基于凸优化的鲁棒gps空时抗干扰算法-西北工业大学学报导航页.pdf

２０１６年１２月 西 北 工 业 大 学 学 报 Ｄｅｃ． ２０１６ 第３４卷第６期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．６ 基于凸优化的鲁棒 ＧＰＳ 空时抗干扰算法 杨琼，张怡，唐成凯 （西北工业大学 电子信息学院，陕西 西安　 ７１００７２） 摘　 要：针对ＧＰＳ空时抗干扰算法性能因方向矢量失配误差和协方差矩阵误差影响而下降的问题， 提出了一种基于凸优化的鲁棒ＧＰＳ空时抗干扰算法。 该算法利用Ｃａｐｏｎ 空间谱估计重构噪声加干扰 协方差矩阵，并通过凸优化方程得到修正方向矢量，最终得到空时滤波权值，降低了阵列误差和方向 矢量误差的影响。 从空频响应谱、失配情况和不同快拍数下的算法性能等三方面进行仿真分析比较， 仿真结果表明文中所提出的方法对宽带干扰和窄带干扰均有良好的干扰抑制效果。 在相同的快拍数 下信干噪比更好，对方向矢量误差具有一定的鲁棒性。 关　 键　 词：ＧＰＳ；抗干扰；矩阵重构；凸优化；自相关；波束形成；约束最优化；ＭＡＴＬＡＢ；波长 中图分类号：ＴＰ９１　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 文章编号：１０００⁃２７５８（２０１６）０６⁃１０３５⁃０５ 　 　 全球定位系统（ＧＰＳ）的精密应用受到日益复杂 的电磁环境及各类卫星导航干扰技术的挑战。 各类 １　 空时抗干扰模型 干扰对ＧＰＳ接收机的精度、可用性、完好性构成严 重威胁。 空时自适应滤波（ＳＴＡＰ）抗干扰技术可以 １．１　 信号模型 抑制多种干扰，但在实际应用中阵列误差将导致空 时滤波算法性能急剧下降。 另外，由于天线接收平 空时自适应滤波结构如图１所示。 台的运动、干扰位置的快速变化等原因，导致假定的 方向矢量和实际的方向矢量不能完全匹配，使阵列 输出的信干噪比（ＳＩＮＲ）降低。 文献 ［１⁃２］ 提 出的对角加载法 （ｄｉａｇｏｎａｌ ｌｏａｄｉｎｇ，ＤＬ）是一种有效提高空时滤波鲁棒性的方 法，缺点是最优对角载入因子难以确定；文献［３］提 出的协方差矩阵锐化方法（ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ ｍａｔｒｉｘ ｔａｐｅｒ， ＣＭＴ）通过加宽零陷来降低阵列误差，但锐化因子 需要靠经验取值；文献［４⁃５］利用子空间投影法修正 方向矢量，但是这类算法在低信噪比环境下性能较 差；文献［６］提出矩阵重构的宽带鲁棒波束形成算 法，物理实现简单，但并不能消除方向矢量误差。 针对上述问题，本文提出一种基于凸优化的 ＧＰＳ抗干扰方法。 先利用Ｃａｐｏｎ空间谱估计方法重 图１　 空时滤波器结构图 构干扰加噪声协方差矩阵，根据凸优化方程估计出 实际的期望信号的方向矢量，然后计算最优空时权 从每个阵元通道看，各级延时构成ＦＩＲ滤波，可 值，得到稳健的空时抗干扰算法。 收稿日期：２０１６⁃０４⁃２０ 基金项目：国家自然科学基金资助 作者简介：杨琼（１９８８—），西北工业大学博士研究生，主要从事卫星通信抗干扰的研究。 ·１０３６ · 西　 北　 工　 业　 大　 学　 学　 报 第３４卷 以在时域上除去干扰；从相同的时间延迟节点看，不 上限。 ２ －１ 同的阵元构成了空域的自适应滤波，可以分辨空间 ＳＩＮＲ ＝ＳＩＮＲ ∗ｃｏｓ （ａ，ａ，Ｒ ） （７）