一种用于卫星通信系统的抗干扰方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于卫星通信系统的抗干扰方法和装置，所述方法包括以下步骤：S1.接收机对基带时域阵列接收向量进行相关统计并分解，估计得到特征域变换矩阵；S2.将基带时域接收向量变换至干扰的特征域；S3.根据干扰与卫星信号的空域和特征域差异，在变换域进行干扰抑制处理，得到特征域估计值；S4.将特征域估计值反变换至时域，得到卫星信号的时域估计值。本发明专利技术针对卫星通信容易遭受不同来向外界干扰的问题，提出了一种用于卫星通信系统的抗干扰方法和装置，以提高接收机的干扰抑制能力；借助了干扰与卫星信号的空域特征域差异，不仅具有空域抗干扰的优势，还能抑制与卫星信号来向相同的窄带干扰。

An anti-jamming method and device for satellite communication system

The invention discloses an anti-jamming method and device for satellite communication system, the method comprises the following steps: S1. The receiver performs correlation statistics and decomposition on the receiving vector of baseband time-domain array, estimates the characteristic domain transformation matrix; S2. Transforms the baseband time-domain receiving vector to the characteristic domain of jamming; S3. According to the difference between the spatial domain and the characteristic domain of jamming and satellite signal, it is changing S4. Transform the estimated value of the characteristic domain to the time domain to get the time domain estimated value of the satellite signal. In view of the problem that satellite communication is easy to suffer from different interference to the outside, the invention proposes an anti-interference method and device for satellite communication system, so as to improve the interference suppression ability of the receiver; with the help of the difference between the interference and the satellite signal in the spatial domain, the invention not only has the advantage of spatial domain anti-interference, but also can suppress the same narrow-band interference as the satellite signal.

【技术实现步骤摘要】
一种用于卫星通信系统的抗干扰方法和装置
本专利技术涉及阵列信号处理方法，特别涉及一种用于卫星通信系统的抗干扰方法和装置。
技术介绍
20世纪90年代以来，卫星通信技术的发展取得巨大成就，在军事和民用领域发挥了关键性作用。卫星通信链路具有传输衰减大和传输时延大的特点，极易遭受各种类型的干扰，导致卫星通信系统性能下降，甚至不能正常工作。因此，基于阵列天线的自适应抗干扰技术成为卫星通信研究的重点。作为有效的卫星通信抗干扰手段，自适应阵列处理技术得到了广泛关注，常见的自适应天线阵列处理算法包括：最小功率算法、波束形成算法和盲自适应波束形成算法。最小功率算法无需卫星和干扰信号的先验信息，能自适应地在干扰方向形成零陷，实现简单，但无法提供天线阵带来的信号处理增益。自适应波束形成算法需要利用卫星信号的来波方向信息，借助于卫星与干扰信号的空间差异，自适应地将波束主瓣对准卫星信号方向，零陷对准干扰方向，增强了卫星信号的接收能力。线性约束最小方差(LCMV:LinearlyConstrainedMinimumVariance)是一种高效的波束形成技术，它能最大限度地提高期望信号功率，抑制干扰方向上的信号和噪声，提高阵列天线接收的信干噪比。而盲自适应波束形成算法无需各种先验信息，利用卫星信号的固有特征进行干扰抑制，主要应用于无法估计卫星信号来向的情况。复杂的电磁环境中，干扰可能来自各个方向。已有的抗干扰算法大多从空域或空时域的角度进行干扰抑制，但面对与期望信号来向相同的同频干扰，已有的空域自适应天线阵列处理算法失效，同向同频干扰会严重影响系统性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于卫星通信系统的抗干扰方法和装置，提高了接收机的干扰抑制能力，基于干扰与卫星信号的空域特征域差异，不仅具有空域抗干扰的优势，还能抑制与卫星信号来向相同的窄带干扰。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于卫星通信系统的抗干扰方法和装置，包括以下步骤：S1.接收机对基带时域阵列接收向量进行相关统计并分解，估计得到特征域变换矩阵；S2.将基带时域接收向量变换至干扰的特征域；S3.根据干扰与卫星信号的空域和特征域差异，在变换域进行干扰抑制处理，得到特征域估计值；S4.将特征域估计值反变换至时域，得到卫星信号的时域估计值。其中，所述步骤S1包括以下子步骤：S101.M元均匀线阵的基带阵列接收向量表示：考虑单干扰与卫星信号共存的情况，远场信号以平面波形式到达阵列，信号入射角相对于法线方向夹角为θ，则n时刻M维阵列接收向量如下表示：x(n)＝a(θs)s(n)+a(θi)i(n)+v(n)式中，x(n)＝[x1(n),x2(n),...,xM(n)]T；s(n)为卫星信号，功率归一化后满足E{|s(n)|2}＝1；i(n)为干扰信号，v(n)＝[v1(n),v2(n),...,vM(n)]T为M维复高斯加性白噪声向量，均值为零，方差为不同阵元接收噪声相互独立；θs∈(-90°,90°)为卫星信号s(n)的来波方向(DOA:DirectionOfArrival)，为卫星信号到达角度θs对应的方向向量；θi∈(-90°,90°)表示干扰信号i(n)的来波方向，为干扰信号到达角度θi对应的方向向量。S102.将干扰建模为离散基带数字信号：其中，m(k)为干扰信号的第k个发射调制符号；f(n)为干扰信号的成型函数；N为正整数，代表干扰信号符号持续周期是卫星信号的N倍，且N＝1时，干扰为宽带干扰，N≥2时，为窄带干扰信号。S103.第m个阵元处，N维基带接收向量自相关矩阵的计算：假设干扰与卫星信号同步，阵元m处的接收信号在一个干扰符号持续周期内可表示为如下N维向量：xm(k)＝[xm(kN),xm(kN+1),...,xm(kN+N-1)]T其中，k＞0，为了记号方便，可省略k。假设卫星信号的来波方向在每个干扰符号的持续时间内保持不变，有：其中，s和i为N维卫星信号向量和干扰信号向量；vm为高斯白噪声向量；与为方向向量a(θs)和a(θi)的第m个元素。对阵列接收信号xm进行时间平均得N×N维自相关矩阵：其中，Rs＝E{ssH}为卫星信号的时域自相关矩阵，假设信号间相互独立，可得Rs＝I，I为单位阵；Ri＝E{iiH}表示干扰信号的自相关矩阵；而为高斯白噪声向量的自相关矩阵。S104.对时域统计的自相关矩阵进行特征值分解，估计特征域变换矩阵U：其一，可利用卫星信号的发射空隙，统计得干扰信号自相关矩阵Ri，并对其进行特征值分解：其中，Λ为对角矩阵，其对角线元素{λ1,λ2,...,λN}为Ri的特征值，有λn≥0(n＝1,...,N)且tr(·)表示矩阵的迹；U为N×N维酉矩阵，UUH＝I。其二，可直接由接收信号自相关矩阵经特征值分解得到变换矩阵U：进一步地，所述步骤S2实现如下：利用接收端估计得到的变换矩阵U，将时域接收向量xm变换到特征域：其中，r＝Us，j＝Ui，nm＝Uvm分别为向量s，i，vm变换至特征域后的向量形式。ym的自相关矩阵为：其中，Rr＝E{rrH}＝I，分别表示向量r，j，nm的自相关矩阵。可以看出，在特征变换域，卫星信号与高斯白噪声的功率呈现均匀分布；窄带干扰信号的功率分布由矩阵Ri的特征值确定，主要集中于大特征值所对应的位置，呈现聚焦特性。所述步骤S3包括以下子步骤：S301：接收机对变换至特征域的信号进行处理，计算最优权值向量：N维接收向量ym的第n个元素ym(n)为：其中，r(n)，j(n)，nm(n)分别为向量r，j，nm的第n个元素。考虑所有阵元的接收，M维接收向量y(n)＝[y1(n),y2(n),...,yM(n)]T为：y(n)＝a(θs)r(n)+a(θi)j(n)+n(n)其中，n(n)＝[n1(n),n2(n),...,nM(n)]T为高斯白噪声向量。z(n)＝a(θi)j(n)+n(n)为干扰加噪声向量，其M×M维自相关矩阵Cz(n)为：存在干扰的前提下，采用最小均方误差(MMSE)准则，最优合并权值向量为：wo(n)＝C-1(n)a(θs)其中，C(n)为接收向量y(n)的自相关矩阵,C(n)＝E{y(n)yH(n)}＝a(θs)aH(θs)+Cz(n)，根据矩阵求逆引理，可得加权向量为：S302：对特征域接收向量y(n)进行加权合并处理，实现干扰抑制：每个采样点构成向量为卫星信号在特征域的估计值。最后，所述步骤S4将反变换至时域，得到卫星信号估计值然后对外输出，以便进行后续信号处理。所述的一种用于卫星通信系统的抗干扰方法所采用的装置，包括阵列接收机和M元均匀线阵的基带时域阵列本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于卫星通信系统的抗干扰方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1.接收机对基带时域阵列接收向量进行相关统计并分解，估计得到特征域变换矩阵；/nS2.将基带时域接收向量变换至干扰的特征域；/nS3.根据干扰与卫星信号的空域和特征域差异，在变换域进行干扰抑制处理，得到特征域估计值；/nS4.将特征域估计值反变换至时域，得到卫星信号的时域估计值。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于卫星通信系统的抗干扰方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.接收机对基带时域阵列接收向量进行相关统计并分解，估计得到特征域变换矩阵；
S2.将基带时域接收向量变换至干扰的特征域；
S3.根据干扰与卫星信号的空域和特征域差异，在变换域进行干扰抑制处理，得到特征域估计值；
S4.将特征域估计值反变换至时域，得到卫星信号的时域估计值。


2.根据权利要求1所述的一种用于卫星通信系统的抗干扰方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下子步骤：
S101.对M元均匀线阵的基带时域阵列接收进行向量表示：
考虑单干扰与卫星信号共存的情况，远场信号以平面波形式到达阵列，信号入射角相对于法线方向夹角为θ，则n时刻M维阵列接收向量如下表示：
x(n)＝a(θs)s(n)+a(θi)i(n)+v(n)
式中，x(n)＝[x1(n),x2(n),…,xM(n)]T；s(n)为卫星信号，功率归一化后满足E{|s(n)|2}＝1；i(n)为干扰信号，v(n)＝[v1(n),v2(n),…,vM(n)]T为M维复高斯加性白噪声向量，均值为零，方差为不同阵元接收噪声相互独立；θs∈(-90°,90°)为卫星信号s(n)的来波方向，为卫星信号到达角度θs对应的方向向量；θi∈(-90°,90°)表示干扰信号i(n)的来波方向，为干扰信号到达角度θi对应的方向向量；
S102.将干扰建模为离散基带数字信号：



其中，m(k)为干扰信号的第k个发射调制符号；f(n)为干扰信号的成型函数；N为正整数，代表干扰信号符号持续周期是卫星信号的N倍，且N＝1时，干扰为宽带干扰，N≥2时，为窄带干扰信号；
S103.第m个阵元处，N维基带接收向量自相关矩阵的计算：
假设干扰与卫星信号同步，将阵元m处的接收信号在一个干扰符号持续周期内表示为如下N维向量：
xm(k)＝[xm(kN),xm(kN+1),…,xm(kN+N-1)]T
其中，k＞0，为了记号方便，一般省略k；
假设卫星信号的来波方向在每个干扰符号的持续时间内保持不变，有：



其中，s和i为N维卫星信号向量和干扰信号向量；vm为高斯白噪声向量；与为方向向量a(θs)和a(θi)的第m个元素；
对阵列接收信号xm进行时间平均得N×N维自相关矩阵：



其中，Rs＝E{ssH}为卫星信号的时域自相关矩阵，假设信号间相互独立，得Rs＝I，I为单位阵；Ri＝E{iiH}表示干扰信号的自相关矩阵；而为高斯白噪声向量的自相关矩阵；
S104.对时域统计的自相关矩阵进行特征值分解，估计特征域变换矩阵U：
其一，利用卫星信号的发射空隙，统计得干扰信号自相关矩阵Ri，并对其进行特征值分解：



其中，Λ为对角矩阵，其对角线元素{λ1,λ2,…,λN}为Ri的特征值，有λn≥0(n＝1,...,N)且tr(·)表示矩阵的迹；U为N×N维酉矩阵，UUH＝I；
其二，直接由接收信号自相关矩阵经特征值分解得到变换矩阵U：





3.根据权利要求1所述的一种用于卫星通信系统的抗干扰方法，其特征在于：所述步骤S2包括：
利用接收端估计得到的变换矩阵U，将时域接收向量xm变换到特征域：

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【专利技术属性】
技术研发人员：赵梦韵，赵宏志，唐友喜，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51