本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，具體是一種分集抗干擾北斗導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)在軍民多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但是，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)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(jī)，克服各種干擾對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)航天線，傳統(tǒng)的四陣元北斗抗干擾衛(wèi)星導(dǎo)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(diǎn)半波長(zhǎng)，隨著接收信號(hào)頻點(diǎn)的較低，陣元之間的距離變大，從而導(dǎo)致北斗四陣列天線的安裝尺寸較大。同時(shí)，現(xiàn)有的平面陣列式布局無法總是以主瓣方向接收信號(hào)，從而導(dǎo)致信號(hào)的信噪比較低。

技術(shù)實(shí)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(dǎo)航定位方法和裝置，以解決背景技術(shù)中的問題。

2、為了實(shí)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(dǎo)航定位方法，包括步驟：

4、獲取環(huán)形陣列天線中的每個(gè)單天線在多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期的目標(biāo)頻段的信號(hào)幅值變化數(shù)據(jù)，其中，所述信號(hào)幅值變化數(shù)據(jù)包括多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期的轉(zhuǎn)動(dòng)角度以及轉(zhuǎn)動(dòng)角度對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅值，所述環(huán)形陣列天線包括多路環(huán)形的陣元，每個(gè)陣元包括圓周均勻分布的多個(gè)單天線；

5、基于所述多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期的信號(hào)幅值變化數(shù)據(jù)確定每個(gè)單天線的目標(biāo)接收角度范圍，其中，所述目標(biāo)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(biāo)接收角度范圍確定每個(gè)單天線的接收時(shí)間窗口，得到每個(gè)單天線的接收信號(hào)，并對(duì)同一個(gè)陣元中的所有接收信號(hào)進(jìn)行合路，得到每個(gè)陣元的輸入信號(hào)；

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

8、在本技術(shù)一實(shí)施例中，基于所述多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期的信號(hào)幅值變化數(shù)據(jù)確定每個(gè)單天線的目標(biāo)接收角度范圍，包括：

9、提取每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期的最大信號(hào)幅值以及最大信號(hào)幅值對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度radt，其中，t為轉(zhuǎn)動(dòng)周期序號(hào)；

10、對(duì)所有的轉(zhuǎn)動(dòng)角度radt進(jìn)行聚類，得到一個(gè)或者多個(gè)簇；

11、在存在包含超過預(yù)設(shè)比例的轉(zhuǎn)動(dòng)角度radt的目標(biāo)簇時(shí)，計(jì)算所述目標(biāo)簇內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)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(biāo)接收角度范圍其中，c為單個(gè)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(shí)施例中，基于所述環(huán)形陣列天線的轉(zhuǎn)速以及所述目標(biāo)接收角度范圍確定每個(gè)單天線的接收時(shí)間窗口，包括：

13、獲取當(dāng)前時(shí)間tn以及所述環(huán)形陣列天線的當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)角度anglen；

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

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

16、s11，確定當(dāng)前次序的參考信號(hào)，并基于多路輸入信號(hào)構(gòu)建所述導(dǎo)航天線的輸入矢量x(n)，其中，所述輸入矢量x(n)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

17、x(n)＝[x1(n),x2(n),…xm(n)]t

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

19、s12，為每個(gè)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(xué)表達(dá)式為：

20、w＝[w1,w2,…wm]t

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

22、s13，基于所述當(dāng)前次序的參考信號(hào)、所述輸入矢量x(n)和所述加權(quán)矢量w計(jì)算所述導(dǎo)航天線的最小輸出功率以及最小輸出功率對(duì)應(yīng)的最佳加權(quán)矢量wopt，或者，基于所述當(dāng)前次序的參考信號(hào)、所述輸入矢量x(n)和所述加權(quán)矢量w執(zhí)行空時(shí)二維自適應(yīng)算法，得到多路輸入信號(hào)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(hào)的加權(quán)系數(shù)；

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

24、在本技術(shù)一實(shí)施例中，基于所述當(dāng)前次序的參考信號(hào)、所述輸入矢量x(n)和所述加權(quán)矢量w計(jì)算所述導(dǎo)航天線的最小輸出功率以及最小輸出功率對(duì)應(yīng)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(jì)算所述導(dǎo)航天線的輸出y(n)，其中，所述導(dǎo)航天線的輸出y(n)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

26、y(n)＝wh·x(n)

27、基于所述輸入矢量x(n)、所述導(dǎo)航天線的輸出y(n)和所述加權(quán)矢量w計(jì)算所述導(dǎo)航天線的輸出功率pout，其中，所述輸出功率pout的數(shù)學(xué)表達(dá)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(gè)陣元的加權(quán)系數(shù)為1，并作為當(dāng)前次序的參考信號(hào)，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(xué)表達(dá)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(xué)表達(dá)式為：

31、l(w)＝whrxxw+λ(whs-1)

32、式中，λ為拉格朗日乘子；

33、對(duì)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(duì)所述拉格朗日函數(shù)l(w)的數(shù)學(xué)表達(dá)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(xué)表達(dá)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(shí)施例中，還包括：

37、將所述最佳權(quán)重矢量wopt的數(shù)學(xué)表達(dá)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(xué)表達(dá)式為：

38、

39、聯(lián)立所述拉格朗日乘子λ的數(shù)學(xué)表達(dá)式、所述最佳權(quán)重矢量wopt的數(shù)學(xué)表達(dá)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(xué)表達(dá)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(xué)表達(dá)式將所述最佳權(quán)重矢量wopt改寫

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

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

45、s22，以誤差均方值最小化為基準(zhǔn)構(gòu)建代價(jià)函數(shù)，其中，所述代價(jià)函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)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(jià)值，re表示取實(shí)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(hào)d(n)的互相關(guān)矩陣；

48、s23，計(jì)算所述代價(jià)函數(shù)的最小代價(jià)值對(duì)應(yīng)的加權(quán)矢量w(n)'，得到多路輸入信號(hào)的加權(quán)系數(shù)；

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

50、在本技術(shù)一實(shí)施例中，還包括：

51、基于所述代價(jià)函數(shù)的最小代價(jià)值對(duì)應(yīng)的加權(quán)矢量w(n)'對(duì)n+1時(shí)刻的加權(quán)矢量w(n+1)進(jìn)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(zhǎng)因子，e*(n)為誤差e(n)的伴隨矩陣。

54、在本技術(shù)一實(shí)施例中，所述導(dǎo)航天線包括兩個(gè)陣元，其中一個(gè)陣元為參考通道，另一個(gè)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(dǎo)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(gè)單天線在多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期的目標(biāo)頻段的信號(hào)幅值變化數(shù)據(jù)，其中，所述信號(hào)幅值變化數(shù)據(jù)包括多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期的轉(zhuǎn)動(dòng)角度以及轉(zhuǎn)動(dòng)角度對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅值，所述環(huán)形陣列天線包括多路環(huán)形的陣元，每個(gè)陣元包括圓周均勻分布的多個(gè)單天線；

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

58、信號(hào)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(biāo)接收角度范圍確定每個(gè)單天線的接收時(shí)間窗口，得到每個(gè)單天線的接收信號(hào)，并對(duì)同一個(gè)陣元中的所有接收信號(hào)進(jìn)行合路，得到每個(gè)陣元的輸入信號(hào)；

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

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(dǎo)航定位方法和裝置，本技術(shù)中的導(dǎo)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(dǎo)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(dòng)中接收信號(hào)，在進(jìn)行信號(hào)合路之前，計(jì)算每個(gè)天線的目標(biāo)接收角度范圍，以每個(gè)單天線的主瓣方向來接收信號(hào)，并進(jìn)行合路，從而提高輸入信號(hào)的信噪比。較高信噪比的輸入信號(hào)經(jīng)過分集抗干擾處理后，便可以得到較為準(zhǔn)確地定位信號(hào)。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(hào)作為參考信號(hào)，多次進(jìn)行加權(quán)系數(shù)的確定，從而保持定位效果的同時(shí)，可以減少大量的天線數(shù)量，進(jìn)一步節(jié)省天線的安裝空間。