一种GNSS压制式与欺骗式干扰联合处理方法技术

本发明专利技术公开了一种GNSS压制式与欺骗式干扰联合处理方法，接收信号，转换成数字零中频信号，作为输入信号矢量，采取功率倒置操作，将自相关矩阵的逆矩阵作为投影矩阵，输出多路信号，采取多通道跟踪操作，同步提取载波相位观测量和信号幅度观测量，计算各通道与参考通道的载波相位单差和信号幅度比，作为估计信号导引矢量的依据，计算载波相位双差的平方和，作为欺骗检测的统计量，与预设的检测阈值作比较，若统计量小于检测阈值，则判定信号是欺骗干扰，用导引矢量计算投影矩阵，重复直至欺骗干扰消失，否则判定信号是真实卫星信号，使导引矢量参与波束形成，采取解算定位操作。采取解算定位操作。采取解算定位操作。

【技术实现步骤摘要】
一种GNSS压制式与欺骗式干扰联合处理方法


[0001]本专利技术属于卫星导航
，具体涉及一种干扰处理技术。

技术介绍

[0002]面对日益复杂的电磁环境，全球导航卫星系统GNSS的用户端接收设备在使用过程中可能 会面临各种形式的干扰，针对GNSS接收机的有意干扰主要可以分为压制式干扰和欺骗式干扰 两大类。压制式干扰实现简单，且日趋成熟，基本原理是发射高功率电磁信号，使目标接收 机无法正常工作。欺骗式干扰是一种新型的更为隐蔽的干扰样式，播发虚假的导航信号，诱 导目标接收机产生错误的定位授时结果，更具威胁性。两种干扰在机理、信号特征方面的差 异性，导致研究相对独立。
[0003]大功率的压制式干扰通过时域滤波、频域滤波和空域滤波的方法消除，基于阵列天线的 空域自适应处理技术，是目前最有效的抗干扰手段。功率较低的欺骗式干扰需要在导航信号 接收和处理的各环节检测信号特征或定位结果的异常，如信号功率监测、多普勒监测、接收 机自主完好性监测等。普通的单天线接收机即使配备了欺骗检测模块，检测到欺骗后，也无 法消除欺骗信号。阵列天线技术不仅能够根据信号的空域特征，识别出入射方向相同的任意 两个欺骗信号，还可以通过空域滤波方法，消除欺骗干扰，恢复接收机的定位授时功能。
[0004]随着卫星导航系统在军民领域的应用越来越广泛，GNSS接收机可能面临的干扰环境也愈 发复杂。随着反欺骗技术的发展，各种新型欺骗样式层出不穷。例如，敌方为了成功实施欺 骗干扰，首先播发大功率压制信号，使目标接收机环路失锁，进入重捕状态，使欺骗信号可 以成功进入接收机的跟踪环路。例如，连续且同时播发压制式和欺骗式两种干扰信号，由于 大多数接收机都采取了一些对抗压制式干扰的手段，这种干扰策略可以最大限度的影响接收 机的工作能力和定位结果。对于这种压制式与欺骗式干扰同时存在的复杂场景，目前能够联 合处理的方法较少。常见的对抗措施是将传统的SAP、STAP和SFAP等抗压制式干扰算法，与 单天线欺骗检测方法级联处理，没有利用阵列天线的空域处理技术进行欺骗检测和抑制。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决现有技术中压制式与欺骗式干扰同时存在的问题，提出了一种GNSS压制 式与欺骗式干扰联合处理方法，每个天线阵元接收电磁信号，经过预处理，采用功率倒置的 子空间投影方法，消除高功率的压制式干扰信号，多通道跟踪获取载波相位观测量，进行欺 骗检测和抑制，保障卫星导航系统在各种复杂环境下的安全应用，为了实现上述目的，本发 明采用了以下技术方案。
[0006]步骤一：各天线阵元接收信号，经过射频通道滤波、放大和变频，转换成模拟中频信号， 经过模数转换和同步采样，转换成数字中频信号，经过数字下变频，转换成数字零中频信号。
[0007]步骤二：多路数字零中频信号作为输入信号矢量，采取功率倒置操作，计算输入信号矢 量的自相关矩阵，将自相关矩阵的逆矩阵作为投影矩阵，对输入信号矢量投影，输出多路信 号。
[0008]步骤二原理：压制式干扰具有较高的信号功率，真实卫星信号和欺骗信号的功率往往小 于噪声，自相关矩阵的逆矩阵可近似为干扰子空间的正交补空间，用正交补空间投影，可以 有效滤除高功率压制式干扰。
[0009]步骤三：对多路信号采取多通道跟踪操作，每个卫星PRN序号的多路输出分配一个跟踪 通道，同步提取载波相位观测量和信号幅度观测量，计算各通道与参考通道的载波相位单差 和信号幅度比，作为估计信号导引矢量的依据，依次选取任意两个PRN的载波相位单差观测 量相减，计算载波相位双差的平方和，作为欺骗检测的统计量。
[0010]步骤四：欺骗检测的统计量与预设的检测阈值作比较，若统计量小于检测阈值，则判定 信号是欺骗干扰，用导引矢量计算投影矩阵，重复步骤三，直至欺骗干扰消失，否则判定信 号是真实卫星信号，使导引矢量参与波束形成，采取解算定位操作。
[0011]步骤四原理：对多路信号采取欺骗抑制和波束形成操作，根据前一时刻欺骗检测的结果 做出判断，是采取欺骗抑制，还是波束形成，若欺骗存在，则采用投影方法，消除欺骗信号， 否则采用波束形成技术，使真实卫星信号增益。
[0012]本专利技术的有益效果包括：
[0013]对压制式干扰和欺骗式干扰同时存在或单独存在均有效，显著的拓展了GNSS接收机的应 用场景，使卫星导航系统在各种复杂场景下安全应用；
[0014]利用阵列天线的空域处理优势，检测和抑制两种干扰，解决了单天线反欺骗方法只能检 测欺骗存在、无法消除欺骗、恢复接收机定位功能的技术问题，而干扰设备用同一天线发射 两个或以上欺骗信号，是基于阵列多通道跟踪的欺骗检测和抑制成立的唯一前提，适用范围 较广，可应对绝大多数欺骗威胁；
[0015]各天线阵元的非理性特性、射频通道的幅相不一致性、压制式干扰消除模块为欺骗信号 带来的幅度和相位偏移，在基于多通道跟踪的欺骗检测和抑制的算法中，已包含在各跟踪通 道提取的载波相位观测量和信号幅度观测量内，放宽了反欺骗模块对天线设计加工、射频通 道校准的要求，具有较大实用价值。
附图说明
[0016]图1是实现本方法的系统架构，图2是不同的概率分布函数。
具体实施方式
[0017]以下结合附图对本专利技术的技术方案做具体的说明。
[0018]在步骤一中：设任意时刻两种干扰信号同时存在，用N个天线阵元接收信号，经过处理， 用公式表示中频采样信号，其中 j
q
[k],表示M
J
个压制式干扰信号及其导引矢量，表示 M
S
个欺骗式干扰信号及其导引矢量，表示M
A
个真实卫星信号及其
导 引矢量，n[k]表示N维噪声矢量。
[0019]在阵列信号处理领域，用公式表示导引矢 量，其中λ表示信号波长，p
k
＝[x
k
,y
k
,z
k
]T
k(k＝1,
…
,N)表示第k个天线阵元在本地坐标系 中的位置坐标，表示入射信号的方向矢量，θ表示俯仰 角，表示方位角。
[0020]算法原理：阵列信号的导引矢量反映了到达各天线的信号之间的相位差，来自同一方向 的入射信号，具有相同的相位差和导引矢量，大多数欺骗干扰采用同一天线发射所有卫星的 欺骗信号，而真实卫星的空间分布比较分散，导航信号不可能来自同一方向，根据不同跟踪 信号的相位差是否相同，可以判断是否存在来自同一方向的欺骗干扰。
[0021]在步骤二中：设有K个采样点，用公式估计阵列信号的自相关矩阵， 用其逆矩阵作为投影矩阵，用公式计算输出信号， 其中μ表示控制信号幅度的固定系数，不影响输出信噪比，表示子空间投影 后的欺骗或真实信号的导引矢量和噪声矢量，用表示入射信号的方向，用公式 计算入射信号的导引矢量，其中 分别表示子空间投影对第k(k＝1,
…
,N)路入射信号的影响产生的幅度变 化和相位偏移。
[0022本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GNSS压制式与欺骗式干扰联合处理方法，其特征在于，包括：步骤一：各天线阵元接收信号，经过射频通道滤波、放大和变频，转换成模拟中频信号，经过模数转换和同步采样，转换成数字中频信号，经过数字下变频，转换成数字零中频信号；步骤二：多路数字零中频信号作为输入信号矢量，采取功率倒置操作，计算输入信号矢量的自相关矩阵，将自相关矩阵的逆矩阵作为投影矩阵，对输入信号矢量投影，输出多路信号；步骤三：对多路信号采取多通道跟踪操作，每个卫星PRN序号的多路输出分配一个跟踪通道，同步提取载波相位观测量和信号幅度观测量，计算各通道与参考通道的载波相位单差和信号幅度比，作为估计信号导引矢量的依据，依次选取任意两个PRN的载波相位单差观测量相减，计算载波相位双差的平方和，作为欺骗检测的统计量；步骤四：欺骗检测的统计量与预设的检测阈值作比较，若统计量小于检测阈值，则判定信号是欺骗干扰，用导引矢量计算投影矩阵，重复步骤三，直至欺骗干扰消失，否则判定信号是真实卫星信号，使导引矢量参与波束形成，采取解算定位操作。2.根据权利要求1所述的GNSS压制式与欺骗式干扰联合处理方法，其特征在于，所述步骤一包括：设任意时刻两种干扰信号同时存在，用N个天线阵元接收信号，经过处理，用公式表示中频采样信号，其中表示M
J
个压制式干扰信号及其导引矢量，表示M
S
个欺骗式干扰信号及其导引矢量，表示M
A
个真实卫星信号及其导引矢量，n[k]表示N维噪声矢量；在阵列信号处理领域，用公式表示导引矢量，其中λ表示信号波长，p
k
＝[x
k
,y
k
,z
k
]
T k(k＝1,
…
,N)表示第k个天线阵元在本地坐标系中的位置坐标，表示入射信号的方向矢量，θ表示俯仰角，表示方位角。3.根据权利要求1所述的GNSS压制式与欺骗式干扰联合处理方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳琪，李归，沈学勇，伍光新，薛慧，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：