一种抗干扰GNSS天线实时相位中心变化补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种抗干扰GNSS天线实时相位中心变化补偿方法，属于天线技术领域。该方法包括以下步骤：识别干扰信号方向；使用功率倒置方法形成虚拟天线，从而抑制干扰；对于每一颗卫星，计算虚拟天线的瞬时相位中心；补偿相位中心变化，从而获得稳定的载波相位中心。本发明专利技术方法不需要线性约束，对接收机结构也没有特殊要求，具有较高的计算效率，可以在资源受限的环境中实现，并降低高精度抗干扰GNSS天线的硬件成本。线的硬件成本。线的硬件成本。

【技术实现步骤摘要】
一种抗干扰GNSS天线实时相位中心变化补偿方法


[0001]本专利技术涉及一种抗干扰GNSS天线实时相位中心变化补偿方法，属于天线


技术介绍

[0002]抗干扰天线是GNSS定位中抑制干扰信号的不利影响最有效的方法之一。大多数抗干扰天线可以自适应地调整天线的辐射系数，以最大限度地减少干扰影响。改变辐射方向图也会使得天线相位中心(APC)相应改变。同时，稳定的相位中心是高精度GNSS定位的前提，抗干扰和高精度成为GNSS天线设计的窘境。本研究为抗干扰天线提出了一种有效的天线相位中心变化(PCV)补偿算法，可实现抗干扰天线的实时高精度应用。用短基线测试评估了算法的性能，结果表明，所提出的算法可以通过补偿抗干扰天线PCV来减少载波相位残差，从而提高了RTK定位3D均方根(RMS)。经过PCV校正后，采用抗干扰天线的RTK定位精度达到4厘米以内。
[0003]卫星导航信号的脆弱性是全球导航卫星系统(GNSS)面临的挑战主要问题之一。通过专门设计的GNSS抗干扰天线阵列抑制有害干扰信号是导航抗干扰的主流技术，自适应阵列抗干扰天线是GNSS接收机抑制干扰信号的主要部分，可以改变天线的辐射图以抑制信号干扰。已经利用天线阵列技术实现了出色的抗干扰性能。抗干扰性能可以通过干信比(JSR)的能力来衡量。改变天线辐射图的附带效应之一是天线的相位中心也随之改变，对GNSS高精度定位产生不利影响。
[0004]可见，载波相位测量能否满足高精度应用，主要取决于采用功率倒置(PI)算法的对称天线阵列的阵元的扰动幅度和相位中心。但是，现有技术中还没有相关方案。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出一种抗干扰GNSS天线实时相位中心变化补偿方法，该方法不需要线性约束，对接收机结构也没有特殊要求，具有较高的计算效率，可以在资源受限的环境中实现，并降低高精度抗干扰GNSS天线的硬件成本。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种抗干扰GNSS天线实时相位中心变化补偿方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，识别干扰信号方向；
[0009]步骤2，使用功率倒置方法形成虚拟天线，从而抑制干扰；
[0010]步骤3，对于每一颗卫星，计算虚拟天线的瞬时相位中心；
[0011]步骤4，补偿相位中心变化，从而获得稳定的载波相位中心。
[0012]进一步地，所述虚拟天线由抗干扰GNSS天线的多个天线阵元组成，通过调整每个天线阵元的权重来改变虚拟天线的辐射方向图，虚拟天线的天线相位中心和瞬时相位中心的差值就是虚拟天线的天线相位中心变化量。
[0013]进一步地，步骤2的具体方式为：
[0014]对于一个具有N阵元的阵列天线，由第i个阵元接收到的信号表示为x
i
(t)，则输入信号的天线阵列表示为一个矢量x(n)＝[x1(n)；x2(n)；
…
；x
N
(n)]T
；
[0015]通过功率倒置方法动态调整每个阵元的权值以改变虚拟天线的辐射方向图；阵列天线第i个阵元的权值表示为w
i
，所有阵元的权值为w＝[w1,w2,
…
,w
N
]T
；天线阵列的输出表示为：
[0016]y(n)＝w
T
x(n)
[0017]y(n)是阵列天线的输出，上标T表示矩阵的转置；
[0018]功率倒置方法的优化目标是最小化自适应阵列天线的输出功率；
[0019]通过拉格朗日乘数法求解约束优化问题，得到最优权向量的解。
[0020]进一步地，步骤3的具体方式为：
[0021]对调零天线阵列的相位中心进行建模；具体方式为，给定一个天线阵元相位中心位于原点O，导航卫星信号S来自方向其中θ和分别为俯仰角和方位角，O点处信号S的载波相位表示为
[0022]对于多单元的N单元天线阵列，假设所有这些单元安装在同一平面上，在ox轴方向和oy轴方向上相邻单元之间的单元间距分别记为dx和dy；
[0023]将天线参考点定义为天线阵列的几何中心，记为O(0,0,0)，远场相位记为将远场
‑
相位中心引入的场相位误差看成一个常数，定义C为卫星入射角方向的恒定相位偏差，用于补偿天线相位中心变化量；
[0024]精确估计C；具体方式为，远场波是球面波，给定球心O'，则卫星附近的相位偏差近似为C，从点集估计该特定卫星的恒定偏差；在xoy平面和yoz平面的主瓣辐射方向得到二维相位中心，分别取其平均值作为计算的相位中心；将远场球面周围区域的点集，相位值分别设置为i＝1,2,
…
,n，n≥4；建立观测方程，并用最小二乘估计器求解。
[0025]本专利技术的有益效果在于：
[0026]1、本专利技术能够有效补偿天线阵列的相位中心，在实时模式下补偿由辐射变化引起的阵列天线的相位误差。相位误差得到补偿后，抗干扰天线的相位中心可保持稳定。
[0027]2、与MVDR算法相比，本专利技术方法不需要线性约束，对接收机结构也没有特殊要求，具有较高的计算效率，可以在资源受限的环境中实现，并降低高精度抗干扰GNSS天线的硬件成本。
附图说明
[0028]图1为天线相位中心偏移对信号相位影响的示意图。
[0029]图2为二维阵列天线模型示意图。
具体实施方式
[0030]一种抗干扰GNSS天线实时相位中心变化补偿方法，该方法用于补偿抗干扰GNSS天线阵列的相位中心。对于GNSS定位应用，可以通过GNSS测距信号测量GNSS卫星与用户天线之间的距离来确定用户的位置。更具体地说，“距离”是指卫星天线相位中心与天线相位中
心之间的距离。相对于天线的几何中心，设计的相位中心是稳定的，它通常取决于天线的设计。本方法的天线相位中心被称为天线相位中心(APC)。GNSS接收机测量的载波相位通常被称为瞬时相位中心(IPC)，它取决于信号进入的方向。由于GNSS天线实现的不完善，瞬时相位中心(IPC)通常不同于天线相位中心(APC)，瞬时相位中心(IPC)和天线相位中心(APC)之间的差被称为天线相位中心变化量(PCV)。天线的相位中心变化量(PCV)取决于天线设计，在毫米级到米级之间变化。PCV影响取决于卫星，因此大的PCV值会降低定位精度，因此在GNSS精密定位应用中一直被视为误差源。例如，大地测量级别的GNSS天线的PCV值通常小于几毫米。
[0031]一个标准GNSS天线不会改变其辐射方向图，因此其PCV值可以通过长期观察来校准。对于抗干扰天线，接收天线包含多个单独的天线阵元，方向图可根据干扰信号方向进行调整，因此它的PCV也随着辐射图的变化而变化。它不能被直接校准。
[0032]抗干扰GNSS天线阵列通常由多个天线阵元组成。这些天线阵元组成一个虚拟天线。然后，可以通过调整每个天线阵元的权重来改变虚拟天线的辐射方向图。当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗干扰GNSS天线实时相位中心变化补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，识别干扰信号方向；步骤2，使用功率倒置方法形成虚拟天线，从而抑制干扰；步骤3，对于每一颗卫星，计算虚拟天线的瞬时相位中心；步骤4，补偿相位中心变化，从而获得稳定的载波相位中心。2.根据权利要求1所述的一种抗干扰GNSS天线实时相位中心变化补偿方法，其特征在于，所述虚拟天线由抗干扰GNSS天线的多个天线阵元组成，通过调整每个天线阵元的权重来改变虚拟天线的辐射方向图，虚拟天线的天线相位中心和瞬时相位中心的差值就是虚拟天线的天线相位中心变化量。3.根据权利要求1所述的一种抗干扰GNSS天线实时相位中心变化补偿方法，其特征在于，步骤2的具体方式为：对于一个具有N阵元的阵列天线，由第i个阵元接收到的信号表示为x
i
(t)，则输入信号的天线阵列表示为一个矢量x(n)＝[x1(n)；x2(n)；
…
；x
N
(n)]
T
；通过功率倒置方法动态调整每个阵元的权值以改变虚拟天线的辐射方向图；阵列天线第i个阵元的权值表示为w
i
，所有阵元的权值为w＝[w1,w2,
…
,w
N
]
T

【专利技术属性】
技术研发人员：倪永华，董建明，杜梦杰，于晓磊，
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：