一种卫星移动通信系统中的干扰测向方法技术方案

本发明专利技术公开了一种卫星移动通信系统中的干扰测向方法，首先构成卫星侧均匀矩阵阵列接收信号空间的一组正交基；然后将阵列接收信号和授权用户发射信号的导向矢量分别投影到各个正交基向量上，选取投影值较大的基向量，从与接收信号相关的基向量中去掉与授权信号相关的基向量，得到干扰信号对应的基向量，可以确定干扰信号的方向范围；随后用MVDR算法在该方向范围内进一步确定干扰信号的具体方向。与现有技术相比，本发明专利技术方法没有求得所有发射信号的方向，只获取了期望的干扰信号方向，另外本方法先对干扰信号的方向进行了范围估计，在较小的范围内用MVDR算法进行谱峰搜索，大大降低了复杂度，由仿真结果表明，也提高了角度的分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星移动通信系统中的干扰测向方法
本专利技术属于卫星移动通信
，特别涉及一种卫星移动通信系统中的干扰测向方法。
技术介绍
在5G体制的移动通信系统中，所有接入终端都需要进行鉴权识别用户真伪，并经授权后用户才能发起业务传输。在卫星移动通信系统的上行链路中，地面非授权用户发射的信号对授权用户发射信号造成了干扰，干扰使得系统无法正常工作或者降低系统的工作效率，因此为了躲避干扰，需要知道干扰源的准确定位，即干扰信号的来波到达方向估计问题。干扰信号的方向估计主要有两类技术：单脉冲测角技术和空间谱估计技术。单脉冲测角技术主要应用于雷达目标探测领域,空间谱估计技术起源于常规波束形成法(ConventionalBeamforming,CBF)，该方法是傅里叶谱估计在空域的扩展，阵列的角度分辨力受到瑞利限的限制。Burg和Capon分别通过最大熵法和最小方差法解决了CBF瑞利限问题，Capon提出了最小方差无失真响应(MinimumVarianceDistortionlessResponse,MVDR)波束形成算法，具有很高的空间信号方位分辨能力。R.O.Schmidt提出了多重信号分类算法(MultipleSignalClassfication，MUSIC)，将向量空间概念引入空间谱估计，获得超高分辨能力的方位估计。R.Roy和T.Kailath提出了旋转不变参数估计算法(EstimationofSignalParametersviaRotationalInvarianceTechniques，ESPRIT)，揭示了信号子空间和噪声子空间的旋转不变性，降低MUSIC算法的运算量。但MVDR算法和MUSIC算法在进行方位搜索时需要巨大的计算量，且这两种方法同时对入射到阵列的所有信号进行定位，这样在授权用户发射信号已知的情况下，重复获取了授权信号的方向，大大增加了复杂度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提出一种卫星移动通信系统中的干扰测向方法，在授权用户的发射信号方向已知的情况下，避免重复获取授权信号方向，减小计算量。技术方案：本专利技术提出了一种卫星移动通信系统中的干扰测向方法，所述方法主要包括：步骤1、在卫星移动通信系统的上行链路中，由DFT变换的系数矩阵的列向量构成接收信号空间的一组正交基，将阵列接收信号用角域表示；并且对接收信号在各正交基向量上进行投影，设定第一阈值，选取大于等于第一阈值的投影长度对应的基向量；本专利技术中第一阈值大小为4。步骤2、对授权用户发射信号的导向矢量在各正交基向量上进行投影，设置设定第二阈值，选取大于等于第二阈值的投影长度对应的基向量；本专利技术中第二阈值大小为1。步骤3、从阵列接收信号对应的基向量中去掉授权用户信号对应的基向量，得到干扰信号对应的基矢量；步骤4、将所有方向即俯仰角在0到45度之间，方位角在0到360度之间入射到阵列的信号的导向矢量与干扰信号对应的基向量做内积，选取内积值大于内积阈值的信号对应的俯仰角和方位角，从而得到干扰信号对应的方向范围；本专利技术中的内积阈值采用0.8。步骤5、用MVDR波束形成算法对上一步得到的方向范围进行准确定位，得到干扰信号的俯仰角和方位角；优选地，步骤1在卫星移动通信系统的上行链路中，卫星侧的天线阵列采用天线间隔相等的均匀矩形阵列。根据沿任意物理方向的发射信号，卫星侧的天线阵列绝大多数能量和某个特定的基向量同向，而在其他基向量方向上几乎没有能量，每个基向量对应一定范围物理方向的信号。优选地，步骤5中具体采用的MVDR波束形成算法，对干扰信号对应的方向范围进行准确定位，得到干扰信号的俯仰角和方位角。优选地，步骤2中授权用户发射信号的入射方向已知，根据信号的导向矢量只于阵列结构和信号入射方向有关，授权用户发射信号的导向矢量信息已知。有益效果：与现有技术相比，本专利技术提出的基于DFT的二维MVDR干扰测向方法，将接收信号和授权信号导向矢量与DFT变换的系数矩阵的列向量做内积，挑选出于干扰信号相关的基向量，获得干扰信号的方向范围，再利用MVDR算法对方向进行精准估计。与现有的MVDR波束形成算法估计所有信号的来波到达方向技术相比，所提方法在有授权用户的方向信息前提下，直接估计干扰信号的来波方向，而不需要估计授权用户的方向；另外所提方法在估计干扰信号的来波方向时，首先缩小干扰信号的方向范围，然后用MVDR算法在较小的范围内进行谱峰搜索，确定干扰的方向，具有更高的分辨率和较低的实现复杂度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅表明本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。图1是本专利技术实施例采用的低轨卫星移动通信系统上行链路的干扰场景图。图2是本专利技术实施例采用的其中一个基向量的二维波束成形图。图3是本专利技术实施例采用的半波长均匀矩形阵单干扰测向仿真结果图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例中所述在图1所示的卫星上行链路场景中，用户侧采用单天线结构，卫星侧接收阵列采用10*10的半波长等间距的均匀矩阵阵列。假设地面有4个授权用户和1个未授权用户以方向发射信号，授权用户发射的信号方向即已知，则卫星在第n个时刻的阵列接收数据表示为其中为未授权用户发射的信号即干扰信号的导向矢量，表示第i个授权用户发射信号的导向矢量，为授权用户发射信号组成的向量，可记为x0(n)为干扰信号，表示第n个时刻的阵列上接收的噪声向量，假设信号和噪声不相关。第k个信号的导向矢量表示为其中△x与△y分别表示卫星侧接收阵列的两个方向排列的天线之间的归一化间隔，根据天线间隔为波长的一半时，角域窗口与角域基向量之间是一一对应关系，设置△x与△y为1/2。下面求接收信号空间的基向量。定义定义Ωx和Ωy上的单位空间特征图为定义△Ωx＝Ωx2-Ωx1，△Ωy＝Ωy2-Ωy1，定义：将公式(4)代入公式(5)化简可得其中Lx:＝10△x,Ly:＝10△y为接收天线阵列的两个方向的归一化长度。将式(7)代入式(6)中可得：由式(8)可得因此，10*10个矢量：构成了接收信号空间的正交基，该组基提供了接收信号的角域表示。该组正交基便是二维离散傅里叶变换系数矩阵的列向量组成的。图2是第20个基向量的波束成形图，它是将基向量与所有方向即俯仰角在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卫星移动通信系统中的干扰测向方法，其特征在于，具体包括如下步骤：/n步骤1、在卫星移动通信系统的上行链路中，由DFT变换的系数矩阵的列向量构成接收信号空间的一组正交基，将阵列接收信号用角域表示；并且对接收信号在各正交基向量上进行投影，设定第一阈值，选取大于等于第一阈值的投影长度对应的基向量；/n步骤2、对授权用户发射信号的导向矢量在各正交基向量上进行投影，设置设定第二阈值，选取大于等于第二阈值的投影长度对应的基向量；/n步骤3、从阵列接收信号对应的基向量中去掉授权用户信号对应的基向量，得到干扰信号对应的基矢量；/n步骤4、将所有方向即俯仰角在0到45度之间，方位角在0到360度之间入射到阵列的信号的导向矢量与干扰信号对应的基向量做内积，选取内积值大于内积阈值的信号对应的俯仰角和方位角，从而得到干扰信号对应的方向范围；/n步骤5、对干扰信号对应的方向范围进行准确定位，得到干扰信号的俯仰角和方位角。/n

【技术特征摘要】
1.一种卫星移动通信系统中的干扰测向方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1、在卫星移动通信系统的上行链路中，由DFT变换的系数矩阵的列向量构成接收信号空间的一组正交基，将阵列接收信号用角域表示；并且对接收信号在各正交基向量上进行投影，设定第一阈值，选取大于等于第一阈值的投影长度对应的基向量；
步骤2、对授权用户发射信号的导向矢量在各正交基向量上进行投影，设置设定第二阈值，选取大于等于第二阈值的投影长度对应的基向量；
步骤3、从阵列接收信号对应的基向量中去掉授权用户信号对应的基向量，得到干扰信号对应的基矢量；
步骤4、将所有方向即俯仰角在0到45度之间，方位角在0到360度之间入射到阵列的信号的导向矢量与干扰信号对应的基向量做内积，选取内积值大于内积阈值的信号对应的俯仰角和方位角，从而得到干扰信号对应的方向范围；
步骤5、对干扰信号对应的方向范围进行准确定位，得到干扰信号的俯仰角和方位角。


2.根据权利要求1所述一种卫...

【专利技术属性】
技术研发人员：张源，杨丽，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32