[發明專利]一種GNSS接收機盲穩健STAP波束形成方法及裝置

有效

• 申請號: 202210368065.6
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114721015B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 莊學彬;何雨昕;黃國峰;謝禮偉;林子健;曾小慧;曾昆
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01S19/21
• 分類號: G01S19/21;G01S19/29;G01S19/30;G01S19/37;G01S3/14
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉思言

本發明涉及衛星導航信號抗干擾技術領域，公開了一種GNSS接收機盲穩健STAP波束形成方法及裝置。本發明不需要事先了解GNSS信號的波達方向，首先通過重構期望信號協方差矩陣，以降低期望信號的DOA估計的不確定性水平，其次利用先前的DOA估計結果來近似期望信號DOA的后驗概率密度函數，然后形成導向矢量，該導向矢量為向由近似的后驗后驗概率密度函數確定的不同DOA的導向矢量分離的加權和，進而將導向矢量應用于TDL系數約束，最終根據求取的最優TDL系數形成STAP波束。本發明可以獲得TDL的近似線性相位，并且在估計方向上提供波束主瓣增益，保證較優的輸出載噪比的同時有效消除接收機中的測量誤差。

技術領域

本發明涉及衛星導航信號抗干擾技術領域，尤其涉及一種GNSS接收機盲穩健STAP波束形成方法及裝置。

背景技術

GNSS(全球導航衛星系統)服務在全球范圍內使用，但其性能容易受到干擾信號的影響。為了使GNSS接收機能夠在存在干擾信號的情況下工作，通常使用自適應天線陣列在干擾方向形成零陷的方式來消除干擾信號。此外，利用對GNSS信號DOA(到達角)的先驗知識，自適應陣列可以在特定方向上形成主瓣，以提高接收衛星信號的質量。這種類型的濾波器稱為SOP(僅空間處理)濾波器，然而該濾波器的抗干擾個數受到天線陣元個數的限制。

相關技術中將STAP(空時自適應處理)技術應用到GNSS抗干擾中，提出了STAP濾波器。STAP濾波器通常在每個天線單元后面放置一條TDL(抽頭延遲線)，以增加自適應陣列的自由度，而不改變陣列的物理尺寸。目前已經提出了許多STAP算法，但它們會在接收機中引入觀測量誤差，這些誤差隨著不同GNSS信號的不同DOA而變化，從而導致定位誤差。

為了解決這個問題，一些方法重點關注觀測量誤差對消技術，但仍然有可能在惡劣條件下帶來測量誤差，因為交叉校正函數(CCF)的對稱性無法保證。另一些方法對每個陣列天線后面的TDL的濾波器系數(簡稱TDL系數)提出了不同的約束，以確保TDL的相位線性，從而確保GNSS信號的無失真響應。

上述研究都需要衛星信號的波達方向，而在大多數情況下，衛星信號的波達方向是未知的。為了解決這個問題，相關技術中提出了一種無失真盲波束的形成方法，通過約束TDL系數來保證CCF的對稱性，但該方法存在衛星信號能量損失的缺點。此外有學者提出，在測量誤差消除過程之前，估計每個期望信號的DOA，以使陣列波束朝向期望信號。然而，跟蹤回路中不斷波動的DOA估計結果將嚴重影響算法的輸出載噪比。

發明內容

本發明提供了一種GNSS接收機盲穩健STAP波束形成方法及裝置，解決了如何在保證輸出載噪比較優的同時有效消除STAP算法的觀測量誤差的技術問題。

本發明第一方面提供一種GNSS接收機盲穩健STAP波束形成方法，包括：

獲取GNSS接收機接收信號的信號協方差矩陣，基于所述信號協方差矩陣重構期望信號協方差矩陣；

根據重構的期望信號協方差矩陣獲取多個期望信號DOA估計結果；

根據所述多個期望信號DOA估計結果構建相應的期望信號DOA估計集合，確定所述期望信號DOA估計集合中每個元素的后驗概率密度函數；

根據所述期望信號DOA估計集合及所述后驗概率密度函數構建對應的導向矢量，所述導向矢量為多個導向矢量分量的加權和，每個所述導向矢量分量對應所述期望信號DOA估計集合中的一個元素，每個所述導向矢量分量的貢獻由對應元素的后驗概率密度函數確定；

利用所述導向矢量建立TDL系數約束條件，求解滿足所述TDL系數約束條件的最優TDL系數，并根據所述最優TDL系數形成STAP波束。

根據本發明第一方面的一種能夠實現的方式，所述基于信號協方差矩陣重構期望信號協方差矩陣，包括：

對所述信號協方差矩陣進行特征分解，以得到對應的噪聲子空間；