本發(fā)明涉及衛(wèi)星導航領(lǐng)域，具體是一種分集抗干擾北斗導航定位方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著北斗系統(tǒng)的不斷完善，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在軍民多個領(lǐng)域應用廣泛，但是，北斗衛(wèi)星導航接收機極易受到有意或者無意的電磁干擾而無法正常工作，因此，研制具有抗干擾能力的接收機，克服各種干擾對衛(wèi)星導航定位精度的影響具有非常重要的意義。

2、此外，現(xiàn)有的北斗天線包括傳統(tǒng)的四陣元北斗抗干擾衛(wèi)星導航天線，傳統(tǒng)的四陣元北斗抗干擾衛(wèi)星導航天線常采用平面陣列式布局，天線陣元之間間距為接收頻點半波長，隨著接收信號頻點的較低，陣元之間的距離變大，從而導致北斗四陣列天線的安裝尺寸較大。同時，現(xiàn)有的平面陣列式布局無法總是以主瓣方向接收信號，從而導致信號的信噪比較低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種分集抗干擾北斗導航定位方法和裝置，以解決背景技術(shù)中的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的一種分集抗干擾北斗導航定位方法，包括步驟：

4、獲取環(huán)形陣列天線中的每個單天線在多個轉(zhuǎn)動周期的目標頻段的信號幅值變化數(shù)據(jù)，其中，所述信號幅值變化數(shù)據(jù)包括多個轉(zhuǎn)動周期的轉(zhuǎn)動角度以及轉(zhuǎn)動角度對應的信號幅值，所述環(huán)形陣列天線包括多路環(huán)形的陣元，每個陣元包括圓周均勻分布的多個單天線；

5、基于所述多個轉(zhuǎn)動周期的信號幅值變化數(shù)據(jù)確定每個單天線的目標接收角度范圍，其中，所述目標接收角度范圍內(nèi)的信噪比最高；

6、基于所述環(huán)形陣列天線的轉(zhuǎn)速以及所述目標接收角度范圍確定每個單天線的接收時間窗口，得到每個單天線的接收信號，并對同一個陣元中的所有接收信號進行合路，得到每個陣元的輸入信號；

7、將多路陣元的輸入信號分別作為參考信號，并多次基于所述參考信號確定多路輸入信號的加權(quán)系數(shù)；基于多路輸入信號的加權(quán)系數(shù)對所述多路輸入信號進行加權(quán)，得到功率最小化的輸出信號，并將所述輸出信號作為定位信號。

8、在本技術(shù)一實施例中，基于所述多個轉(zhuǎn)動周期的信號幅值變化數(shù)據(jù)確定每個單天線的目標接收角度范圍，包括：

9、提取每個轉(zhuǎn)動周期的最大信號幅值以及最大信號幅值對應的轉(zhuǎn)動角度radt，其中，t為轉(zhuǎn)動周期序號；

10、對所有的轉(zhuǎn)動角度radt進行聚類，得到一個或者多個簇；

11、在存在包含超過預設(shè)比例的轉(zhuǎn)動角度radt的目標簇時，計算所述目標簇內(nèi)轉(zhuǎn)動角度anglet的平均值mean(∑anglet)，并基于所述平均值mean(∑anglet)構(gòu)建單天線的目標接收角度范圍其中，c為單個陣元的單天線數(shù)量，α為調(diào)節(jié)參數(shù)。

12、在本技術(shù)一實施例中，基于所述環(huán)形陣列天線的轉(zhuǎn)速以及所述目標接收角度范圍確定每個單天線的接收時間窗口，包括：

13、獲取當前時間tn以及所述環(huán)形陣列天線的當前轉(zhuǎn)動角度anglen；

14、基于所述環(huán)形陣列天線的轉(zhuǎn)速v1、所述當前時間tn、所述當前轉(zhuǎn)動角度anglen以及所述目標接收角度范圍構(gòu)建目標接收時間窗口其中，dn為目標接收時間窗口的轉(zhuǎn)動周期與當前時間的轉(zhuǎn)動周期的周期差值。

15、在本技術(shù)一實施例中，多次基于所述參考信號確定多路輸入信號的加權(quán)系數(shù)，包括：

16、s11，確定當前次序的參考信號，并基于多路輸入信號構(gòu)建所述導航天線的輸入矢量x(n)，其中，所述輸入矢量x(n)的數(shù)學表達式為：

17、x(n)＝[x1(n),x2(n),…xm(n)]t

18、式中，x1(n)為第一個陣元在時間n接收的信號，x2(n)為第二個陣元在時間n接收的信號，xm(n)為第m個陣元在時間n接收的信號，[·]t表示轉(zhuǎn)置矩陣；

19、s12，為每個陣元分配初始加權(quán)系數(shù)，得到加權(quán)矢量w，其中，所述加權(quán)矢量w的數(shù)學表達式為：

20、w＝[w1,w2,…wm]t

21、式中，w1為第一個陣元的初始加權(quán)系數(shù)，w2為第二個陣元的初始加權(quán)系數(shù)，wm為第m個陣元的初始加權(quán)系數(shù)；

22、s13，基于所述當前次序的參考信號、所述輸入矢量x(n)和所述加權(quán)矢量w計算所述導航天線的最小輸出功率以及最小輸出功率對應的最佳加權(quán)矢量wopt，或者，基于所述當前次序的參考信號、所述輸入矢量x(n)和所述加權(quán)矢量w執(zhí)行空時二維自適應算法，得到多路輸入信號的加權(quán)系數(shù)，其中，所述最佳加權(quán)矢量wopt包括多路輸入信號的加權(quán)系數(shù)；

23、s14，將下一次序的參考信號作為當前次序的參考信號，并回到步驟s1，直至基于所有參考信號確定多路輸入信號的加權(quán)系數(shù)。

24、在本技術(shù)一實施例中，基于所述當前次序的參考信號、所述輸入矢量x(n)和所述加權(quán)矢量w計算所述導航天線的最小輸出功率以及最小輸出功率對應的最佳加權(quán)矢量wopt，包括：

25、基于所述輸入矢量x(n)和所述加權(quán)矢量w計算所述導航天線的輸出y(n)，其中，所述導航天線的輸出y(n)的數(shù)學表達式為：

26、y(n)＝wh·x(n)

27、基于所述輸入矢量x(n)、所述導航天線的輸出y(n)和所述加權(quán)矢量w計算所述導航天線的輸出功率pout，其中，所述輸出功率pout的數(shù)學表達式為：

28、pout＝e[y(n)2]＝e[(wh·x(n))·(wh·x(n))h]＝e[wh·rxx·w]

29、式中，rxx為所述輸入矢量x(n)的自相關(guān)矩陣，rxx＝e[x(n)·xh(n)]，[·]h表示共軛轉(zhuǎn)置矩陣；

30、配置約束條件wh·s＝1，以使得第一個陣元的加權(quán)系數(shù)為1，并作為當前次序的參考信號，其中，s為加權(quán)系數(shù)約束向量；以所述約束條件和所述輸出功率pout的數(shù)學表達式構(gòu)造拉格朗日函數(shù)，其中，所述拉格朗日函數(shù)l(w)的數(shù)學表達式為：

31、l(w)＝whrxxw+λ(whs-1)

32、式中，λ為拉格朗日乘子；

33、對于m階艾爾米特型的自相關(guān)矩陣rxx，滿足f＝whrxxw，則有如下梯度等式成立：

34、

35、對所述拉格朗日函數(shù)l(w)的數(shù)學表達式取梯度，并將所述梯度等式代入至取梯度后的拉格朗日函數(shù)l(w)的數(shù)學表達式中，得到最佳權(quán)重矢量wopt，其中，wopt＝-λrxx-1s。

36、在本技術(shù)一實施例中，還包括：

37、將所述最佳權(quán)重矢量wopt的數(shù)學表達式wopt＝-λrxx-1s聯(lián)立所述約束條件wh·s＝1，得到所述拉格朗日乘子λ，其中，所述拉格朗日乘子λ的數(shù)學表達式為：

38、

39、聯(lián)立所述拉格朗日乘子λ的數(shù)學表達式、所述最佳權(quán)重矢量wopt的數(shù)學表達式以及所述梯度等式，得到最小輸出功率pomin，其中，所述最小輸出功率pomin的數(shù)學表達式為：

40、

41、式中，[·]h表示共軛轉(zhuǎn)置矩陣；

42、基于所述最小輸出功率pomin的數(shù)學表達式將所述最佳權(quán)重矢量wopt改寫

43、在本技術(shù)一實施例中，基于所述當前次序的參考信號、所述輸入矢量x(n)和所述加權(quán)矢量w執(zhí)行空時二維自適應算法，得到多路輸入信號的加權(quán)系數(shù)，包括：

44、s21，將所述當前次序的參考信號作為期望信號d(n)，并計算所述輸入矢量x(n)中除所述期望信號d(n)以外的每個輸入信號與期望信號d(n)之間的誤差e(n)，其中，e(n)＝d(n)-wh(n)·x(n)，n時刻的加權(quán)矢量w(n)由n-1時刻確定；

45、s22，以誤差均方值最小化為基準構(gòu)建代價函數(shù)，其中，所述代價函數(shù)的數(shù)學表達式為：

46、j(w)＝e[|d(n)-wh·x(n)|]＝e[|d(n)|2]-2re[wh·rxd]+whrxxw

47、式中，j(w)為代價值，re表示取實部，rxx為所述輸入矢量x(n)的自相關(guān)矩陣，rxd所述輸入矢量x(n)與所述期望信號d(n)的互相關(guān)矩陣；

48、s23，計算所述代價函數(shù)的最小代價值對應的加權(quán)矢量w(n)'，得到多路輸入信號的加權(quán)系數(shù)；

49、s24，將下一次序的參考信號作為當前次序的參考信號，并回到步驟s21，直至完成基于所有參考信號的加權(quán)系數(shù)計算。

50、在本技術(shù)一實施例中，還包括：

51、基于所述代價函數(shù)的最小代價值對應的加權(quán)矢量w(n)'對n+1時刻的加權(quán)矢量w(n+1)進行更新，其中，更新公式為：

52、w(n+1)＝w(n)'+μx(n)e*(n)

53、式中，μ為可調(diào)的步長因子，e*(n)為誤差e(n)的伴隨矩陣。

54、在本技術(shù)一實施例中，所述導航天線包括兩個陣元，其中一個陣元為參考通道，另一個陣元為輔助通道。

55、本技術(shù)還提供一種分集抗干擾北斗導航定位裝置，包括：

56、獲取模塊，用于獲取環(huán)形陣列天線中的每個單天線在多個轉(zhuǎn)動周期的目標頻段的信號幅值變化數(shù)據(jù)，其中，所述信號幅值變化數(shù)據(jù)包括多個轉(zhuǎn)動周期的轉(zhuǎn)動角度以及轉(zhuǎn)動角度對應的信號幅值，所述環(huán)形陣列天線包括多路環(huán)形的陣元，每個陣元包括圓周均勻分布的多個單天線；

57、范圍確定模塊，用于基于所述多個轉(zhuǎn)動周期的信號幅值變化數(shù)據(jù)確定每個單天線的目標接收角度范圍，其中，所述目標接收角度范圍內(nèi)的信噪比最高；

58、信號篩選模塊，用于基于所述環(huán)形陣列天線的轉(zhuǎn)速以及所述目標接收角度范圍確定每個單天線的接收時間窗口，得到每個單天線的接收信號，并對同一個陣元中的所有接收信號進行合路，得到每個陣元的輸入信號；

59、分集處理模塊，用于將多路陣元的輸入信號分別作為參考信號，并多次基于所述參考信號確定多路輸入信號的加權(quán)系數(shù)；基于多路輸入信號的加權(quán)系數(shù)對所述多路輸入信號進行加權(quán)，得到功率最小化的輸出信號，并將所述輸出信號作為定位信號。

60、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的一種分集抗干擾北斗導航定位方法和裝置，本技術(shù)中的導航天線采用多陣元以及天線環(huán)形布置，相比于平面陣列式布局，本技術(shù)中的導航天線可以節(jié)省更多的安裝空間。此外，本技術(shù)中的天線在轉(zhuǎn)動中接收信號，在進行信號合路之前，計算每個天線的目標接收角度范圍，以每個單天線的主瓣方向來接收信號，并進行合路，從而提高輸入信號的信噪比。較高信噪比的輸入信號經(jīng)過分集抗干擾處理后，便可以得到較為準確地定位信號。本技術(shù)中的分集抗干擾處理方法中，分別以每一路輸入信號作為參考信號，多次進行加權(quán)系數(shù)的確定，從而保持定位效果的同時，可以減少大量的天線數(shù)量，進一步節(jié)省天線的安裝空間。