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专利号: 2023103747881
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.天线阵元互耦环境下卫星导航接收机自适应抗干扰方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:将天线阵元互耦环境下的卫星导航接收机观测信号向量 及其共轭相互级联,获得扩增观测信号向量 转入步骤2;

步骤2:根据获得的扩增观测信号向量 计算天线阵元互耦环境下卫星导航接收机观测信号向量的协方差矩阵 转入步骤3;

步骤3:根据信号源在空间分布的稀疏性,推导天线阵元互耦环境下空间采样区域内的扩增复波束向量 转入步骤4;

步骤4:根据推导出的扩增复波束向量具有块稀疏特性,构建互耦扩增观测信号向量的块稀疏优化问题,转入步骤5;

步骤5:根据块稀疏优化问题的求解重构扩增的干扰加噪声协方差矩阵 转入步骤6;

步骤6:根据特征分解重构扩增的干扰加噪声协方差矩阵 将互耦扩增观测信号向量投影到扩增信号子空间,转入步骤7;

步骤7:根据扩增子空间投影原理,求解估计扩增期望信号导向向量 转入步骤8;

步骤8:根据重构的扩增干扰加噪声协方差矩阵 和估计扩增期望信号导向向量 计算卫星导航接收机扩增加权向量 以实现天线阵元互耦环境下卫星导航接收机对干扰信号的抑制。

2.如权利要求1所述的天线阵元互耦环境下卫星导航接收机自适应抗干扰方法,其特征在于,步骤1中,将天线阵元互耦环境下的卫星导航接收机观测信号向量 及其共轭相互级联,获得扩增观测信号向量 具体如下:首先建立天线阵元互耦环境下的卫星导航接收机信号模型,观测信号向量 表达式为:T T

其中,C=Toeplitz{[c ,01×(N‑P)]}表示互耦矩阵;c=[1,c1,c2,…ci…,cP‑1]表示互耦系数向量,且对于第i个互耦系数ci来说0<|ci|<1,i=1,…,P‑1,而P‑1表示互耦系数向量的总数,L个观测信号的导向向量 表示L个观测信号的复波束,n(t)表示均值为0方差为 的噪声向量,第一个观测的信号视为有用信号,其余的信号视为干扰信号;N表示天线阵元的数量,P表示互耦长度;

根据信号的严格非圆特性,将第l个观测信号的复波束sl(t)分解为:其中,相移 s0,l(t)表示零相位的第l个观测信号,j表示虚部, 表示第l个观测信号的相位;利用卫星导航信号的严格非圆特性,将天线互耦环境下的扩增观测信号向量 表示为:其中,T表示转置,H表示共轭转置,表示互耦环境下的扩增导向向量, 表示扩增噪声向量。

3.如权利要求2所述的天线阵元互耦环境下卫星导航接收机自适应抗干扰方法,其特征在于,步骤2中,根据天线互耦环境下的扩增观测信号向量,计算天线阵元互耦环境下卫星导航接收机观测信号向量的协方差矩阵 具体如下:当天线阵列结构形式为均匀直线阵列且存在阵元互耦时,方向θ处的导向向量 表达式如下:其中,a(θ)表示观测信号的导向向量,G(θ)表示导向向量置换后构成的矩阵,G(θ)=[E0a(θ),E1a(θ),…,EP‑1a(θ)],置换矩阵的元素 将式(4)代入式(1)得:

结合式(4)和式(5),将互耦环境下的扩增观测信号向量 重新表示为:*

其中, 表示G(θl)的扩增矩阵,θl表示第l个观测信号的方向,G*

(θl)表示G(θl)的共轭矩阵,c表示c的共轭向量, 表示ψl的共轭,N表示天线阵元的数量,P表示互耦长度, 表示互耦环境下第l个观测信号的扩增波束向量,所有观测信号的G(θl)均能够构成新的矩阵 互耦环境下所有观测信号的扩增波束向量为 t表示第t个采样时刻;

将扩增观测信号向量 的协方差矩阵 表示为:

其中,第l个扩增观测信号波束向量的协方差矩阵 其中E{}表示统计数学期望操作,I2N表示维数为2N×2N的单位矩阵。

4.如权利要求3所述的天线阵元互耦环境下卫星导航接收机自适应抗干扰方法,其特征在于,步骤3中,根据信号源在空间分布的稀疏性,推导天线阵元互耦环境下空间采样区域内的扩增复波束向量 具体如下:为了利用信号源在空间分布的稀疏性,定义一个采样网格 覆盖空间中所有可能的信号方向;定义所有网格点的波束向量为 且第k个网格点的波束 K表示天线阵元互耦环境下网格点总数;构建一个过完备矩阵 则天线阵元互耦环境下空间采样区域内的所有网格点的扩增波束向量 进一步表示为:

其中, 表示所有网格点对应的相移。

5.如权利要求4所述的天线阵元互耦环境下卫星导航接收机自适应抗干扰方法,其特征在于,步骤4中,根据推导出的扩增复波束向量具有块稀疏特性,构建互耦扩增观测信号向量的块稀疏优化问题,具体如下:为了获得最稀疏的互耦扩增信号向量,构建天线阵元互耦环境下卫星导航接收机扩增观测信号向量的优化问题:其中,ζ表示规则化参数;

然而式(9)是一个非凸优化问题,很难求解;因此,用l1范数进行松弛,得:考虑Ts个观测信号采样快拍,扩增观测信号矩阵 表示为:其中,所有快拍下的扩增波束矩阵 所有快拍下的扩增噪声矩阵通过对所有信号快拍利用范数,将式(10)转化成一个块稀疏凸优化问题:其中, 表示所有网格点的l2向量范数,

表示第k个网格点的l2向量范数。

6.如权利要求5所述的天线阵元互耦环境下卫星导航接收机自适应抗干扰方法,其特征在于,步骤5中,根据块稀疏优化问题的求解重构扩增的干扰加噪声协方差矩阵 具体如下:观察到 对应的是 的第(2Pk‑2P+1)行到第2Pk行;通过求解式(12)的块稀疏凸优化问题,得到一个行块稀疏矩阵 行块稀疏矩阵 的非零行块对应的网格点角度就是被估计的信号方向 因此,重构扩增的干扰加噪声协方差矩阵 为:其中, 表示估计出的所有观测信号的扩增波束协方差矩阵,且表示估计出的第l个扩增观测信号波束向量,噪声功率 被估计为互耦环境下扩增观测信号样本协方差矩阵的最小特征值。

7.如权利要求6所述的天线阵元互耦环境下卫星导航接收机自适应抗干扰方法,其特征在于,步骤6中,根据特征分解重构扩增的干扰加噪声协方差矩阵 将互耦扩增观测信号向量投影到扩增信号子空间,具体如下:将式(13)中的特征分解重构的扩增干扰加噪声协方差矩阵 改写为:扩增干扰子空间投影矩阵 其互补的扩增子空间投影矩阵 其中, 表示 的大特征值对应的特征向量构成的矩阵, 表示 的大特征值构成的矩阵,表示 的小特征值对应的特征向量构成的矩阵, 表示 的小特征值构成的矩阵;

由于扩增干扰导向向量 满足 l=2,3,…,L,且 成立;

将扩增观测信号向量 投影到 的列向量所构成的扩增信号子空间得:其中, 表示投影所得的信号向量。

8.如权利要求7所述的天线阵元互耦环境下卫星导航接收机自适应抗干扰方法,其特征在于,步骤7中,根据扩增子空间投影原理,求解估计扩增期望信号导向向量 具体如下:投影所得信号向量 的自相关矩阵表示为:

通过特征分解矩阵 求解估计扩增期望信号导向向量其中,Pr{·}表示矩阵的主特征向量。

9.如权利要求8所述的天线阵元互耦环境下卫星导航接收机自适应抗干扰方法,其特征在于,步骤8中,根据重构扩增的干扰加噪声协方差矩阵 和估计的扩增期望信号导向向量 计算卫星导航接收机扩增加权向量 具体如下:联合重构扩增的干扰加噪声协方差矩阵 和估计扩增期望信号导向向量 计算卫星导航接收机扩增加权向量 为: