一种基于LCMV准则的零相位偏差STAP抗干扰方法及系统技术方案

本发明专利技术为了消除高精度定位测量中二维空时自适应处理(STAP)抗干扰造成的载波相位偏差和伪码偏差，公开了一种基于LCMV准则的零相位偏差STAP抗干扰方法及系统，属于卫星导航定位技术领域。本发明专利技术基于LCMV波束形成准则，通过将抽头系数限制为中心抽头周围对称相等以消除这些偏差。本发明专利技术通过分析滤波后伪码的相干积分函数，对STAP的延迟抽头结构进行对称改进，在不增加计算复杂度和硬件资源的情况下消除伪码的群偏移，可以适配通用接收机。可以适配通用接收机。可以适配通用接收机。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LCMV准则的零相位偏差STAP抗干扰方法及系统


[0001]本专利技术属于卫星导航定位
，主要涉及卫星导航抗干扰算法的优化，具体阐述利用约束抽头系数对称相等构造基于LCMV准则的STAP抗干扰方法，以及对传统STAP结构优化的原理。

技术介绍

[0002]近年来，全球导航卫星系统已广泛应用于日常生活和战争。随着电子战的发展和复杂的传播环境，导航信号容易受到干扰。针对这一问题，采用了能够在特定方向形成波束/零点的阵列天线抗干扰技术。然而，当干扰总量超过天线阵列中的单元数时，这些方法的性能是不可接受的。STAP用于解决这个问题，它在每个数组元素后面放置一个FIR滤波器。该滤波器可以处理频域中的更多干扰，而不增加阵列大小。
[0003]目前，已经提出了许多STAP技术。这些技术可以消除强功率干扰，但会导致所需信号失真。仿真和实验表明，STAP可能会在GNSS测量中引入超过10米甚至百米的误差。而现今较为常用的误差补偿方法都会消耗更多的硬件资源且实现困难。一种方法是与STAP滤波器串联一个共轭逆滤波器，以消除STAP非线性相应引起的输出信号相位偏差。这种策略拓宽了伪码的互相干峰值，增加了滤波器消耗了更多的硬件资源。另一种方法称为同态滤波，对原始滤波器进行频域处理，利用时域卷积频域加减的原理进行误差补偿。频域处理很复杂，需要占用更多的内存单元，而且需要估计信号的来波方向，进一步增加了系统的复杂程度。
[0004]从上述阐述可以看出，现有STAP抗干扰处理引起的测量误差都是应用后处理进行补偿，增加了抗干扰系统的复杂程度。如何在STAP算法的基础上进行改进，消除STAP抗干扰算法带来的测量偏差是重点与难点。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是解决STAP抗干扰处理引起的测量误差问题，提出了一种基于LCMV准则的零相位偏差STAP抗干扰方法及系统，根据FIR滤波器线性响应条件，通过将抽头系数限制为在中心抽头周围对称相等以保证线性相位响应达到消除这些偏差目的，同时优化了STAP滤波器结构，消除了群时延。该方法在满足抗干扰需求的同时，消除了载波和伪码相位偏移，能够适配通用接收机，无需修改跟踪环路。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案实现的：
[0007]一种基于LCMV准则的零相位偏差STAP抗干扰方法，包含如下步骤：
[0008]步骤1：采用阵列天线接收多路导航射频信号，并将多路导航射频信号下变频至中频；
[0009]步骤2：对多路中频信号进行采样、带通滤波和数据重构，将实信号转换为复信号，并采用抗干扰算法计算自适应权值，将自适应权值和复信号进行复数相乘并加权合成一路信号，得到自适应空时滤波后的信号；
[0010]步骤3：将自适应空时滤波后的信号上变频至中频，并转换为单路模拟信号，并将
单路模拟信号进行上变频处理，得到经过自适应滤波的射频导航信号。
[0011]进一步的，步骤2中采用抗干扰算法计算自适应权值，具体包括以下步骤：
[0012]1)抗干扰算法中采用N个阵元和M个抽头，阵元接收数据实信号的每一快拍向量表示为:x(t)＝[x1(t)x2(t)...x
N
(t)]T
；
[0013]经M个抽头延时后得到：
[0014]式中，T
s
为M个抽头延迟间隔；
[0015]2)通过累加计算整个数据的空时协方差矩阵为:R
x
＝E[X(t)X
H
(t)]；
[0016]3)依据空时协方差矩阵R
x
，通过约束抽头系数对称相等构造基于LCMV的波束形成器：
[0017][0018]式中，w为自适应权值，a(θ)是期望信号空间导向矢量，M是抽头总数，w
m
为第m个抽头的权重向量；
[0019]4)计算自适应权值w
[0020]首先，将上式中的约束用矩阵表示
[0021][0022]进一步改写为
[0023][0024]令
[0025]l1＝[c1,...,c
(M+1)/2
][0026]l2＝[c
M
,c
M
‑1…
,c
(M+3)/2
,0][0027][0028]其中w
r
和w
i
分别是数组权重向量的实部和虚部；
[0029]进一步，得到
[0030][0031]波束形成器目标函数可改写为
[0032][0033]最后，利用拉格朗日乘子法求得解为
[0034][0035]一种基于LCMV准则的零相位偏差STAP抗干扰系统，包括阵列天线模块、变频器模块和抗干扰数字处理模块；
[0036]天线阵列模块，由多个天线阵元固定在反射面上组成阵列，用于接收天上卫星发射的多路导航射频信号，并传输至变频器模块；
[0037]变频器模块，用于将多路导航射频信号下变频至中频，并传输至抗干扰处理模块；还用于将自适应空时滤波后的信号上变频至卫星频点，输出经过自适应滤波的射频导航信号；
[0038]抗干扰处理模块，用于将多路中频信号分别进行阵列信号预处理并采用抗干扰算法计算自适应权值，将自适应权值和接收数据进行复数相乘并加权合成一路信号，得到自适应空时滤波后的信号。
[0039]进一步的，抗干扰处理模块中抗干扰算法通过约束抽头系数对称相等构造基于LCMV准则的波束形成器，采用抗干扰算法计算自适应权值具体过程为：
[0040]1)抗干扰算法中采用N个阵元和M个抽头，阵元接收数据实信号的每一快拍向量表示为:x(t)＝[x1(t)x2(t)
…
x
N
(t)]T
；
[0041]经M个抽头延时后得到：
[0042]式中，T
s
为M个抽头延迟间隔；
[0043]2)通过累加计算整个数据的空时协方差矩阵为:R
x
＝E[X(t)X
H
(t)]；
[0044]3)依据空时协方差矩阵R
x
，通过约束抽头系数对称相等构造基于LCMV的波束形成器：
[0045][0046]式中，w为自适应权值，a(θ)是期望信号空间导向矢量，M是抽头总数，w
m
为第m个抽头的权重向量；
[0047]4)计算自适应权值w
[0048]首先，将上式中的约束用矩阵表示
[0049][0050]进一步改写为
[0051][0052]令
[0053]l1＝[c1,...,c
(M+1)/2
][0054]l2＝[c
M
,c
M
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(M+3)/2
,0][0055][0056]其中w
r
和w
i
分别是数组权重向量的实部和虚部；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LCMV准则的零相位偏差STAP抗干扰方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤1：采用阵列天线接收多路导航射频信号，并将多路导航射频信号下变频至中频；步骤2：对多路中频信号进行采样、带通滤波和数据重构，将实信号转换为复信号，并采用抗干扰算法计算自适应权值，将自适应权值和复信号进行复数相乘并加权合成一路信号，得到自适应空时滤波后的信号；步骤3：将自适应空时滤波后的信号上变频至中频，并转换为单路模拟信号，将单路模拟信号进行上变频处理，得到经过自适应滤波的射频导航信号。2.根据权利要求1所述的一种基于LCMV准则的零相位偏差STAP抗干扰方法，其特征在于，步骤2中采用抗干扰算法计算自适应权值，具体包括以下步骤：1)抗干扰算法中采用N个阵元和M个抽头，阵元接收数据实信号的每一快拍向量表示为:x(t)＝[x1(t)x2(t)...x
N
(t)]
T
；经M个抽头延时后得到：式中，T
s
为M个抽头延迟间隔；2)通过累加计算整个数据的空时协方差矩阵为:R
x
＝E[X(t)X
H
(t)]；3)依据空时协方差矩阵R
x
，通过约束抽头系数对称相等构造基于LCMV的波束形成器：w＝argminwE[X(t)X
H
(t)]w＝argminwR
x
w式中，w为自适应权值，a(θ)是期望信号空间导向矢量，M是抽头总数，w
m
为第m个抽头的权重向量；4)计算自适应权值w首先，将上式中的约束用矩阵表示进一步改写为令l1＝[c1,...,c
(M+1)/2
]l2＝[c
M
,c
M
‑1...,c
(M+3)/2
,0]其中w
r
和w
i
分别是数组权重向量的实部和虚部；进一步，得到
波束形成器目标函数可改写为最后，利用拉格朗日乘子法求得解为3.一种基于LCMV准则的零相位偏差STAP抗干扰系统，其特征在于，包括阵列天线...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐少波，蔚保国，郝放，王伟，张明程，宋肖，李润，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：