＝[x1J,m,x2J,m,…xNJ,m]；(4)对子频带信号矩阵Xm进行空时滤波处理，获得空域滤波后子频带信号数据：y1,y2,…,ym,…,yM；(5)对空域滤波后子频带信号数据进行消隐处理；(6)将消隐出后的各子频带信号相加，得到后续处理所需要的数据y。所述步骤(2)中小波分解按如下方法进行：其中，为小波系数，n＝1,2,...,N为各阵元所对应的接收通道编号，j＝1,2,…,J表示小波包分解层数，m＝1,2,…,M表示小波包分解各层子频带标号，k为小波系数顺序标签，wj,m,k(t)小波包分解树节点小波包函数。所述步骤(2)中第J层上各节点(J,m)(m＝1,2,…,M)的小波包系数重构得到对应子频带的信号按如下方法计算：其中：所述步骤(4)中空时滤波处理，采用基于最小功率无畸变(MPDR)准则，求解空域滤波器权值：其中，wm为第m个子带信号对应的空域滤波器权矢量，a为空域约束矢量，Rm为根据最大似然准则估计获得的协方差矩阵：其中L为信号长度。所述步骤(5)消隐处理，定义消隐系数适量κ：κ＝[κ1κ2…κm…κM]其中，pm为空域滤波后子频带信号的能量，ρ为门限值。本专利技术的有益效果在于：通过将小波包分析理论与空时处理理论结合，在空-时频域进行干扰检测与抑制，能够将传统空域或空时域面临的宽带干扰分解为窄带干扰，充分利用宽带稀疏干扰的频域聚集性和稀疏性，避免对阵列空时自由度的重复使用。所以该方法能够在不增加阵列天线阵元个数的前提下增加接收机对抗宽带干扰的个数，且无需估计单个干扰信号特性。附图说明图1是基于小波包变换与空域处理的卫星导航接收机多干扰抑制方法流程图；图2是利用不同算法干扰抑制后C/A码捕获结果对比；图3是干扰信号参数。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术涉及无线电接收机射频干扰抑制领域，尤其涉及一种基于小波包变换与空域处理的卫星导航接收机多干扰抑制方法领域。本专利技术将时频分析与空域处理理论结合，利用小波分解将宽带干扰分解为窄带干扰，再进行空域滤波处理，缓解了空滤波器自由度不足引起的多干扰抑制效果不良的问题。所述方法包括：对天线阵接收机的多通道接收信号进行小波包分解，获得空-时频域数据；然后，进行干扰检测与抑制处理，获得干扰抑制后信号。具体实施步骤为：(1)利用阵元数为N的阵列天线，经过射频处理和数字化处理，获得N通道T个采样点的数字接收信号数据矩阵x；x(t)＝[x1(t)x2(t)…xN(t)]T，其中xn表示第n通道信号数据向量；t＝1,2,…T，表示采样时刻；(2)将各通道信号xn进行J层的小波包分解，得到各通道信号J层各节点的子频带信号xnJ,1,xnJ,2,…xnJ,M，其中m＝1,2,…,M表示子频带标签，M为小波分解J层上子频带总数；(3)选取各通道相同子频带信号构建子频带信号矩阵：Xm＝[x1J,m,x2J,m,xNJ,m]；(4)对子频带信号矩阵Xm进行空时滤波处理，获得空域滤波后子频带信号数据：y1,y2,…,ym,…,yM；(5)对空域滤波后子频带信号数据进行消隐处理；(6)将消隐出后的各子频带信号相加，得到后续处理所需要的数据y。本专利技术的核心
技术实现思路
在于：对天线阵接收机的多通道接收信号进行小波包分解，将宽带干扰分解为窄带干扰，获得干扰个数小于空域自由度的子频带数据矩阵；然后，对子频带数据矩阵进行空域滤波处理，再进行子频带消隐完成干扰抑制处理，获得干扰抑制后信号。本专利技术进一步描述如下：一种基于小波包变换与空域处理的卫星导航接收机多干扰抑制方法，包括：(1.1)对天线阵接收机的多通道接收信号进行小波包分解，获得空-时频域数据；(1.2)对获得的时频域数据进行干扰检测与抑制处理，获得干扰抑制后信号。所述方法特征(1.1)包括：(2.1)利用阵元数为N的阵列天线，经过射频处理和数字化处理，获得N通道T个采样点的数字接收信号数据矩阵x；x(t)＝[x1(t)x2(t)…xN(t)]T，其中xn表示第n通道信号数据向量；t＝1,2,…T，表示采样时刻；(2.2)将各通道信号xn进行J层的小波包分解，得到各通道信号J层各节点的子频带信号xnJ,1,xnJ,2,…xnJ,M，其中M为小波分解J层上子频带数目；(2.3)选取各通道相同子频带信号构建子频带信号矩阵：Xm＝[x1J,m,x2J,m,…xNJ,m]；所述方法特征(1.2)包括：(3.1)对子频带信号矩阵Xm进行空时滤波处理，获得空域滤波后子频带信号数据：y1,y2,…,ym,…,yM；(3.2)对空域滤波后子频带信号数据进行消隐处理；(3.3)将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于小波包变换与空域处理的卫星导航接收机多干扰抑制方法，其特征是：所述方法包括如下步骤：(1)利用阵元数为N的阵列天线，经过射频处理和数字化处理，获得N通道T个采样点的数字接收信号数据矩阵x；x(t)＝[x1(t) x2(t)…xN(t)]

【技术特征摘要】
1.一种基于小波包变换与空域处理的卫星导航接收机多干扰抑制方法，其特征是：所述方法包括如下步骤：(1)利用阵元数为N的阵列天线，经过射频处理和数字化处理，获得N通道T个采样点的数字接收信号数据矩阵x；x(t)＝[x1(t)x2(t)…xN(t)]T，其中xn表示第n通道信号数据向量；t＝1,2,…T，表示采样时刻；(2)将各通道信号xn进行J层的小波包分解，得到各通道信号J层各节点的子频带信号xnJ,1,xnJ,2,…xnJ,M，其中m＝1,2,…,M表示子频带标签，M为小波分解J层上子频带总数；(3)选取各通道相同子频带信号构建子频带信号矩阵：Xm＝[x1J,m,x2J,m,…xNJ,m]；(4)对子频带信号矩阵Xm进行空时滤波处理，获得空域滤波后子频带信号数据：y1,y2,…,ym,…,yM；(5)对空域滤波后子频带信号数据进行消隐处理；(6)将消隐出后的各子频带信号相加，得到后续处理所需要的数据y。2.根据权利要求1所述的一种基于小波包变换与空域处理的卫星导航接收机多干扰抑制方法，其特征是：所述步骤(2)中小波分解按如下方法进行：其中，为...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚连刚，国强，项建弘，王亚妮，
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