卫星导航阵列抗干扰接收机在给定场景下的载噪比估计方法

本技术涉及卫星导航，特别是涉及一种卫星导航阵列抗干扰接收机在给定场景下的载噪比估计方法。

背景技术：

1、卫星导航系统可为用户提供全天时、全天候、高精度的定位和授时服务，已经在航空、电力、金融、交通运输、通信等领域得到了广泛的应用。随着科技朝着无人化、智能化的方向发展，可以预见卫星导航的地位和作用将进一步凸显。电磁干扰是卫星导航面临的主要威胁之一，当卫星导航接收机受到电磁干扰时，其接收到的卫星信号的载噪比将下降，导致定位精度恶化，当载噪比下降到信号跟踪门限以下时，卫星导航接收机将失去对卫星信号的跟踪导致无法定位。研究表明，一个发射功率1瓦的电磁干扰就可以导致数公里范围内的卫星导航接收机无法正常工作。为应对电磁干扰的威胁，学术界和工业部门提出了多种卫星导航抗干扰方法。其中基于阵列天线的自适应调零技术被证明最为有效，并且已经成为了高价值平台中采用的主流方案，采用这种抗干扰技术的卫星导航接收机也称为卫星导航阵列抗干扰接收机。载噪比是评价卫星导航接收机定位授时性能的重要指标，它直接决定了卫星导航接收机能否正常工作以及定位精度有多高。卫星导航阵列抗干扰接收机的载噪比与具体的使用场景密切相关，卫星信号和干扰的数目、功率、入射方向等场景参数都会影响其载噪比。即使给定了场景参数，卫星导航阵列抗干扰接收机的载噪比还取决于硬件的非线性度和采用的抗干扰准则，其映射关系较为复杂，目前尚无公开可用的模型。

2、为了获得卫星导航阵列抗干扰接收机的在给定场景下的载噪比，目前主要依靠实测的手段。通常在暗室或外场环境施加干扰模拟真实的使用场景，直接测试其输出的载噪比。这种方法的优点是评估结果精准，与实际一致，但缺点也非常明显。一是实测的工程量大、对场地和环境要求苛刻，实现代价高；二是实测只能获得若干有限场景的载噪比，难以遍历卫星导航阵列抗干扰接收机在一个完整的任务周期中各个时刻的载噪比。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够获取卫星导航阵列抗干扰接收机在一个完整的任务周期中各个时刻的载噪比并且降低实现代价的卫星导航阵列抗干扰接收机在给定场景下的载噪比估计方法。

2、一种卫星导航阵列抗干扰接收机在给定场景下的载噪比估计方法，所述方法包括：

3、获取卫星导航阵列抗干扰接收机的输入功率和接收机自身的三阶交调截取点；

4、根据输入功率和接收机自身的三阶交调截取点进行计算，得到接收机的三阶交调分量的功率；

5、将三阶交调分量等效为热噪声，根据接收机的三阶交调分量的功率进行损耗计算，得到三阶交调引起的载噪比损耗；

6、根据卫星导航阵列抗干扰接收机的数模转换器有效位计算出数模转换器输入经采样量化后的信噪比，利用信噪比和三阶交调引起的载噪比损耗计算得到接收机采样量化引起的载噪比损耗；

7、根据三阶交调引起的载噪比损耗和接收机采样量化引起的载噪比损耗计算得到三阶交调损耗和采样量化损耗后的噪声功率；

8、利用噪声功率对卫星导航阵列抗干扰接收机的天线阵列接收到的阵列信号进行计算，得到阵列信号的相关矩阵；

9、根据相关矩阵计算得到抗干扰权值，利用抗干扰权值估计卫星导航阵列抗干扰接收机的阵列输出信干噪比，根据阵列输出信干噪比计算得到载噪比。

10、在其中一个实施例中，根据输入功率和接收机自身的三阶交调截取点进行计算，得到接收机的三阶交调分量的功率，包括：

11、根据输入功率和接收机自身的三阶交调截取点进行计算，得到接收机的三阶交调分量的功率为

12、pim3＝oip3-3·(iip3-pin)

13、

14、其中，oip3为接收机的输出三阶交调截取点，iip3为接收机的输入三阶交调截取点，pim3为接收机的三阶交调分量的功率，pin为输入功率，m为干扰的数目，pjm为接收机天线口面接收到的第m个干扰的功率。

15、在其中一个实施例中，将三阶交调分量等效为热噪声，根据接收机的三阶交调分量的功率进行损耗计算，得到三阶交调引起的载噪比损耗，包括：

16、将三阶交调分量等效为热噪声，根据接收机的三阶交调分量的功率进行损耗计算，得到三阶交调引起的载噪比损耗为

17、

18、n0＝k·f·t

19、其中，rc为信号中扩频码的码率，q为抗干扰品质因数，n0为接收机的噪声谱密度，k为玻尔兹曼常数，t为噪声温度，f为接收机的噪声系数。

20、在其中一个实施例中，根据卫星导航阵列抗干扰接收机的数模转换器有效位计算出数模转换器输入经采样量化后的信噪比，包括：

21、根据卫星导航阵列抗干扰接收机的数模转换器有效位计算出数模转换器输入经采样量化后的信噪比为

22、snr＝6.02·b+1.76

23、其中，b为数模转换器有效位。

24、在其中一个实施例中，利用信噪比和三阶交调引起的载噪比损耗计算得到接收机采样量化引起的载噪比损耗，包括：

25、利用信噪比和三阶交调引起的载噪比损耗计算得到接收机采样量化引起的载噪比损耗为

26、

27、其中，b为接收机的前端带宽，n0为接收机的噪声谱密度，l1为三阶交调引起的载噪比损耗，pin为输入功率。

28、在其中一个实施例中，利用噪声功率对卫星导航阵列抗干扰接收机的天线阵列接收到的阵列信号进行计算，得到阵列信号的相关矩阵，包括：

29、利用噪声功率对卫星导航阵列抗干扰接收机的天线阵列接收到的阵列信号进行计算，得到阵列信号的相关矩阵为

30、

31、σ2＝l1·l2·n0·b

32、其中，k为接收机接收到的卫星信号的数目，psk为接收机天线口面接收到的第k个卫星信号的功率，ak为第k个卫星信号的导向矢量，bm为第m个干扰的导向矢量，m为干扰的数目，(·)h表示共轭转置，σ2为三阶交调损耗和采样量化损耗后的噪声功率，i为n维单位矩阵，pjm为接收机天线口面接收到的第m个干扰的功率。

33、在其中一个实施例中，根据相关矩阵计算得到抗干扰权值，包括：

34、根据相关矩阵计算得到抗干扰权值为

35、

36、其中，c为约束矢量，(·)h表示共轭转置。

37、在其中一个实施例中，利用抗干扰权值估计卫星导航阵列抗干扰接收机的阵列输出信干噪比，包括：

38、利用抗干扰权值估计卫星导航阵列抗干扰接收机的阵列输出信干噪比为

39、

40、其中，w为抗干扰权值，(·)h表示共轭转置，psi表示接收机天线口面接收到的第i个卫星信号的功率，ai表示第i个卫星信号的导向矢量，psk为接收机天线口面接收到的第k个卫星信号的功率，ak为第k个卫星信号的导向矢量，bm为第m个干扰的导向矢量，m为干扰的数目，(·)h表示共轭转置，σ2为考虑了三阶交调损耗和采样量化损耗后的噪声功率，i为n维单位矩阵，pjm为接收机天线口面接收到的第m个干扰的功率，k为接收机接收到的卫星信号的数目。

41、在其中一个实施例中，根据阵列输出信干噪比计算得到载噪比，包括：

42、根据阵列输出信干噪比计算得到载噪比为

43、cnro＝sinr+10lg(b)

44、其中，b为接收机的前端带宽。

45、上述卫星导航阵列抗干扰接收机在给定场景下的载噪比估计方法，首先根据接收机的输入功率和接收机自身的三阶交调截取点进行计算，得到接收机的三阶交调分量的功率，将三阶交调分量等效为热噪声，根据接收机的三阶交调分量的功率进行损耗计算，得到三阶交调引起的载噪比损耗，根据卫星导航阵列抗干扰接收机的数模转换器有效位计算出数模转换器输入经采样量化后的信噪比，利用信噪比和三阶交调引起的载噪比损耗计算得到接收机采样量化引起的载噪比损耗，根据三阶交调引起的载噪比损耗和接收机采样量化引起的载噪比损耗计算得到三阶交调损耗和采样量化损耗后的噪声功率；利用噪声功率对卫星导航阵列抗干扰接收机的天线阵列接收到的阵列信号进行计算，得到阵列信号的相关矩阵，根据相关矩阵计算得到抗干扰权值，利用抗干扰权值估计卫星导航阵列抗干扰接收机的阵列输出信干噪比，根据阵列输出信干噪比计算得到载噪比，通过提炼影响卫星导航阵列抗干扰接收机载噪比的关键参数，并通过模型推演的方式来估计接收机在给定场景下的载噪比，极大简化了评估过程，提高了评估效率，解决了传统实测方法工程量大、代价高的问题，为遍历接收机在整个任务行动中的抗干扰性能提供了可能，能够获取卫星导航阵列抗干扰接收机在一个完整的任务周期中各个时刻的载噪比。本发明方法可为评估卫星导航接收机遂行各种任务时的定位授时性能提供手段和依据，也可用于指导卫星导航阵列抗干扰接收机的设计。