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申请/专利权人：合肥工业大学

摘要：本发明公开了一种基于FrFT参数估计的卫星导航接收机抗干扰方法，涉及全球卫星导航系统领域。通过实验对发明的干扰抑制方法进行了测试，利用干扰机产生扫描干扰，测试的信号采用是GPS‑L1CA信号，混合后的信号进入干扰检测模块进行检测；检测出干扰信号后，输入到干扰抑制模块进行干扰抑制；将干扰抑制后的信号，通过数据连接线发送至软件接收机进行捕获验证，实验结果表明提出的全球卫星导航接收机抗干扰方法具有可以精准滤除扫频干扰而极大保护有用信号的优点，同时算法简单易于实现，极大提升了全球卫星导航接收机干扰抑制性能。

主权项：1.一种基于FrFT参数估计的卫星导航接收机抗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：抗干扰模块的输入信号选定GPS-L1CA信号；步骤2：利用干扰机产生扫描干扰信号Jt并且叠加上噪声信号ηt，将其添加到GNSS信号中，混合信号记为yRFt；步骤3：信号进入干扰检测模块进行检测；步骤4：检测出干扰信号后，输入到干扰抑制模块进行干扰抑制；步骤5：将干扰抑制后的信号，通过数据连接线发送至GNSS软件接收机，进行捕获验证；所述的步骤1中，GNSS信号采用的GPSL1CA信号结构如下： 公式1中，Ai是第i个有用信号的振幅；公式1中，τi是在信道传输中引起的码相位延迟；公式1中，cit-τi为随机噪声PRN码序列，设定值为集合{-1，1}；dit-τi是第i个卫星的导航电文；公式1中，fRF是载波频率，设定fRF＝1575.43MHz；fd,i是影响第i个有用信号的多普勒频移；公式1中是第i个信号的载波初始相位；所述的步骤2中产生的扫描干扰信号结构如下： 公式2中，A为线性调频干扰的幅度；公式2中，f0为线性调频干扰的初始频率；公式2中，k为线性调频干扰的扫频率；公式2中，j为虚方根；GNSS信号受到扫频信号干扰后的信号可如下表示：yRFt＝rRFt+Jt+ηt3公式3中，rRFt表示GPS-L1CA信号；公式3中，Jt表示干扰机产生的扫频干扰；公式3中，ηt表示噪声信号；所述的步骤3中干扰检测方法，具体为：计算出受干扰信号的最优FrFT阶数，将信号映射到分数阶域即u域；在u域扫频干扰将形成能量聚集，根据谱峰的坐标，估计出扫频干扰的初始频率和调频率这两个参数，然后进行离散归一化处理，得到干扰的实际初始频率f0和调频率k；步骤如下：步骤3.1：对输入信号yRFt计算FrFT，计算公式为： 公式4中，Fp·表示FrFT运算；公式4中，Kpu,t表示FrFT的积分核，积分核函数不仅为u,t的函数，同时还与阶数p有关；公式4中，Kpu,t可表示如下： 公式5中，公式5中，α＝pπ2，表示时频面的旋转角度；公式5中，当α＝2nπ或α＝2n±1π时，Kpu,t表现为冲击响应；根据公式4和公式5,输入信号yRFt进行p阶分数阶傅里叶变换后的幅度值取得最大值,满足如下数学关系： 公式6中，|FP{yRF}u|表示信号在分数阶域幅度值取得最大值；公式6中，{p,u}表示在幅度值最大时分数阶傅里叶变换的阶数，和对应u域值；公式6中，时频面旋转角度a与阶数p存在对应关系，具体计算过程为，以p为变量，设置步长为Δp，受干扰混合信号yRFt的信号长度为l；对yRFt进行分数阶傅里叶变换计算，计算结果为的数组Gn；Gn行对应阶数，列对应u域值，Gn中幅度值最大点为峰值点p,u；根据峰值点的坐标p,u可得到干扰的特征参数，计算公式如下： 公式7中，在时频面旋转角度为α时，混合信号中的扫频干扰在分数阶域取得幅度最大值；公式7中，信号在时频面的幅度值在α为最佳旋转角度时取得最大值，此时公式8和公式9成立，如下所示： 公式8中，k表示扫频干扰的调频率，公式表示调频率与时频面旋转角度、分数阶阶数的关系；公式9中，f0表示扫频干扰的初始频率，公式表示初始频率与时频面旋转角度、分数阶阶数的关系、u域坐标关系；因此根据检测到的峰值就可以得到旋转角度α，再根据8和9式就可以得到扫描干扰的特征参数k和f0；步骤3.2：干扰参数估计需要归一化处理；设定采样率为fs，引入归一化因子s，设定真实信号的调频率为k，初始频率为f0；信号经过量纲归一化后的估计值调频率为初始频率计算公式为： 公式10和公式11中，s为尺度因子，且t为输入信号的时长,fs为采样频率；根据7式可以先得到最佳旋转角度α，然后根据二者关系得到最优阶数p，再根据公式8和公式9可以得到特征参数和然后根据10和11得到干扰的真实调频率k和初始频率f0；所述的步骤4中干扰抑制方法，先对受干扰信号yRFt进行本地信号调制，然后再用陷波器滤除单频残留信号，最后需要解调滤波后的信号；具体步骤为：步骤4.1：通过FrFT参数估计后,得到了干扰信号的真实调频率k和初始频率f0；首先根据估计的真实调频率k生成一个本地调频信号与步骤2中的yRFt进行调制处理，处理后的信号记为y1t，则y1t如下所示： 公式12中，公式12中，j为虚方根，·表示点乘；公式12中，k为由参数估计得到的真实干扰信号的调频率；公式12中，y1t信号为yRFt经过本地产生的调频信号进行了解线频处理，此时y1t信号中存在单频残留分量；步骤4.2：针对y1t信号中存在单频残留分量，设计陷波器滤除该单频残留信号，陷波器的传输响应记为ht，其传递函数为Hω，则有如下关系： 公式13中，Hω表示理想陷波器的传递函数，频率f0处呈阻带模式，除去频率f0处以外的频率分量全部通过；公式14中，Hz表示陷波器的z变换；公式14中，r为陷波带宽系数，控制陷波器开口大小，r值越大陷波器宽度越窄；公式14中，陷波器3dB带宽ω3dB＝21-r，r属于[0,1]；步骤4.3：采用数字IIR直接型滤波器结构，陷波频点为由参数估计得到的真实干扰信号的初始频率f0，确定r的值，带入公式14，则陷波器Hz可由陷波频点和陷波带宽确定其系数；步骤4.4：将步骤4.1得到的y1t输入陷波器滤除残留单频分量，滤波器输出结果设定为y2t，其y1t与ht卷积过程如下所示：y2t＝y1t*ht15公式15中，y1t表示解线频后的信号，ht表示陷波器的冲击响应，*表示卷积运算符；信号在时域与陷波器作卷积运算，则对应频域为作乘积运算，数学过程如下表达式所示：y22πf＝y12πf·H2πf016公式16中，y22πf表示滤除单频分量后的信号频率函数；公式16中，y12πf表示解线频后的信号频率函数；公式16中，f0为陷波频点，由参数估计得到的真实干扰信号的初始频率；步骤4.5：将对y2t与本地产生的信号进行解调，即y2t与本地信号生成的相乘得到滤波后的信号，记为st： 公式17中，k为参数估计得到的真实干扰信号的调频率；公式17中，j为虚方根，·表示点乘；公式17中，y2t为经过陷波器滤除单频分量后的信号；公式17中，st为抑制扫频干扰后的GNSS信号；所述的步骤5中的捕获方法，其步骤如下：步骤5.1：干扰抑制后的中频信号st与本地载波发生器的同相分量和正交分量相乘，相乘的结果看作两个中间变量sIt和sQt，计算公式如下： 公式18中，sIt表示干扰抑制后的中频信号st与本地载波同相分量同步结果；公式19中，sQt表示干扰抑制后的中频信号st与本地载波正交分量同步结果；公式18和公式19中，fIF表示GNSS信号的数字中频，Δf表示频率偏移量；步骤5.2：对步骤5.1得到的复信号做傅里叶变换；计算公式如下：xt＝sIt+jsQt20 公式20中，xt表示由sIt和sQt得到的解析信号；公式21中，Xf表示xt复信号的傅里叶变换；公式20和公式21中，j表示虚根单位；步骤5.3：对本地伪码发生器输出的伪码信号做傅里叶变换并取共轭；步骤5.4：将步骤5.2和步骤5.3的结果相乘并将乘积做逆傅里叶变换；步骤5.5：对步骤5.4中的逆傅里叶变换结果取模并进行门限判决；相关结果有强尖峰，信号成功捕获，尖峰位置对应伪码相位和本地载波的频率，本地载波频率等于信号的载波频率。

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