一种GNSS接收机盲稳健STAP波束形成方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及卫星导航信号抗干扰技术领域，公开了一种GNSS接收机盲稳健STAP波束形成方法及装置。本发明专利技术不需要事先了解GNSS信号的波达方向，首先通过重构期望信号协方差矩阵，以降低期望信号的DOA估计的不确定性水平，其次利用先前的DOA估计结果来近似期望信号DOA的后验概率密度函数，然后形成导向矢量，该导向矢量为向由近似的后验后验概率密度函数确定的不同DOA的导向矢量分离的加权和，进而将导向矢量应用于TDL系数约束，最终根据求取的最优TDL系数形成STAP波束。本发明专利技术可以获得TDL的近似线性相位，并且在估计方向上提供波束主瓣增益，保证较优的输出载噪比的同时有效消除接收机中的测量误差。收机中的测量误差。收机中的测量误差。

【技术实现步骤摘要】
一种GNSS接收机盲稳健STAP波束形成方法及装置


[0001]本专利技术涉及卫星导航信号抗干扰
，尤其涉及一种GNSS接收机盲稳健STAP波束形成方法及装置。

技术介绍

[0002]GNSS(全球导航卫星系统)服务在全球范围内使用，但其性能容易受到干扰信号的影响。为了使GNSS接收机能够在存在干扰信号的情况下工作，通常使用自适应天线阵列在干扰方向形成零陷的方式来消除干扰信号。此外，利用对GNSS信号DOA(到达角)的先验知识，自适应阵列可以在特定方向上形成主瓣，以提高接收卫星信号的质量。这种类型的滤波器称为SOP(仅空间处理)滤波器，然而该滤波器的抗干扰个数受到天线阵元个数的限制。
[0003]相关技术中将STAP(空时自适应处理)技术应用到GNSS抗干扰中，提出了STAP滤波器。STAP滤波器通常在每个天线单元后面放置一条TDL(抽头延迟线)，以增加自适应阵列的自由度，而不改变阵列的物理尺寸。目前已经提出了许多STAP算法，但它们会在接收机中引入观测量误差，这些误差随着不同GNSS信号的不同DOA而变化，从而导致定位误差。
[0004]为了解决这个问题，一些方法重点关注观测量误差对消技术，但仍然有可能在恶劣条件下带来测量误差，因为交叉校正函数(CCF)的对称性无法保证。另一些方法对每个阵列天线后面的TDL的滤波器系数(简称TDL系数)提出了不同的约束，以确保TDL的相位线性，从而确保GNSS信号的无失真响应。
[0005]上述研究都需要卫星信号的波达方向，而在大多数情况下，卫星信号的波达方向是未知的。为了解决这个问题，相关技术中提出了一种无失真盲波束的形成方法，通过约束TDL系数来保证CCF的对称性，但该方法存在卫星信号能量损失的缺点。此外有学者提出，在测量误差消除过程之前，估计每个期望信号的DOA，以使阵列波束朝向期望信号。然而，跟踪回路中不断波动的DOA估计结果将严重影响算法的输出载噪比。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种GNSS接收机盲稳健STAP波束形成方法及装置，解决了如何在保证输出载噪比较优的同时有效消除STAP算法的观测量误差的技术问题。
[0007]本专利技术第一方面提供一种GNSS接收机盲稳健STAP波束形成方法，包括：
[0008]获取GNSS接收机接收信号的信号协方差矩阵，基于所述信号协方差矩阵重构期望信号协方差矩阵；
[0009]根据重构的期望信号协方差矩阵获取多个期望信号DOA估计结果；
[0010]根据所述多个期望信号DOA估计结果构建相应的期望信号DOA估计集合，确定所述期望信号DOA估计集合中每个元素的后验概率密度函数；
[0011]根据所述期望信号DOA估计集合及所述后验概率密度函数构建对应的导向矢量，所述导向矢量为多个导向矢量分量的加权和，每个所述导向矢量分量对应所述期望信号DOA估计集合中的一个元素，每个所述导向矢量分量的贡献由对应元素的后验概率密度函
数确定；
[0012]利用所述导向矢量建立TDL系数约束条件，求解满足所述TDL系数约束条件的最优TDL系数，并根据所述最优TDL系数形成STAP波束。
[0013]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述基于信号协方差矩阵重构期望信号协方差矩阵，包括：
[0014]对所述信号协方差矩阵进行特征分解，以得到对应的噪声子空间；
[0015]将接收信号映射于所述噪声子空间以得到无干扰的多路信号；
[0016]基于接收信号的跟踪环路数据构建本地参考信号，所述跟踪环路数据包括跟踪环路估计的码延迟、多普勒频率和载波相位；
[0017]基于所述本地参考信号对所述多路信号进行解扩处理，得到解扩后信号；
[0018]计算所述解扩后信号的协方差矩阵，对所述解扩后信号的协方差矩阵进行重构，得到重构后的协方差矩阵；
[0019]根据所述重构后的协方差矩阵得到重构的期望信号协方差矩阵。
[0020]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述确定所述期望信号DOA估计集合中每个元素的后验概率密度函数，包括：
[0021]按照下列公式估计每个元素的先验概率密度函数：
[0022][0023]式中，表示第m次跟踪环路迭代时元素α
k
的先验概率密度函数，k＝1,
…
,K，K为所述期望信号DOA估计集合的元素数量，表示第m
‑
1次跟踪环路迭代中元素α
k
的先验概率密度函数，表示第m次跟踪环路迭代时的期望信号DOA估计结果，属于所述期望信号DOA估计集合；
[0024]根据估计的先验概率密度函数确定对应的后验概率密度函数。
[0025]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述求解满足所述TDL系数约束条件的最优TDL系数，包括：
[0026]设置STAP波束形成器优化模型为：
[0027][0028]式中，表示所述导向矢量，w表示TDL系数，w
H
表示w的共轭转置矩阵，R表示所述信号协方差矩阵，N为GNSS接收机的均匀线性阵列的阵元数，N is odd表示N为奇数；
[0029]对所述STAP波束形成器优化模型进行优化求解，以得到满足所述TDL系数约束条件的最优TDL系数。
[0030]本专利技术第二方面提供一种GNSS接收机盲稳健STAP波束形成装置，包括：
[0031]期望信号协方差矩阵重构模块，用于获取GNSS接收机接收信号的信号协方差矩
阵，基于所述信号协方差矩阵重构期望信号协方差矩阵；
[0032]获期望信号DOA估计模块，用于根据重构的期望信号协方差矩阵获取多个期望信号DOA估计结果；
[0033]后验概率密度函数确定模块，用于根据所述多个期望信号DOA估计结果构建相应的期望信号DOA估计集合，确定所述期望信号DOA估计集合中每个元素的后验概率密度函数；
[0034]导向矢量构建模块，用于根据所述期望信号DOA估计集合及所述后验概率密度函数构建对应的导向矢量，所述导向矢量为多个导向矢量分量的加权和，每个所述导向矢量分量对应所述期望信号DOA估计集合中的一个元素，每个所述导向矢量分量的贡献由对应元素的后验概率密度函数确定；
[0035]波束形成模块，用于利用所述导向矢量建立TDL系数约束条件，求解满足所述TDL系数约束条件的最优TDL系数，并根据所述最优TDL系数形成STAP波束。
[0036]根据本专利技术第二方面的一种能够实现的方式，所述期望信号协方差矩阵重构模块包括：
[0037]特征分解单元，用于对所述信号协方差矩阵进行特征分解，以得到对应的噪声子空间；
[0038]映射单元，用于将接收信号映射于所述噪声子空间以得到无干扰的多路信号；
[0039]本地参考信号构建单元，用于基于接收信号的跟踪环路数据构建本地参考信号，所述跟踪环路数据包括跟踪环路估计的码延迟、多普勒频率和载波相位；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GNSS接收机盲稳健STAP波束形成方法，其特征在于，包括：获取GNSS接收机接收信号的信号协方差矩阵，基于所述信号协方差矩阵重构期望信号协方差矩阵；根据重构的期望信号协方差矩阵获取多个期望信号DOA估计结果；根据所述多个期望信号DOA估计结果构建相应的期望信号DOA估计集合，确定所述期望信号DOA估计集合中每个元素的后验概率密度函数；根据所述期望信号DOA估计集合及所述后验概率密度函数构建对应的导向矢量，所述导向矢量为多个导向矢量分量的加权和，每个所述导向矢量分量对应所述期望信号DOA估计集合中的一个元素，每个所述导向矢量分量的贡献由对应元素的后验概率密度函数确定；利用所述导向矢量建立TDL系数约束条件，求解满足所述TDL系数约束条件的最优TDL系数，并根据所述最优TDL系数形成STAP波束。2.根据权利要求1所述的GNSS接收机盲稳健STAP波束形成方法，其特征在于，所述基于信号协方差矩阵重构期望信号协方差矩阵，包括：对所述信号协方差矩阵进行特征分解，以得到对应的噪声子空间；将接收信号映射于所述噪声子空间以得到无干扰的多路信号；基于接收信号的跟踪环路数据构建本地参考信号，所述跟踪环路数据包括跟踪环路估计的码延迟、多普勒频率和载波相位；基于所述本地参考信号对所述多路信号进行解扩处理，得到解扩后信号；计算所述解扩后信号的协方差矩阵，对所述解扩后信号的协方差矩阵进行重构，得到重构后的协方差矩阵；根据所述重构后的协方差矩阵得到重构的期望信号协方差矩阵。3.根据权利要求1所述的GNSS接收机盲稳健STAP波束形成方法，其特征在于，所述确定所述期望信号DOA估计集合中每个元素的后验概率密度函数，包括：按照下列公式估计每个元素的先验概率密度函数：式中，表示第m次跟踪环路迭代时元素α
k
的先验概率密度函数，k＝1,
…
,K，K为所述期望信号DOA估计集合的元素数量，表示第m
‑
1次跟踪环路迭代中元素α
k
的先验概率密度函数，表示第m次跟踪环路迭代时的期望信号DOA估计结果，属于所述期望信号DOA估计集合；根据估计的先验概率密度函数确定对应的后验概率密度函数。4.根据权利要求1所述的GNSS接收机盲稳健STAP波束形成方法，其特征在于，所述求解满足所述TDL系数约束条件的最优TDL系数，包括：设置STAP波束形成器优化模型为：
式中，表示所述导向矢量，w表示TDL系数，w
H
表示w的共轭转置矩阵，R表示所述信号协方差矩阵，N为GNSS接收机的均匀线性阵列的阵元数，Nis odd表示N为奇数；对所述STAP波束形成器优化模型进行优化求解，以得到满足所述TDL系数约束条件的最优TDL系数。5.一种GNSS接收机盲稳健STAP波束形成装置，其特征在于，包括：期望信号协方差矩阵重构模块，用于获取GNSS接收机接收信号的信号协方差矩阵，基于所述信号协方差矩阵重构期望信号协方差矩阵；获期望信号DOA估计模块，用于根据重构的期望信号协方差矩阵获取多个期望信号DOA估计结果；后验概率密度函数确定模块，用于根据所述多个期望信号DOA估计结果构建相应的期...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄学彬，何雨昕，黄国峰，谢礼伟，林子健，曾小慧，曾昆，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：