[發明專利]一種多波束衛星干擾抑制方法、存儲介質及計算設備

有效

• 申請號: 202011218980.4
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112543047B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 范建存;羅杰;劉洪吉;劉澤宇;羅新民;張瑩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04B7/0408
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種多波束衛星干擾抑制方法、存儲介質及計算設備，多波束衛星接收端的M個接收天線接收連續感知數據，在第k個節拍，用M維的列向量表示接收信號；根據接收信號確定接收信號的協方差矩陣；對接收信號進行陣列信號處理，通過最大化信干噪比準則計算最優的波束形成矢量，根據角度互易性原理估計期望信號的導向矢量；根據所有可能方向上的空間譜分布和接收信號協方差矩陣，利用Capon空間譜估計器重構干擾加噪聲的協方差矩陣；利用基于最差情況性能優化的波束形成準則，對估計出的期望信號導向矢量和重構的干擾加噪聲的協方差矩陣進行修正，使用修正后的波束形成矢量對接收數據進行處理，完成干擾抑制。本發明節約DOA估計所需的計算量。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，具體涉及一種基于角度互易和協方差矩陣重構的多波束衛星干擾抑制方法、存儲介質及計算設備。

背景技術

隨著通信技術的高速發展，地面移動通信網絡已經能覆蓋到大部分的陸地區域，但由于地域和運營成本的關系，很多偏遠、欠發達地區的信號覆蓋率依然很低，遠遠達不到人們的正常通信需求。而衛星通信系統正好具有通信距離遠、覆蓋范圍廣、不易受地域影響的特點，能很好的解決上述區域信號覆蓋率低的問題。隨著衛星通信逐漸成為全球實時通信必不可少的手段之一，空天一體化的構想也應運而生，將衛星通信系統作為地面移動通信系統的有效補充。衛星通信作為空天一體化網絡的重要組成部分，可實現全天無縫覆蓋和大覆蓋范圍，可用于解決自然災害、林業監控、軍事通信等應急通信問題。然而，衛星通信系統的主要弱點之一是容易受到有意或無意的干擾，嚴重時甚至可能導致服務不可用。干擾管理被認為是衛星通信行業中的一個關鍵問題，特別是對衛星所有者和運營商而言。因此，亟需對干擾進行有效的管理和消除，以保證衛星通信質量。

在現有衛星移動通信系統中，為提高頻譜復用率大多采用多波束覆蓋技術，多波束覆蓋可以在獲得空間增益的同時，提高總體的頻譜利用率。然而，在多波束衛星通信系統中，由于干擾源的多樣性和不穩定性，給干擾抑制帶來了很大的挑戰。此外，有限的計算資源也限制了衛星接收機的干擾抑制能力。在衛星端采用多饋源技術，簡化為多天線技術，多饋源的排列也大多服從一定規則幾何圖形。根據該特點，可以利用陣列信號處理的方法提高衛星通信系統的抗干擾能力。

在衛星接收端，當期望信號和干擾信號的到達方向(Direction of Arrival，DOA)有差別時，自適應波束成形技術常被用來處理接收信號，它主要的優勢是能在抑制天線陣列輸出干擾和噪聲的同時增強所需信號。最小方差無失真響應(Minimum VarianceDistortionless Response，MVDR)作為一種標準的Capon波束形成算法，能自適應地改變權值向量，獲得無失真的期望信號輸出并抑制干擾信號。如果處理數據中包含期望信號分量，MVDR波束形成器就成為最小功率無失真響應(Minimum Power Distortionless Response，MPDR)波束形成器，當模型存在失配時，MPDR波束形成器的性能會嚴重惡化。為了提高MPDR波束形成器在模型失配情況下的穩定性，多種魯棒的技術被提出，它們主要可以分為兩類。第一類是在估計協方差矩陣之前消除或減少期望信號的分量，比如對角加載(DiagonalLoading，DL)技術，然而在實際場景中，對角加載因子很難選擇，而且在高信噪比時，DL方法的干擾抑制能力會急劇下降。第二類方法是對期望信號的導向矢量進行處理，但由于導向矢量的準確先驗知識是不容易得到的，在數據處理前需要對DOA進行估計，MUSIC算法是一種常用的DOA估計方法，但是其計算量較大。而大部分的魯棒約束算法不需要實際的導向矢量，一般采用導向矢量的誤差范數約束，如基于最差情況性能優化的波束形成器(Worst-case Performance Optimization-based Beamformer，WCB)、基于協方差擬合的波束形成器、多重不確定性集約束的波束形成器等。這相當于在估計DOA時，允許一定范圍內的誤差存在，而且該誤差是可以通過優化方式修正的，正為利用角度互易性估計導向矢量提供了理論基礎。