一种基于多级维纳滤波器的导航信号抗干扰自适应处理装置

Keywords：satellite navigation system；adaptive anti⁃jamming processing；multi⁃stage Wiener filter；STAP
卫星导航系统在过去的几十年内得到了飞速发展，
够避免求解阻塞矩阵，从而实现空时联合抗干扰的快速
其在军事方面的作用已经无可替代，同时也在民用方面
of the algorithm. The device can make the best of space⁃time joint filtering method to conduct anti⁃jamming processing. Based on
Matlab simulation，a simple and high efficient hardware implementation method for navigation anti⁃jamming system is proposed.
创新研究群体（61321061）
系 统 实 时 性 。 相 关 相 减 算 法 多 级 维 纳 滤 波 器（CSA ⁃
MWF）通 过 信 号 的 逐 级 降 维 ，大 大 降 低 了 算 法 的 复 杂
度。其结构如图 1 所示。其中，X（k）为输入的 M 维空时
联合复信号，k 为对应采样快拍数。本文中采用功率倒
2015 年 11 月 15 日
第 38 卷第 22 期
Nov. 2015
Vol. 38 No. 22
现代电子技术
Modern Electronics Technique
doi：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2015.22.001
一种基于多级维纳滤波器的导航信号抗干扰
自适应处理装置
The device can satisfy the real⁃time processing requirement of navigation signal，and has good suppression effect on the interfer⁃
ence signal of slow changing. The device is beneficial to hardware implementation with FPGA.
张
超，李
智，潘长勇
（清华大学 电子工程系，北京
摘
100084）
要：为了提高导航系统抗干扰性能，设计一种基于多级维纳滤波器的导航信号抗干扰自适应处理装置。该装置通
过将信号逐级投影到正交空间并滤波，避免了传统维纳滤波器中阻塞矩阵的求解，大大降低了算法复杂度，因此可以充分利
用空时联合滤波方法进行抗干扰处理。基于 Matlab 仿真，提出一种简单高效的硬件实现方法。实验表明，该装置满足导航
天线阵列和时域延时抽头，空时联合抗干扰技术大大增
列能够处理 T=M×N 维的接收信号。将这 T 路信号乘以
加了阵列自由度，能够形成更复杂的方向图，对更多的
不同的权值并最终相加，得到系统滤波的输出结果。通
噪声产生抑制，拥有良好的抗干扰性能。然而，自由度
过设置空时导向矢量，并求解接收信号的协方差矩阵，
的增加意味着复杂度的增加，比如采用维纳滤波时的阻
信号处理实时性的要求，对于来向变化较为缓慢的干扰信号有着很好的抑制效果，并且利于采用 FPGA 等硬件实现。
关键词：卫星导航系统；自适应抗干扰处理；多级维纳滤波器；STAP
中图分类号：TN96⁃34；TP391.4
文章编号：1004⁃373X（2015）22⁃0001⁃03
文献标识码：A
A multi⁃stage Wiener filter based adaptive processing device for anti⁃jamming of
滤波 [5⁃7]。
发挥巨大作用。然而导航卫星距离地球表面几万千米，
1
导航信号接收机接收到的信号非常微弱，信噪比甚至只
有-20 dB，很容易受到其他信号的干扰 [1⁃2]。现阶段最有
算法原理
空时联合抗干扰技术采用 M 个阵元的天线阵列，并
效的抗干扰技术莫过于空时联合抗干扰技术 [3⁃4]。通过
且在每一个阵元后设置 N 个延时抽头。这样理论上阵
navigation signal
ZHANG Chao，LI Zhi，PAN Changyong
（Department of Electronic Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China）
Abstract：To improve the anti ⁃ jamming performance of the navigation system，a multi ⁃ stage Wiener filter based adaptives Reserved.
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2015 年第 38 卷
现代电子技术
置算法，能够很好地处理干扰功率远大 于 目 标 信 号 功
率的情况
[8⁃9]
，取导向矢量 a（θ0）=[1，0，…，0]，则图 1 中：
可以求得最优权矢量。然而以上方法中需要对接收信
塞矩阵求解，就会耗费大量资源。基于相关相减算法的
号的协方差矩阵进行求逆运算，对于维度为 T 的方阵，
多级维纳滤波器利用信号的逐级正交投影降维，恰好能
这样的运算复杂度非常高，难以用硬件快速实现以保证
收稿日期：2015⁃05⁃19
基金项目：科技部科技伙伴计划资助，国家自然科学基金
processing device for anti ⁃ jamming of navigation signal was designed，in which the signal is projected to the orthogonal space
step⁃by⁃step and filtered，which can avoid the solution of blocking matrix in traditional Wiener filter，and reduce the complexity