本發(fā)明涉及衛(wèi)星導航接收機抗干擾技術，具體涉及一種基于盲波束形成的導航接收機抗干擾系統(tǒng)。

背景技術：

目前，導航接收機抗干擾技術發(fā)展迅速，由于基于單天線的抗干擾方法只能抗窄帶干擾，所以目前主流的抗干擾技術多采用陣列天線，可以從空域濾除寬帶、窄帶、掃頻、脈沖等多種類型的壓制性干擾。基于陣列天線的抗干擾技術包括自適應調(diào)零、空時濾波、空頻濾波、波束形成等方法。其中，自適應調(diào)零屬于純空域方法，受陣元自由度限制，m陣元只能抑制m-1個干擾；而空時濾波是在每個陣元通道加入了時域濾波器，提高了陣元自由度，在多干擾情況下，抗窄帶干擾性能提升；而空頻濾波相對空時濾波主要是降低了抗干擾權矢量計算中矩陣的階數(shù)，減少了矩陣求逆的計算量；而波束形成技術相對以上方法不僅對干擾形成零陷，同時也對衛(wèi)星信號形成有效增益，改善信噪比，進一步提升了抗干擾性能。

波束形成技術一般分為信號來向已知和信號來向未知兩種情況。當信號來向已知時，實現(xiàn)較為簡單，在計算抗干擾權值過程中，加入信號的導向矢量即可；當信號來向未知時，一種方法是先用最小功率算法抑制干擾，接收機正常定位后，獲得俯仰角、方位角等參數(shù)再計算信號的導向矢量，然后代入公式重新計算抗干擾權值。但是當干擾較強時，接收機無法首次定位，就無法計算導向矢量；另一種方法是借助測向算法，使用music或者esprit算法測出信號來向，從而獲得信號導向矢量。但是music算法要求陣元數(shù)要多于能接收到的衛(wèi)星數(shù)，同時當干擾較強時，測向算法誤差極大，無法形成正確有效的波束；還有一種方法是基于基于信號解擴重擴技術，先用最小功率算法初步抑制干擾，再對信號進行解擴，然后重構接收到的每個衛(wèi)星信號，并將其作為參考信號重新更新抗干擾權值，從而形成波束指向，但是該方法處理過程復雜，并且當干擾較強時，相關器失效，無法正常解擴信號。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于盲波束形成的導航接收機抗干擾系統(tǒng)，無需使用最小功率算法抑制干擾，波束形成時無需借助測向算法測衛(wèi)星信號來向，也無需解擴重擴過程，處理過程相對簡單，直接進行盲波束形成，接收機開機就可對信號形成增益。主要是利用多組天線陣列形成獨立的接收波束，分別接收信號然后進入對應波束進行處理，從不同方向分離信號和干擾，利用富余的波束消耗干擾，從而獲得較高的抗干擾性能，大幅提升接收機抗干擾的強度、抗干擾個數(shù)以及接收機系統(tǒng)的魯棒性。

本發(fā)明的具體實施方案：一種基于盲波束形成的導航接收機抗干擾系統(tǒng)，包括天線陣列，相位單元，饋線，射頻通道，a/d采樣，接收處理單元等。

所述天線陣列可以是7陣元、10陣元或更多陣元，天線排布方式可以是圓型，線型，方型等方式，陣元間距可以在半倍波長到一倍波長之間。陣元個數(shù)、排布方式等因素影響天線孔徑以及波束寬度，波束越窄，分辨率越高。

所述相位單元由與陣元相同個數(shù)的相位器組成，相位器連接在每個天線陣列中的陣元后，對相應的陣元饋電相位進行設定。首先方位角和俯仰角按照每隔15度(范圍可在10～25度之間選擇)生成波束指向，設置波束的方向，具體是根據(jù)方位角、俯仰角計算得出相應的陣元饋電相位，然后設置相位使每個天線陣列形成一個對應的固定波束。保證每個天線陣列對應的波束均勻分配，對天空形成一定的覆蓋，波束越多，對天空的覆蓋范圍就越大，分辨率也越高。為了保證本發(fā)明較高的性能，需要保證波束的數(shù)量，天線陣列個數(shù)可以設置為15～30個甚至更多。

所述饋線將接收信號傳入射頻通道。

所述射頻通道對接收的信號進行放大，濾波、下變頻。

所述a/d采樣，對每一路射頻通道輸出的模擬信號進行采樣，然后將數(shù)字中頻信號輸入至接收處理單元。

所述接收處理單元由捕獲模塊、跟蹤模塊和定位模塊組成。每個天線陣列對應1個射頻通道，1個捕獲模塊，2個跟蹤模塊，完成1個波束對應方向信號的處理。天線陣列接收到的信號經(jīng)射頻通道以及a/d采樣后首先進行捕獲，捕獲成功后進入跟蹤模塊進行跟蹤。根據(jù)衛(wèi)星在太空中的分布，一般情況下每顆衛(wèi)星的信號來向都不相同，所以會落入不同的波束，然后信號被捕獲成功后進入一個跟蹤模塊進行跟蹤，另一個跟蹤模塊預留。當然本發(fā)明也允許兩顆衛(wèi)星的信號進入同一波束，因為每路信號有兩個跟蹤模塊，所以對應的捕獲模塊進行持續(xù)捕獲，再將捕到的兩顆星分別送入兩個跟蹤模塊跟蹤即可，這樣一定程度上保證每顆可見星都能被接收利用。另外由于衛(wèi)星沿軌道運動，衛(wèi)星信號方向動態(tài)變化，會從一個波束移動至另一波束，所以本發(fā)明接收處理單元在工作時需要進行相應的設計：當信號移動至相鄰波束時，原波束對應的跟蹤模塊無法正常跟蹤，信號失鎖觸發(fā)相鄰波束的捕獲模塊以及預留的跟蹤模塊工作，利用接收處理單元保存的星歷信息，很快完成信號在不同波束間的切換。

本發(fā)明的工作原理是：利用不同方向的多波束來分離信號和干擾。如果衛(wèi)星信號落入波束內(nèi)就可以對信號形成增益，對衛(wèi)星信號正常捕獲跟蹤；如果干擾落入波束內(nèi)，信號就無法正常捕獲，則舍去該顆衛(wèi)星的信號，最終只要保證有4顆及4顆以上的衛(wèi)星的信號正常接收處理，接收機就可以正常定位。由于實際中干擾信號經(jīng)常來自同一方向，所以在處理過程中，最理想的情況是如果多個干擾落入一個波束內(nèi)，且該波束內(nèi)無衛(wèi)星信號，則僅會消耗一個波束，這種情況抗干擾個數(shù)就會大幅增加；最差的情況是每個干擾落入不同的波束，同時也有衛(wèi)星信號落入這些波束，也就是干擾和衛(wèi)星信號來自同一方向，這時干擾不僅消耗了波束，還干擾了衛(wèi)星信號。但是，在通常情況下，對于北斗或是gps衛(wèi)星導航系統(tǒng)，可見星數(shù)量一般可以達到7-11顆或者更多，所以即使每個干擾來向不同，進入了不同波束，同時也干擾了這一波束的衛(wèi)星信號，則在保證有四顆衛(wèi)星信號正常接收的基礎上，依然可以抑制3-7個干擾，這是目前其他基于陣列天線抗干擾方法無法做到的。另外，在實際中每顆可見衛(wèi)星信號來向上都正好出現(xiàn)一個同向干擾信號的可能性極低，所以一般情況下都會有較多的富余波束可以來抑制干擾。

本發(fā)明的優(yōu)勢在于：1、無需知道衛(wèi)星信號來向，也無需測向算法和解擴重擴等復雜過程來測信號方向就可實現(xiàn)有效的波束形成；2、由于無需利用抗干擾算法處理來形成波束，所以無需知道陣列流形和陣元位置等信息；3、由于不是依靠陣列天線零陷對消干擾，僅是依靠富余波束和通道來消耗干擾，所以抗干擾強度與零陷深度無關，故抗干擾的強度可大幅提升；4、相對于傳統(tǒng)方法，提升了接收機抗干擾個數(shù)。

綜上所述，本發(fā)明利用多組天線陣列直接盲波束形成，利用多波束覆蓋天空，不僅對衛(wèi)星信號形成了增益，提升信號的載噪比，同時抑制干擾的數(shù)量，抑制干擾的強度也大幅提升。

附圖說明

圖1為本發(fā)明波束形成分布示意圖。

圖2為本發(fā)明整體設計結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步說明。

一種基于盲波束形成的導航接收機抗干擾系統(tǒng)，包括天線陣列，相位單元，饋線，射頻通道，a/d采樣，接收處理單元等。

所述天線陣列可以是7陣元、10陣元或更多陣元，天線排布方式可以是圓型，線型，方型等方式，陣元間距可以在半倍波長到一倍波長之間。陣元個數(shù)、排布方式等因素影響天線孔徑以及波束寬度，波束越窄，分辨率越高。陣元越多天線陣列分辨率越高，生成波束越精細，但是又要考慮體積和成本，不能無限增多。目前也有小型陣元，這樣可以適當加陣元個數(shù)。

所述相位單元由與陣元相同個數(shù)的相位器組成，相位器連接在每個天線陣列中的陣元后，對相應的陣元饋電相位進行設定。首先方位角和俯仰角按照每隔15度(范圍可在10～25度之間選擇)生成波束指向，設置波束的方向，具體是根據(jù)方位角、俯仰角計算得出相應的陣元饋電相位，然后設置相位使每個天線陣列形成一個對應的固定波束。保證每個天線陣列對應的波束均勻分配，對天空形成一定的覆蓋，波束越多，對天空的覆蓋范圍就越大，分辨率也越高。為了保證本發(fā)明較高的性能，需要保證波束的數(shù)量，天線陣列個數(shù)可以設置為15～30個甚至更多。

所述饋線將接收信號傳入射頻通道。

所述射頻通道對接收的信號進行放大，濾波、下變頻。

所述a/d采樣，對每一路射頻通道輸出的模擬信號進行采樣，然后將數(shù)字中頻信號輸入至接收處理單元。

所述接收處理單元由捕獲模塊、跟蹤模塊和定位模塊組成。每個天線陣列對應1個射頻通道，1個捕獲模塊，2個跟蹤模塊，完成1個波束對應方向信號的處理。天線陣列接收到的信號經(jīng)射頻通道以及a/d采樣后首先進行捕獲，捕獲成功后進入跟蹤模塊進行跟蹤。根據(jù)衛(wèi)星在太空中的分布，一般情況下每顆衛(wèi)星的信號來向都不相同，所以會落入不同的波束，然后信號被捕獲成功后進入一個跟蹤模塊進行跟蹤，另一個跟蹤模塊預留。當然本發(fā)明也允許兩顆衛(wèi)星的信號進入同一波束，因為每路信號有兩個跟蹤模塊，所以對應的捕獲模塊進行持續(xù)捕獲，再將捕到的兩顆星分別送入兩個跟蹤模塊跟蹤即可，這樣一定程度上保證每顆可見星都能被接收利用。另外由于衛(wèi)星沿軌道運動，衛(wèi)星信號方向動態(tài)變化，會從一個波束移動至另一波束，所以本發(fā)明接收處理單元在工作時需要進行相應的設計：信號方向是動態(tài)變化的，當信號移動至相鄰波束時，原波束對應的跟蹤模塊無法正常跟蹤，信號失鎖觸發(fā)相鄰波束的捕獲模塊以及預留的跟蹤模塊工作，利用接收處理單元保存的星歷信息，很快完成信號在不同波束間的切換。

本發(fā)明的工作原理是：利用不同方向的多波束來分離信號和干擾。如果衛(wèi)星信號落入波束內(nèi)就可以對信號形成增益，對衛(wèi)星信號正常捕獲跟蹤；如果干擾落入波束內(nèi)，信號就無法正常捕獲，則舍去該顆衛(wèi)星的信號，最終只要保證有4顆及4顆以上的衛(wèi)星的信號正常接收處理，接收機就可以正常定位。由于實際中干擾信號經(jīng)常來自同一方向，所以在處理過程中，最理想的情況是如果多個干擾落入一個波束內(nèi)，且該波束內(nèi)無衛(wèi)星信號，則僅會消耗一個波束，這種情況抗干擾個數(shù)就會大幅增加；最差的情況是每個干擾落入不同的波束，同時也有衛(wèi)星信號落入這些波束，也就是干擾和衛(wèi)星信號來自同一方向，這時干擾不僅消耗了波束，還干擾了衛(wèi)星信號。但是，在通常情況下，對于北斗或是gps衛(wèi)星導航系統(tǒng)，可見星數(shù)量一般可以達到7-11顆或者更多，所以即使每個干擾來向不同，進入了不同波束，同時也干擾了這一波束的衛(wèi)星信號，則在保證有四顆衛(wèi)星信號正常接收的基礎上，依然可以抑制3-7個干擾，這是目前其他基于陣列天線抗干擾方法無法做到的。另外，在實際中每顆可見衛(wèi)星信號來向上都正好出現(xiàn)一個同向干擾信號的可能性極低，所以一般情況下都會有較多的富余波束可以來抑制干擾。

實施例1

一種基于盲波束形成的導航接收機抗干擾系統(tǒng)，所述天線陣列個數(shù)為m，對應的波束個數(shù)也就是m，各天線陣列中陣元個數(shù)為i，陣元間距為d，排布方式可以是圓型，線型，方型等方式，所述相位單元由與陣元相同個數(shù)的相位器組成，連接在每個天線陣列的陣元后，設定相應陣元的饋電相位，使該天線陣列形成一個固定方向的波束，按照一定角度間隔，包括方位角、俯仰角，依次設定所有天線陣列對應的陣元饋電相位，形成對應的波束，對天空形成一定范圍的覆蓋，共計m個波束；所述饋線將該路接收信號傳入射頻通道；所述射頻通道對信號進行放大，濾波，下變頻，然后a/d采樣，將m路中頻數(shù)字信號分別送入接收處理單元中；在接收機處理單元中，每路信號對應一個捕獲模塊和兩個跟蹤模塊，若衛(wèi)星信號落入波束，則對信號產(chǎn)生增益，對信號進行正常捕獲跟蹤，參與定位解算，如果有干擾落入波束則無法正常捕獲跟蹤，舍去該波束對應的處理結果，最終保證有4顆及4顆以上的衛(wèi)星信號正常接收處理，接收機就可以定位，而富余出來的波束就可以消耗不同來向的干擾。為了保證本發(fā)明有較高的性能，需要保證波束的數(shù)量，另外要選擇合適的波束寬度，以提高分辨率。同時，因為衛(wèi)星在軌運行，信號方向是動態(tài)變化的，當信號從一個波束移動至另一波束時，需要進行波束切換，針對這種情況本發(fā)明的設計是：原波束對應跟蹤模塊無法跟蹤，信號失鎖，觸發(fā)相鄰波束的捕獲模塊以及預留的跟蹤模塊工作，利用接收機保存的星歷信息，完成信號在不同波束間的切換。

其中，設定相應陣元的饋電相位：

天線陣列m中i個陣元對應的饋電相位：

天線陣列個數(shù)為m，每個天線陣列中陣元個數(shù)為i。

其中為天線陣列m生成的波束指向的方位角，θm為俯仰角，m＝1，2，∵∴m。pi＝[pxipyipzi]^τ，表示陣元坐標，i＝1,2,…i。