[发明专利]一种基于矢量跟踪环路的波束形成抗干扰方法

权利要求书

1.一种基于矢量跟踪环路的波束形成抗干扰方法，其特征在于：

(1)阵列天线接收信号：

天线阵元数M，相邻阵元的间隔为λ/2，λ是GPS信号的波长，期望信号和干扰信号的到达角度分别为θ₀和θ_k，k＝1、2，…P，则阵列天线接收信号为：

x(t)=a(θ0)s0(t)+Σk=1pa(θk)sk(t)+n(t)]]>

s₀(t)为卫星直达信号，s_k(t)为第k个干扰信号，n(t)为空间噪声为相互独立的零均值高斯白噪声，n(t)＝[n₀(t),n₁(t),…,n_p(t)]^T，a(θ₀)为卫星信号的导向矢量，

a(θ0)=1e-j2πλsinθ0···e-j2πλ(M-1)sinθ0,]]>

a(θ_k)为第k个干扰信号的导向矢量，a(θk)=1e-j2πλsinθk···e-j2πλ(M-1)sinθk.]]>

GPS信号s₀(t)为由伪随机码、L1载波和导航数据电文组成，

s₀(t)＝AC(t)D(t)cos(ωt+φ₀)

A为信号幅值，C(t)为C/A码，D(t)为导航电文数据，ω为L1载波角频率，φ₀为L1载波频段初始载波相位；

(2)剥离卫星信号中载波：

在跟踪环路的混频器中，GPS信号分别与本地载波数控振荡器产生的同相信号cos(ωt+φ)、正交信号sin(ωt+φ)相乘得到同向支路信号I(t)和正交支路信号Q(t)，φ为本地复制载波初始相位，I(t)和Q(t)两路输出的信号经过低通滤波器后，信号中的高频分量被滤除，当跟踪环路跟踪上卫星信号的载波初始相位时，即φ₀＝φ，卫星信号中的载波被完全剥离；

(3)求取阵列最优权值：

干扰和噪声与期望信号不相关，干扰信号为独立的零均值高斯白噪声，阵列天线接收信号为

x(t)＝a(θ₀)s₀(t)+v(t)

v(t)为干扰信号加噪声，

GPS信号s₀(t)采用BPSK调制方式，循环自相干函数在频移α处不为零，即v(t)为独立的零均值高斯白噪声，所以循环自相干函数在频移α处为零，对于时延τ，天线阵列接收信号x(t)的循环自相关函数为

Rxxα(τ)=a(θ0)aH(θ0)Rs0s0α(τ)+Rvα(τ)=a(θ0)aH(θ0)Rs0s0α(τ)]]>

τ为本地复制C/A码相位的延迟，本地载波已经与卫星信号中的载波同步，频移α＝0；

d(t)为矢量跟踪环路需要提供的本地参考信号，误差信号ε(t)为

ε(t)＝d(t)-w^Hx(t)

SCORE波束形成器的代价函数为

max|wHRxdf|wHRxxwfHRddf]]>

R_xd＝E{x(t)d^*(t)}表示阵列天线接收数据与参考信号的互相关矩阵，R_xx＝E{x(t)x(t)^H}表示阵列接收数据的协方差矩阵，f为控制矢量，R_dd为参考信号的协方差矩阵，

最优权矢量w为最大特征值对应的特征矢量：

Rxxw=λrxdRxxrxdHw]]>

λ为最大特征值，最优权矢量w为与λ相对应的特征向量；

(4)计算当前各跟踪通道伪距测量值，获得载体位置：

第n个跟踪通道量测的伪距ρ_n为

ρ_n＝(τ₀+τ)·c/f_c/a

τ₀为本地NCO中的伪码相位基准值，τ仍为本地复制C/A码相位的延迟，c为光速，f_c/a为码片速率1.023MHz；

在k时刻，从跟踪通道内获得n个伪距测量值，第n颗卫星的位置坐标可由星历计算得到，计算出载体k时刻的位置坐标P_k＝[x,y,z]^T；

(5)构建矢量跟踪环路：

采用矢量跟踪环路为波束形成提供参考信号，获得k时刻的载体位置P_k后，估计出载体在k+1时刻的位置P_k+1，利用卫星星历预报出k+1时刻第n颗卫星的位置由P_k+1和计算出K+1时刻载体与第n颗卫星间的伪距预测的伪距反馈到本地NCO产生本地复制信号，反推出下一时刻码相位值，码相位预测值经过码相关器为波束形成器提供参考信号，码相关器获得预测码相位误差后，获得K+1时刻伪距误差与预测的伪距值叠加后得到K+1时刻准确的伪距值

ρnk+1=ρ~nk+1+δρnk+1]]>

用更新载体位置，完成闭合跟踪环路。