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CN117452446B - 基于卫星导航信号双分量融合应用的抗干扰处理架构 - Google Patents

基于卫星导航信号双分量融合应用的抗干扰处理架构 Download PDF

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CN117452446B CN202311808085.1A CN202311808085A CN117452446B CN 117452446 B CN117452446 B CN 117452446B CN 202311808085 A CN202311808085 A CN 202311808085A CN 117452446 B CN117452446 B CN 117452446B
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Abstract

本申请涉及一种基于卫星导航信号双分量融合应用的抗干扰处理架构。所述抗干扰处理架构包括：接收机匹配接收模块用于接收卫星导航信号并对卫星导航信号进行信号分离，得到导频分量和数据分量；数据通道抗干扰模块用于设计滤波权矢量递推式再利用更新后的滤波权矢量对接收的数据分量进行抗干扰，导频通道抗干扰模块用于设计滤波器权值更新式再利用更新后的滤波器权值对接收的导频分量进行抗干扰，数据融合应用模块用于根据抗干扰后的数据分量和导频分量分别进行电文解算和伪码测距并将伪码测距结果和解算得到的电文信息融合后提供给用户。采用本抗干扰处理架构能够兼顾抗干扰性能和测距精度。

Description

基于卫星导航信号双分量融合应用的抗干扰处理架构
技术领域
本申请涉及导航信号接收机抗干扰技术领域，特别是涉及一种基于卫星导航信号双分量融合应用的抗干扰处理架构。
背景技术
北斗卫星载荷中通过上行注入接收机接收地面站射频信号，太空复杂电磁环境存在的无意干扰严重影响了地面上行信号的接收、放大、变频和解调。时域抗干扰以其实现简单广泛应用于星载接收机，可有效抑制电磁空间的无意干扰。干扰抑制能力不够和引入测距偏差是星载时域抗干扰的主要问题，严重影响了上行注入接收机的测距和解算。
当前针对抗干扰性能和测量校正的相关研究通常相互独立，导航接收机只对数据分量进行电文解调和测距处理，造成了导频分量浪费。高精度时域抗干扰算法通过牺牲收敛性能规避相关峰失真，高性能抗干扰则通常不考虑时域抗干扰对测量精度的影响，因此依赖现有算法，抗干扰性能和测距精度之间的矛盾无法避免。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够兼顾抗干扰性能和测距精度的基于卫星导航信号双分量融合应用的抗干扰处理架构。
一种基于卫星导航信号双分量融合应用的抗干扰处理架构，抗干扰处理架构包括接收机匹配接收模块、数据通道抗干扰模块、导频通道抗干扰模块和数据融合应用模块；
接收机匹配接收模块用于接收卫星导航信号并对卫星导航信号进行信号分离，得到导频分量和数据分量；对导频分量和数据分量进行加权相加实现信号的匹配接收；
数据通道抗干扰模块用于根据滤波权矢量对接收的数据分量进行过滤，得到时域抗干扰后的数据分量；利用接收的数据分量和时域抗干扰后的数据分量设计滤波权矢量递推式再根据滤波权矢量递推式不断更新下一批数据分量的滤波权矢量，利用更新后的滤波权矢量对接收的数据分量进行抗干扰，得到抗干扰后的数据分量；
导频通道抗干扰模块用于根据滤波器对接收的导频分量进行分批滤波处理，其中，滤波器权值每收到一批数据更新一次，利用接收的导频分量和时域抗干扰后的导频分量设计滤波器权值更新式再根据滤波器权值更新式不断更新下一批数据的滤波器权值，利用更新后的滤波器权值对接收的导频分量进行抗干扰，得到抗干扰后的导频分量；
数据融合应用模块用于接收抗干扰后的数据分量和导频分量，根据抗干扰后的数据分量和导频分量分别进行电文解算和伪码测距并将伪码测距结果和解算得到的电文信息融合后提供给用户。
在其中一个实施例中，接收机匹配接收模块还用于设计实现信号匹配接收时的匹配滤波器的频率为
；
其中，表示匹配滤波器冲激响应，/>表示匹配滤波器的频率响应函数，/>表示传递系数，/>表示某一分量信号的频谱，/>表示抽样时间，上标/>表示取共轭。
在其中一个实施例中，数据通道抗干扰模块还用于根据滤波权矢量对接收的数据分量进行过滤，得到时域抗干扰后的数据分量为
；
其中，表示接收的数据分量，/>表示滤波权矢量，/>表示抗干扰滤波器长度，/>表示n时刻数据，/>表示滤波器系数序号，/>表示第/>次迭代的第/>个滤波器系数，/>为抗干扰滤波器权矢量迭代次数。
在其中一个实施例中，接收的数据分量为
；
其中，上标T表示转置运算。
在其中一个实施例中，滤波权矢量为
。
在其中一个实施例中，数据通道抗干扰模块还用于利用接收的数据分量和时域抗干扰后的数据分量设计滤波权矢量递推式为
；
其中，和/>表示步长控制参数，/>表示误差信号，/>表示导航信号，表示时域抗干扰后的数据分量，/>表示/>范数。
在其中一个实施例中，接收的导频分量为
；
其中，表示抗干扰滤波器长度，/>表示n时刻数据，上标T表示转置运算。
在其中一个实施例中，导频通道抗干扰模块还用于根据滤波器权值对接收的导频分量进行过滤，得到时域抗干扰后的导频分量为
；
其中，表示滤波器的长度序号，/>表示共轭转置，/>表示接收的导频分量。
在其中一个实施例中，导频通道抗干扰模块还用于利用接收的导频分量和时域抗干扰后的导频分量设计滤波器权值更新式为
；
其中，表示抗干扰收敛步长，上标/>表示取共轭。
上述基于卫星导航信号双分量融合应用的抗干扰处理架构，首先根据接收机匹配接收模块对导航信号进行分离，得到数据分量和导频分量，在针对数据分量和导频分量分别设计数据通道抗干扰模块和导频通道抗干扰模块来对数据分量和导频分量分别进行高性能抗干扰和高精度抗干扰，数据分量通过高性能抗干扰提高电文解调正确率，导频分量通过高精度抗干扰实现高精度测距，再设计数据融合应用模块利用接收的抗干扰后的数据分量和导频分量分别进行电文解算和伪码测距并将伪码测距结果和解算得到的电文信息融合后提供给用户，与现有北斗卫星导航接收机抗干扰架构相比，导航信号双分量特征得到更充分利用，提升了导频分量的测距效果和数据分量的解调正确率，其抗干扰性能在3dB·Hz以内，测量偏差基本维持在0.3ns以内，解决了传统架构电文解调和测量需求不可兼得的难题。
附图说明
图1为一个实施例中一种基于卫星导航信号双分量融合应用的抗干扰处理架构的示意图；
图2为一个实施例中数据通道抗干扰效果示意图；
图3为一个实施例中导频通道抗干扰效果示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，提供了一种基于卫星导航信号双分量融合应用的抗干扰处理架构，抗干扰处理架构包括接收机匹配接收模块、数据通道抗干扰模块、导频通道抗干扰模块和数据融合应用模块；
接收机匹配接收模块用于接收卫星导航信号并对卫星导航信号进行信号分离，得到导频分量和数据分量；对导频分量和数据分量进行加权相加实现信号的匹配接收；
数据通道抗干扰模块用于根据滤波权矢量对接收的数据分量进行过滤，得到时域抗干扰后的数据分量；利用接收的数据分量和时域抗干扰后的数据分量设计滤波权矢量递推式再根据滤波权矢量递推式不断更新下一批数据分量的滤波权矢量，利用更新后的滤波权矢量对接收的数据分量进行抗干扰，得到抗干扰后的数据分量；
导频通道抗干扰模块用于根据滤波器对接收的导频分量进行分批滤波处理，其中，滤波器权值每收到一批数据更新一次，利用接收的导频分量和时域抗干扰后的导频分量设计滤波器权值更新式再根据滤波器权值更新式不断更新下一批数据的滤波器权值，利用更新后的滤波器权值对接收的导频分量进行抗干扰，得到抗干扰后的导频分量；
数据融合应用模块用于接收抗干扰后的数据分量和导频分量，根据抗干扰后的数据分量和导频分量分别进行电文解算和伪码测距并将伪码测距结果和解算得到的电文信息融合后提供给用户。
上述基于卫星导航信号双分量融合应用的抗干扰处理架构中，如图1所示，首先根据接收机匹配接收模块对导航信号进行分离，得到数据分量和导频分量，在针对数据分量和导频分量建立双通道分量实现抗干扰，设计数据通道抗干扰模块对数据分量进行高性能抗干扰，即设计滤波权矢量递推式来不断对滤波权矢量进行更新，达到电文信号高准确性的目的，数据分量通过高性能抗干扰提高电文解调正确率，设计导频通道抗干扰模块对导频分量进行高精度抗干扰，即设计滤波器权值更新式来不断对滤波器权值进行更新，达到高精度测量伪距、码相位的目的导频分量通过高精度抗干扰实现高精度测距，再设计数据融合应用模块利用接收的抗干扰后的数据分量和导频分量分别进行电文解算和伪码测距并将伪码测距结果和解算得到的电文信息融合后提供给用户，终端综合双通道的测距和电文信息，实现高精度定位和高性能解算，与现有北斗卫星导航接收机抗干扰架构相比，导航信号双分量特征得到更充分利用，提升了导频分量的测距效果和数据分量的解调正确率，其抗干扰性能在3dB·Hz以内，测量偏差基本维持在0.3ns以内，解决了传统架构电文解调和测量需求不可兼得的难题。
在其中一个实施例中，接收机匹配接收模块还用于设计实现信号匹配接收时的匹配滤波器的频率为
；
其中，表示匹配滤波器冲激响应，/>表示匹配滤波器的频率响应函数，/>表示传递系数，/>表示某一分量信号的频谱，/>表示抽样时间，上标/>表示取共轭。
在具体实施例中，导航接收机针对导航信号存在的不同分量进行加权相加，使输出信噪比在抽样判决时刻最大，实现匹配接收，匹配滤波器频率响应满足。
在其中一个实施例中，数据通道抗干扰模块还用于根据滤波权矢量对接收的数据分量进行过滤，得到时域抗干扰后的数据分量为
；
其中，表示接收的数据分量，/>表示滤波权矢量，/>表示抗干扰滤波器长度，/>表示n时刻数据，/>表示滤波器系数序号，/>表示第/>次迭代的第/>个滤波器系数，/>为抗干扰滤波器权矢量迭代次数。
在其中一个实施例中，接收的数据分量为
；
其中，上标T表示转置运算。
在其中一个实施例中，滤波权矢量为
。
在其中一个实施例中，数据通道抗干扰模块还用于利用接收的数据分量和时域抗干扰后的数据分量设计滤波权矢量递推式为
；
其中，和/>表示步长控制参数，/>表示误差信号，/>表示导航信号，表示时域抗干扰后的数据分量，/>表示/>范数。
在具体实施例中，数据通道含有导航电文，是唯一可以实现电文解调的导航信号分量，因此对数据通道进行高性能抗干扰，设计滤波权矢量递推式来不断对滤波权矢量进行更新，达到电文信号高准确性的目的。
在其中一个实施例中，接收的导频分量为
；
其中，表示抗干扰滤波器长度，/>表示n时刻数据，上标T表示转置运算。
在其中一个实施例中，导频通道抗干扰模块还用于根据滤波器权值对接收的导频分量进行过滤，得到时域抗干扰后的导频分量为
；
其中，表示滤波器的长度序号，/>表示共轭转置，/>表示接收的导频分量。
在其中一个实施例中，导频通道抗干扰模块还用于利用接收的导频分量和时域抗干扰后的导频分量设计滤波器权值更新式为
；
其中，表示抗干扰收敛步长，上标/>表示取共轭。
在具体实施例中，导频通道只含有测距码，因此不必重点考虑抗干扰性能，对导频通道进行高精度抗干扰，设计滤波器权值更新式来不断对滤波器权值进行更新，达到高精度测量伪距、码相位的目的。
本申请还进行了仿真实验，设置仿真数据载噪比为40dB•Hz，干扰带宽为0.5到2MHz，干信比为30到60dB。实验结果表明，如图2所示，通过对数据通道实现高性能抗干扰，最大载噪比损耗约为3dB•Hz，实现了对数据分量的高性能抗干扰。
对抗干扰输出结果绘制S曲线偏差，表示测距偏差。实验结果表明，如图3所示，通过对导频通道实现高精度抗干扰，导频通道数据测量偏差始终保持在0.5ns内，且大部分保持在0.3ns内，实现了对导频分量的高精度抗干扰。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于卫星导航信号双分量融合应用的抗干扰处理架构，其特征在于，所述抗干扰处理架构包括接收机匹配接收模块、数据通道抗干扰模块、导频通道抗干扰模块和数据融合应用模块；
所述接收机匹配接收模块用于接收卫星导航信号并对所述卫星导航信号进行信号分离，得到导频分量和数据分量；对所述导频分量和数据分量进行加权相加实现信号的匹配接收；
所述数据通道抗干扰模块用于根据滤波权矢量对接收的数据分量进行过滤，得到时域抗干扰后的数据分量；利用所述接收的数据分量和时域抗干扰后的数据分量设计滤波权矢量递推式再根据所述滤波权矢量递推式不断更新下一批数据分量的滤波权矢量，利用更新后的滤波权矢量对接收的数据分量进行抗干扰，得到抗干扰后的数据分量；
所述导频通道抗干扰模块用于根据滤波器对接收的导频分量进行分批滤波处理，其中，滤波器权值每收到一批数据更新一次，利用所述接收的导频分量和时域抗干扰后的导频分量设计滤波器权值更新式再根据所述滤波器权值更新式不断更新下一批数据的滤波器权值，利用更新后的滤波器权值对接收的导频分量进行抗干扰，得到抗干扰后的导频分量；
所述数据融合应用模块用于接收抗干扰后的数据分量和导频分量，根据所述抗干扰后的数据分量和导频分量分别进行电文解算和伪码测距并将伪码测距结果和解算得到的电文信息融合后提供给用户。
2.根据权利要求1所述的抗干扰处理架构，其特征在于，所述接收机匹配接收模块还用于设计实现信号匹配接收时的匹配滤波器的频率为
；
其中，表示匹配滤波器冲激响应，/>表示匹配滤波器的频率响应函数，/>表示传递系数，/>表示某一分量信号的频谱，/>表示抽样时间，上标/>表示取共轭。
3.根据权利要求1所述的抗干扰处理架构，其特征在于，所述数据通道抗干扰模块还用于根据滤波权矢量对接收的数据分量进行过滤，得到时域抗干扰后的数据分量为
；
其中，表示接收的数据分量，/>表示滤波权矢量，/>表示抗干扰滤波器长度，/>表示n时刻数据，/>表示滤波器系数序号，/>表示第/>次迭代的第/>个滤波器系数，/>为抗干扰滤波器权矢量迭代次数。
4.根据权利要求3所述的抗干扰处理架构，其特征在于，所述接收的数据分量为
；
其中，上标T表示转置运算。
5.根据权利要求3所述的抗干扰处理架构，其特征在于，所述滤波权矢量为
。
6.根据权利要求3所述的抗干扰处理架构，其特征在于，所述数据通道抗干扰模块还用于利用所述接收的数据分量和时域抗干扰后的数据分量设计滤波权矢量递推式为
；
其中，和/>表示步长控制参数，/>表示误差信号，/>表示导航信号，表示时域抗干扰后的数据分量，/>表示/>范数。
7.根据权利要求1所述的抗干扰处理架构，其特征在于，所述接收的导频分量为
；
其中，表示抗干扰滤波器长度，/>表示n时刻数据，上标T表示转置运算。
8.根据权利要求1所述的抗干扰处理架构，其特征在于，所述导频通道抗干扰模块还用于根据滤波器权值对接收的导频分量进行过滤，得到时域抗干扰后的导频分量为
；
其中，表示滤波器的长度序号，/>表示共轭转置，/>表示接收的导频分量。
9.根据权利要求8所述的抗干扰处理架构，其特征在于，所述导频通道抗干扰模块还用于利用所述接收的导频分量和时域抗干扰后的导频分量设计滤波器权值更新式为
；
其中，表示抗干扰收敛步长，上标/>表示取共轭。
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