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        降噪多天線衛(wèi)星導航欺騙干擾抑制方法

        2018-08-20 06:17:30郝鵬飛張林讓
        信號處理 2018年1期
        關(guān)鍵詞:協(xié)方差接收機矢量

        王 純 郝鵬飛 張林讓

        (1. 西安建筑科技大學信息與控制工程學院,陜西西安 710055;2. 西安電子科技大學電子信息工程學院,陜西西安 710071)

        1 引言

        盡管傳統(tǒng)陣列天線技術(shù)是衛(wèi)星導航對抗壓制干擾最為有效的方法之一[1-2],但當衛(wèi)星導航欺騙干擾源發(fā)射比真實信號功率稍大的假信號時,欺騙干擾對抗效果欠佳。如最小方差無失真響應(MVDR)、廣義旁瓣相消(GSC)和功率倒置法(PI)等為代表的常規(guī)自適應空域濾波均是GPS接收機陣列天線對抗大功率壓制干擾的常規(guī)算法。但陣列天線衛(wèi)星導航接收機在欺騙干擾環(huán)境中面對低SNR和負JNR,陣列接收信號協(xié)方差矩陣的逆與真實信號導向矢量不正交,故無法抑制欺騙干擾。

        目前,世界各國研究機構(gòu)學者已紛紛將研究重心轉(zhuǎn)向衛(wèi)星導航接收終端反欺騙技術(shù),該技術(shù)已出現(xiàn)在許多公開發(fā)表的文獻中。加拿大卡爾加里大學Daneshmand[3]提出了低計算復雜度的陣列天線抗欺騙干擾方法,該方法提取欺騙的導向矢量時沒有要求對陣列接收信號解擴。隨后,2014年提出一類預解擴的陣列天線GPS抗欺騙干擾方法,它基于正交投影和解擴實現(xiàn)欺騙干擾抑制[4]。該方法通過干擾的正交投影矩陣對接收數(shù)據(jù)進行投影,再對投影后的數(shù)據(jù)進行解擴,最后根據(jù)最大信噪比準則求權(quán)。后來,兩級結(jié)構(gòu)壓制和欺騙干擾聯(lián)合抑制方法成功利用兩次正交投影逐級實現(xiàn)了對壓制干擾和欺騙干擾的抑制,并避免了預解擴帶來的計算復雜度[5]。與此同時,一種低復雜度盲欺騙干擾抑制方法——互相關(guān)投影法首先設法求得干擾正交投影矩陣,再利用投影互相關(guān)矩陣進行的最大特征值對應的特征向量實現(xiàn)欺騙干擾抑制[6]。然而,這些方法均未闡明對傳統(tǒng)陣列天線抑制在欺騙干擾環(huán)境中性能不佳的直接原因。本文以MVDR空域濾波算法為例,從欺騙干擾環(huán)境中信噪比、干噪比、信干比等參數(shù)對輸出信干噪比的影響入手,特別是信號和干擾強度遠小于噪聲強度的情況。當干擾導向矢量與噪聲子空間正交時,陣列在干擾方向上才可以形成零陷[7- 8]。但從MVDR算法的輸出功率表達式上看,噪聲功率較高時會退化成為常規(guī)波束形成(CBF)[9-11],故只能對期望信號方向保型,而不能對干擾方向產(chǎn)生零陷,就不具備欺騙干擾抑制的能力了。

        本文首先通過降噪改善衛(wèi)星導航陣列接收環(huán)境,在使用輸出功率最小準則最優(yōu)化權(quán)矢量時,保留了協(xié)方差矩陣逆的小特征值對應的特征向量,使之與真實信號導向矢量正交,從而保證對欺騙干擾方向上形成零陷,成功實現(xiàn)欺騙干擾的抑制。此外,本文從理論上分析了降噪欺騙干擾抑制方法在協(xié)方差矩陣的影響,以及該方法的波束方向圖和輸出SINR性能。最后,仿真實驗驗證所提方法能有效抵抗欺騙干擾的攻擊。

        2 信號模型

        假設接收機前端放置了N根間距半波長等距線陣,接收M個信號,其中包括P個真實信號和Q個欺騙干擾,以及加性高斯白噪聲。經(jīng)過單路徑傳播后,M個陣元接收的信號向量x(t)可以表示為:

        (1)

        式中,a(θi)為第i個導航衛(wèi)星的導向矢量,a(θk)為第k個欺騙干擾的導向矢量,而n(t)為加性高斯白噪聲。bi(t)為數(shù)據(jù)比特;ci是第i個導航衛(wèi)星的擴頻碼。Pi表示第i個衛(wèi)星的總發(fā)射功率,令θi、τi分別是第i個衛(wèi)星信號到達接收天線陣列的波達方向、時延。此時,設i=1上式可寫作:

        x(t)=σ1b1(t-τ1)c1(t-τ1)ejφa1+j(t)+n(t)

        (2)

        (3)

        對接收信號協(xié)方差矩陣Rx做特征值分解得

        (4)

        (5)

        可以看出,此時無法利用小特征值對應的特征向量ui(i=M+1,M+2,…,N)與導航信號導向矢量的正交關(guān)系,因此波束方向圖無法在干擾相應位置形成零陷。從另一方面說,在欺騙干擾和壓制干擾這兩種背景下,干擾信號功率水平的不同是接收環(huán)境最主要的區(qū)別:1)壓制干擾功率與噪聲功率的比值(即干噪比INR)約20 dB甚至更大;2)欺騙干擾環(huán)境下的INR僅-15 dB左右,遠小于前者。

        3 降噪預解擴欺騙干擾抑制方法

        圖1 所提方法框圖

        3.1 降噪預處理

        (6)

        (7)

        x1(t)=σsb1(t-τ1)c1(t-τ1)ejφa1+j(t)+α·n(t)

        (8)

        其中,系數(shù)α表示降噪系數(shù),其范圍0≤α≤1,α越大,說明降噪程度不明顯;α越小,說明降噪程度越嚴重。α·n(t)可以看做是降噪后接收信號中的殘留噪聲成分。

        降噪后的接收信號協(xié)方差矩陣為

        (9)

        結(jié)合式(7)所示的降噪過程,可以算得降噪系數(shù)α的值為

        (10)

        在非常理想的情況下,噪聲功率估計值與真實值越接近,α越接近零,此時降噪后的接收信號x1(t)中幾乎不含噪聲成分。

        3.2 降噪預處理后的最優(yōu)化波束形成

        設權(quán)矢量為w,則降噪后陣列輸出為

        y(t)=wH·x1(t)

        (11)

        陣列總的輸出功率為

        Pout=E[|y(t)|2]=wHRx1w

        (12)

        求取最優(yōu)加權(quán)矢量時根據(jù)帶約束的輸出功率最小準則,即在保證對真實信號的增益為常數(shù)wH·a1=1的條件下,使輸出總功率最小。

        (13)

        式中a1表示期望信號的導向矢量。利用拉格朗日乘子法構(gòu)建代價函數(shù),求極值可得加權(quán)矢量為

        (14)

        4 降噪處理對協(xié)方差矩陣的影響分析

        δ1≥δ2≥…≥δM≥δM+1=δM+2=…=δN=

        (15)

        (16)

        5 降噪欺騙干擾抑制方法的性能分析

        下面分析降噪欺騙干擾抑制方法在方向圖和輸出SINR的性能。

        5.1 方向圖性能分析

        采用降噪欺騙干擾抑制方法的加權(quán)矢量,計算陣列方向圖表達式為

        (17)

        分析此算法下的陣列方向圖:

        (1)在GPS真實衛(wèi)星信號的來波方向上,a(θ)=a1,陣列的方向圖響應為

        (18)

        由此可見,降噪欺騙干擾抑制方法下,陣列對GPS真實衛(wèi)星信號的增益為單位增益,算法可以保證對真實衛(wèi)星信號的無失真接收。

        (2)該方法考慮到降噪后的數(shù)據(jù)其噪聲子空間內(nèi)的特征向量ui(i=M+1,M+2,…,N)與干擾導向矢量之間存在正交關(guān)系,即

        (19)

        由于在干擾θk方向上,a(θ)=ak陣列增益為

        (20)

        此時,陣列波束方向圖在干擾方向上的增益可以近似為“0”,說明降噪欺騙干擾抑制方法成功抑制干擾。

        5.2 輸出SINR性能分析

        下面分析降噪欺騙干擾抑制方法的輸出信干噪比SINR。將降噪后接收信號協(xié)方差矩陣Rx1表達式(9)代入陣列的總輸出功率表達式(12)中

        (21)

        結(jié)合前面對算法方向圖的分析,在GPS真實信號來向的響應為單位增益,即wHa1=1;在欺騙干擾信號來向上產(chǎn)生零陷,可近似認為wHak=0(k=2,3,...,M)。那么此時陣列總的輸出功率

        (22)

        陣列的輸出信干噪比為

        (23)

        6 仿真及性能分析

        為了驗證該算法的有效性,主要考察欺騙干擾抑制的波束方向圖、GPS同步和輸出信干噪比(SINR)這三個方面。設GPS接收機陣列采用半波長均勻間距放置的8陣元線陣。接收機時域采樣頻率采用奈奎斯特采樣頻率。信號其中心頻率為1.25 MHz,采樣頻率為5 MHz。期望衛(wèi)星發(fā)射導航信號為粗/截獲碼(C/A code),在陣列天線GPS接收機中,為了驗證本文提出方法的有效性,仿真首先觀察了本方法的波束方向圖。GPS真實衛(wèi)星信號功率為-160 dBW,入射角度為-5°,兩個欺騙干擾均發(fā)送具有同顆衛(wèi)星的C/A碼,延遲隨機產(chǎn)生,其功率-150 dBW,入射角度分別為-50°和30°,高斯白噪聲的功率為-140 dBW。數(shù)據(jù)長度選擇包括20組1023碼長的C/A碼。

        實驗1波束方向圖

        在上述實驗條件下,對比傳統(tǒng)MVDR算法和降噪欺騙干擾抑制方法的方向圖。如圖2所示,降噪欺騙干擾抑制方法的方向圖在真實信號方向上為單位增益,且在兩個欺騙干擾方向上形成了零陷。說明降噪欺騙干擾抑制方法已恢復了抑制欺騙干擾的能力。

        實驗2干擾抑制后同步結(jié)果

        實驗考察了使用本文方法后接收機關(guān)于頻率和碼相位的二維捕獲結(jié)果。從圖3可以看出,接收機不受欺騙干擾的影響,可實現(xiàn)對期望衛(wèi)星的碼捕獲和多普勒頻移捕獲。

        實驗3不同干擾功率對欺騙干擾抑制方法輸出SINR的影響

        不同干擾功率情況下,對比了降噪欺騙干擾抑制方法與傳統(tǒng)MVDR的SINR。仿真實驗條件同上,當干擾功率從-170 dBW到-110 dBW變化,采用200次蒙特卡洛實驗。如圖4所示,降噪欺騙干擾抑制方法在不同干擾功率情況下對輸出信干噪比的影響很小,與式(23)結(jié)論相符。降噪欺騙干擾抑制方法的輸出信干噪比高于傳統(tǒng)MVDR算法約20 dB,較大提高了多天線導航接收機抑制欺騙干擾的能力。此外,對大功率欺騙干擾依然有效。

        圖2 波束方向圖的比較

        圖3 干擾抑制后多普勒頻率和碼相位二維捕獲結(jié)果圖

        實驗4不同噪聲功率對欺騙干擾抑制方法輸出SINR的影響

        圖4 不同干擾功率下輸出信干噪比的比較

        圖5 不同噪聲功率下的輸出信干噪比的比較

        7 結(jié)論

        在欺騙干擾環(huán)境下,干擾和真實信號的功率均遠小于噪聲功率,致使接收信號協(xié)方差矩陣的大、小特征值相差無幾,無法將協(xié)方差矩陣的逆矩陣近似表達成只含噪聲子空間內(nèi)向量的形式。在運用傳統(tǒng)空域自適應濾波方法前,先進行降噪預處理,增加大、小特征值之間的差距,就可以再次將協(xié)方差矩陣的逆矩陣近似表達成只含噪聲子空間內(nèi)向量的形式,從而恢復傳統(tǒng)空域自適應濾波方法的適用條件。該降噪多天線欺騙干擾抑制方法輸出SINR較高,能使接收機不受欺騙干擾影響完成正常捕獲工作。

        [1] 王文益, 杜清榮, 吳仁彪, 等.一種利用少快拍數(shù)據(jù)的衛(wèi)星導航高動態(tài)干擾抑制算法[J].電子與信息學報,2014, 36(10): 2445-2449.

        Wang W Y, Du Q R, Wu R B, et al. High Dynamic Interference Suppression Based on Few Snapshots for Satellite Navigation System[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2014, 36(10): 2445-2449.(in Chinese)

        [2] 張柏華, 馬紅光, 孫新利,等.基于正交約束的導航接收機空時自適應方法[J].電子與信息學報, 2015, 37(4): 900-906.

        Zhang B H, Ma H G, Sun X L, et al. Space Time Adaptive Processing Technique Based on Orthogonal Constraint in Navigation Receiver[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2015, 37(4): 900-906. (in Chinese)

        [3] Daneshmand S, Jahromi A, Broumandan A, et al. A Low-Complexity GPS Anti-Spoofing Method Using a Multi-Antenna Array[C]∥Proceedings of the 25th International Technical Meeting of The Satellite Division of the Institute of Navigation (ION GNSS 2012), Nashville TN, 2012, 137(1):1233-1243.

        [4] Daneshmand S, Jafarnia-Jahromi A, Broumandan A, et al. A GNSS structural interference mitigation technique using antenna array processing[C]∥Sensor Array and Multichannel Signal Processing Workshop (SAM), 2014 IEEE 8th, 2014: 109-112.

        [5] 包莉娜, 吳仁彪, 王文益,等. 兩級結(jié)構(gòu)的衛(wèi)星導航壓制式和欺騙式干擾聯(lián)合抑制算法[J]. 信號處理, 2015, 31(9):1041-1046.

        Bao L N, Wu R B, Wang W Y, et al. Two-step GPS Interference Suppression Algorithm for Spoofing and Jamming[J]. Journal of Signal Processing, 2015, 31(9): 1041-1046. (in Chinese)

        [6] 王純, 張林讓. 基于互相關(guān)投影導航接收機欺騙干擾抑制方法[J]. 電子與信息學報, 2016, 38(8):1984-1990.

        Wang C, Zhang L R. Spoofing Mitigation Method for Navigation Receiver Based on Cross Correlation and Projection[J].Journal of Electronics & Information Technology, 2016, 38(8):1984-1990. (in Chinese)

        [7] Wax M, Anu Y. Performance analysis of the minimum variance beamforming[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, IEEE, 1996, 44(4): 928-937.

        [8] 王永良, 丁前軍, 李榮峰. 自適應陣列處理[M]. 北京: 清華大學出版社, 2004:30-36.

        Wang Y L, Ding Q J, Li R F. Adaptive array processing[M].Beijing:Tsinghua University Press,2004:30-36.(in Chinese)

        [9] Araki S, Okada M, Higuchi T,et al. Spatial correlation model based observation vector clustering and MVDR beamforming for meeting recognition[C]∥2016 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), Shanghai, 2016: 385-389.

        [10] Sergiy A. Vorobyov. Principles of minimum variance robust adaptive beamforming design[J]. Signal Processing, 2013,93(12): 3264-3277.

        [11] Amin M G, Closas P, Broumandan A, et al. Vulnerabilities, Threats and Authentication in Satellite-Based Navigation Systems[C]∥Proceedings of the IEEE, 2016, 104(6): 1169-1173.

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