一种星载导航接收机的空域滤波方法、系统、设备和介质技术方案

本发明专利技术涉及一种星载导航接收机的空域滤波方法、系统、设备和介质，方法包括以下步骤：获取本历元宿主卫星位置和导航卫星位置；利用所得本历元宿主卫星位置和导航卫星位置估算导航信号的到达方向和功率衰减系数；利用导航信号到达方向和功率衰减系数，计算或查表得到波束成形权重系数；根据波束成形权重系数和接收到的导航信号相关得到合路信号，并输出用以后续处理。本发明专利技术采用的空域滤波方法，通过迭代法计算拉格朗日乘子进而确定波束成形权重系数，通过仿真结果可知本发明专利技术提出的空域滤波方法能够有效提升信干比，因此，本发明专利技术可以广泛应用于无线电导航技术领域。泛应用于无线电导航技术领域。泛应用于无线电导航技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种星载导航接收机的空域滤波方法、系统、设备和介质


[0001]本专利技术属于无线电导航
，具体涉及一种面向中高轨抗干扰星载导航接收机的空域滤波方法、系统、设备和介质。

技术介绍

[0002]星载导航(Global Navigation Satellite Systems，GNSS)接收机是安装在非导航卫星上的星载导航接收机，用于确定该非导航卫星的轨道以及为卫星授时。
[0003]中高轨星载导航接收机是安装在中高轨卫星上的星载导航接收机，是中高轨卫星时空基准的重要来源。当中高轨卫星的轨道高度与GNSS卫星几乎相同或者高于GNSS卫星时，只能将中高轨星载导航接收机安装在对地面，接收来自地球一侧未被地球遮挡的GNSS卫星旁瓣和部分主瓣信号。此时，来自地面的导航干扰信号也可以被该中高轨星载导航接收机接收到，且干扰信号的传输路径明显小于来自GNSS卫星的正常GNSS导航信号。在这个条件下，来自地面的导航干扰信号对智慧天网时空基准系统造成了重大的安全威胁。
[0004]经过多年的发展，人们专利技术了很多导航接收机抗干扰方法。目前导航接收机抗干扰技术主要包括：时域滤波技术、频域滤波技术、时频(Time
‑
Frequency,TF)滤波技术、空域滤波(Spatial Filtering,SF)技术、空时滤波(spatial
‑
temporal adaptive processing,STAP)技术，空频滤波(spatial
‑
frequency adaptive processing,SFAP)技术、甚至空时频滤波技术。每种滤波技术都有自己的针对性和应用条件。时域滤波和频域滤波对窄带干扰有很好的抑制效果，但对宽带干扰几乎无效；而空域滤波则是一种较为通用的方法，利用多个阵元的天线阵对所接收的信号进行加权，从而在天线方向图中产生对着干扰方向的零点；对于STAP和SFAP等技术，其应用效果较好但是计算量非常大，只适用于地面接收机。
[0005]在复杂的电磁环境下,采用单一的抗干扰方式已经无法满足星载导航接收机的需求，因为没有哪一种抗干扰技术能够解决导航接收机所面临的所有干扰问题。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种面向中高轨抗干扰星载导航接收机的空域滤波方法、系统、设备和介质，能够充分利用中高轨星载导航接收机这一专门的场景的先验知识，针对中高轨星载导航接收机这一特定场景，设计专门的中高轨星载导航接收机抗干扰方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种星载导航接收机的空域滤波方法，其包括以下步骤：
[0009]获取本历元宿主卫星位置和导航卫星位置；
[0010]利用所得本历元宿主卫星位置和导航卫星位置估算导航信号的到达方向和功率衰减系数；
[0011]利用导航信号到达方向和功率衰减系数，计算或查表得到波束成形权重系数；
[0012]根据波束成形权重系数和接收到的导航信号相关得到合路信号，并输出用以后续
处理。
[0013]进一步，所述获取本历元宿主卫星位置的方法为：以宿主卫星上搭载的导航天线阵列接收的空间中的导航信号确定本历元宿主卫星位置。
[0014]进一步，所述以宿主卫星上搭载的导航天线阵列接收的空间中的导航信号确定本历元宿主卫星位置的方法，包括：
[0015]利用宿主卫星的导航天线阵列接收空间中的导航信号；
[0016]根据接收的导航信号判断上一历元宿主卫星的运动状态是否可靠：
[0017]若运动状态可靠，则利用上一历元宿主卫星的运动状态预测本历元宿主卫星的位置；
[0018]否则，利用宿主卫星预存的轨道信息预测本历元宿主卫星的位置。
[0019]进一步，所述导航卫星位置的获取方法为：以导航卫星的星历预测得到导航卫星位置。
[0020]进一步，所述利用导航信号到达方向和功率衰减系数，计算或查表得到波束成形权重系数的方法，包括：
[0021]根据导航信号到达方向和信号功率衰减系数在权重系数查找表中查找是否已有对应的波束成形权重系数；
[0022]若有，则根据查表得到波束成形权重系数；
[0023]否则根据导航信号的到达方向和功率衰减系数计算波束成形权重系数，并将计算得到的波束成形权重系数按照导航卫星到达方向和信号功率衰减系数存入权重系数查找表中。
[0024]进一步，根据导航信号的到达方向和功率衰减系数计算波束成形权重系数，并将计算得到的波束成形权重系数按照导航卫星到达方向和信号功率衰减系数存入权重系数查找表中的方法，包括：
[0025]根据导航信号的到达方向计算接收天线阵列的方向矢量；
[0026]计算空间干扰功率分布矩阵；
[0027]根据空间干扰功率分布矩阵、功率衰减系数和方向矢量计算拉格朗日乘子；
[0028]根据拉格朗日乘子、功率衰减系数和方向矢量计算得到波束成形权重系数；
[0029]将波束成形权重系数按照导航信号到达方向和信号功率衰减系数存入权重系数查找表中。
[0030]进一步，所述根据空间干扰功率分布矩阵、功率衰减系数和方向矢量计算拉格朗日乘子的方法，包括：
[0031]①
对空间干扰功率分布矩阵进行特征值分解，得到特征向量矩阵和特征值矩阵；
[0032]②
设定迭代次数t＝1，拉格朗日乘子初始值μ0和幅度差阈值δ；
[0033]③
根据特征向量矩阵和导航信号的方向矢量，计算中间向量q；
[0034]④
根据中间向量q和功率衰减系数，计算特征多项式g(μ0)和特征多项式导数g
′
(μ0)；
[0035]⑤
若特征多项式g(μ0)<0，则对拉格朗日乘子初始值进行更新，μ
t
＝μ
t
‑1‑
g(μ
t
‑1)/g
′
(μ
t
‑1)，否则停止迭代，直接返回所求得拉格朗日乘子为0；
[0036]⑥
若|μ
t
‑
μ
t
‑1|<δ，则进入步骤
⑧
，否则计算特征多项式g(μ
t
)和特征多项式导数g
′
(μ
t
)；
[0037]⑦
更新μ
t+1
＝μ
t
‑
g(μ
t
)/g
′
(μ
t
)，
[0038]⑧
更新t＝t+1，进入步骤
⑥
；
[0039]⑨
返回μ
t
为所求得拉格朗日乘子。
[0040]第二方面，本专利技术提供一种星载导航接收机的空域滤波系统，其包括：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载导航接收机的空域滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：获取本历元宿主卫星位置和导航卫星位置；利用所得本历元宿主卫星位置和导航卫星位置估算导航信号的到达方向和功率衰减系数；利用导航信号到达方向和功率衰减系数，计算或查表得到波束成形权重系数；根据波束成形权重系数和接收到的导航信号相关得到合路信号，并输出用以后续处理。2.如权利要求1所述的一种星载导航接收机的空域滤波方法，其特征在于，所述获取本历元宿主卫星位置的方法为：以宿主卫星上搭载的导航天线阵列接收的空间中的导航信号确定本历元宿主卫星位置。3.如权利要求2所述的一种星载导航接收机的空域滤波方法，其特征在于，所述以宿主卫星上搭载的导航天线阵列接收的空间中的导航信号确定本历元宿主卫星位置的方法，包括：利用宿主卫星的导航天线阵列接收空间中的导航信号；根据接收的导航信号判断上一历元宿主卫星的运动状态是否可靠：若运动状态可靠，则利用上一历元宿主卫星的运动状态预测本历元宿主卫星的位置；否则，利用宿主卫星预存的轨道信息预测本历元宿主卫星的位置。4.如权利要求1所述的一种星载导航接收机的空域滤波方法，其特征在于，所述导航卫星位置的获取方法为：以导航卫星的星历预测得到导航卫星位置。5.如权利要求1所述的一种星载导航接收机的空域滤波方法，其特征在于，所述利用导航信号到达方向和功率衰减系数，计算或查表得到波束成形权重系数的方法，包括：根据导航信号到达方向和信号功率衰减系数在权重系数查找表中查找是否已有对应的波束成形权重系数；若有，则根据查表得到波束成形权重系数；否则根据导航信号的到达方向和功率衰减系数计算波束成形权重系数，并将计算得到的波束成形权重系数按照导航卫星到达方向和信号功率衰减系数存入权重系数查找表中。6.如权利要求5所述的一种星载导航接收机的空域滤波方法，其特征在于，根据导航信号的到达方向和功率衰减系数计算波束成形权重系数，并将计算得到的波束成形权重系数按照导航卫星到达方向和信号功率衰减系数存入权重系数查找表中的方法，包括：根据导航信号的到达方向计算接收天线阵列的方向矢量；计算空间干扰功率分布矩阵；根据空间干扰功率分布矩阵、功率衰减系数和方向矢量计算拉格朗日乘子；根据拉格朗日乘子、功率衰减系数和方向矢量计算得到波束成形权重系数；将波束成形权重系数按照导航信号到达方向和信号功率衰减系数存入权重系数查找表中。7.如权利要求6所述的一种星载导航接收机的空域滤波方法，其特征在于，所述根据空间干扰功率分布矩阵、功率衰减系数和方向矢量计算拉格朗日乘子的方法，包括：
①
对空间干扰功率分布矩阵进行特征值分解，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，魏齐辉，高永，张金龙，匡麟玲，詹亚锋，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：