基于动态聚类的卫星导航信号多波束抗干扰方法

郑雅萍; 赵璐璐; 龚文斌; 邵丰伟; 常家超

doi:10.12265/j.gnss.2021020401

基于动态聚类的卫星导航信号多波束抗干扰方法

doi: 10.12265/j.gnss.2021020401

郑雅萍^{1, 2},
赵璐璐¹,
龚文斌^1, ,,
邵丰伟¹,
常家超¹

1.
中国科学院微小卫星创新研究院，上海 200120
2.
中国科学院大学，北京 100049

详细信息

作者简介:
郑雅萍：(1995—)，女，硕士研究生，研究方向为导航信号的抗干扰研究

赵璐璐：(1988—)，男，博士，副研究员，主要研究方向为卫星通信系统设计与星载相控阵天线研究

龚文斌：(1975—)，男，博士生导师，研究员，主要研究方向为卫星通信、卫星导航和相控阵天线技术研究

通信作者:
龚文斌 E-mail：Spg3@163.com

中图分类号: P228.4；TN973.3
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出版历程
- 收稿日期: 2021-02-04
- 网络出版日期: 2021-04-26
- 刊出日期: 2021-05-13

Multi-beam anti-jamming method for satellite navigation signals based on dynamic clustering

1.
Innovation Academy for Microsatellites of CAS, Shanghai 200120, China
2.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

摘要

摘要: 针对卫星导航抗干扰需求，研究了基于自适应波束形成的多波束抗干扰技术. 为了解决传统固定多波束抗干扰方法在波束数目受限时无法兼顾所有导航卫星信号导致接收性能下降的问题，提出了一种基于K-means聚类算法的动态指向多波束抗干扰方法. 建立天线阵列进行仿真，结果表明，该方法在接收的北斗卫星信号数目多于波束数目时，抗干扰性能优于传统方法.
- 卫星导航 /
- 阵列信号处理 /
- 多波束 /
- 抗干扰 /
- 聚类分析
Abstract: In response to the anti-jamming requirements of satellite navigation, multi-beam anti-jamming technology based on adaptive beam forming is studied. In order to solve the problem that the traditional fixed multi-beam anti-jamming method cannot consider all the navigation satellite signals to reduce the receiving performance when the number of beams is limited, a dynamic multi-beam anti-jamming method based on the K-means clustering algorithm is proposed. The antenna array is established for simulation, and the results show that the anti-jamming performance of this method is better than the traditional method when the number of Beidou satellite signals received is more than the number of beams.
- satellite navigation /
- array signal processing /
- multi-beam /
- anti-jamming /
- cluster analysis

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图 1 自适应波束形成技术原理图^[11]

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图 2 MVDR波束方向图

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图 3 多波束抗干扰原理框图

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图 4 聚类算法流程图

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图 5 均匀圆阵布阵图

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图 6 卫星实时分布图

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图 7 卫星分类及聚类中心示意图

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图 8 圆阵方向图

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图 9 信号输出SINR对比图

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表 1 卫星信号来向（°）

编号	方向 (θ, $\varphi $)	编号	方向 (θ, $\varphi $)
1	（72，196）	8	（76，190）
2	（23，358）	9	（71，199）
3	（59，174）	10	（31，318）
4	（59，225）	11	（81，135）
5	（37，316）	12	（26，136）
6	（26，29）	13	（60，230）
7	（77，42）	14	（51，40）

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表 2 波束约束角度（°）

波束	方案一	方案二	方案三
波束1	（72，196）	（0，0）	（69.6，190.2）
波束2	（23，358）	（45，0）	（81，135）
波束3	（59，174）	（45，72）	（26，136）
波束4	（59，225）	（45，144）	（59.5，227.5）
波束5	（37，316）	（45，216）	（29.7，340.5）
波束6	（26，29）	（45，288）	（64.7，41.1）

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参考文献(12)

[1]	ADAMIDIS G A, VARDIAMBASIS I O, IOANNIDOU M P, et al. Design and implementation of an adaptive beamformer for phased array antenna applications[J]. Microwave and optical technology letters, 2020(1): 1-5. DOI: 10.1002/mop.32231
[2]	潘高峰, 王李军, 华军. 卫星导航接收机抗干扰技术[M]. 北京: 电子工业出版社, 2016: 182-211.
[3]	鲁祖坤. 卫星导航天线阵抗干扰关键技术研究[D]. 长沙: 国防科技大学, 2018.
[4]	齐志强, 穆仕博. 自适应波束形成技术在GNSS抗干扰中的应用[J]. 电光与控制, 2014, 21(10): 110-113. DOI: 10.3969/j.issn.1671-637X.2014.10.024
[5]	张星, 张昆, 毕彦博, 等. 卫星导航接收机中多波束抗干扰技术[J]. 全球定位系统, 2012, 37(5): 46-51.
[6]	马衍秀, 马忠志, 李晓东, 等. 一种卫星导航接收机固定多波束抗干扰方法[J]. 导航定位与授时, 2020, 7(1): 104-112.
[7]	唐庆辉, 戴鑫志, 张辉. 一种盲多波束形成GNSS天线阵抗干扰算法[J]. 导航定位与授时, 2020, 7(2): 132-138.
[8]	王艺, 段哲民, ABIDEEN Z U, 等. 基于空时自适应处理的多波束抗干扰改进算法[J]. 计算机工程与应用, 2013, 49(17): 221-225,249. DOI: 10.3778/j.issn.1002-8331.1303-0155
[9]	DANESHMAND S, JAHROMI A J, BROUMANDAN A, et al. GNSS space-time interference mitigation and attitude determination in the presence of interference signals[J]. Sensors, 2015, 15(6): 12180-12204. DOI: 10.3390/s150612180
[10]	DAI X Z, NIE J W, CHEN F Q, et al. A distortionless space-time adaptive processor based on MVDR beamformer for GNSS receiver[J]. IET radar sonar and navigation, 2017, 11(10): 1488-1494. DOI: 10.1049/iet-rsn.2017.0168
[11]	王沛. 基于自适应天线的导航抗干扰算法研究[D]. 西安: 西安电子科技大学, 2014.
[12]	CAO K J, LUO Z W, MA H C, et al. Phase analysis and error compensation of anti-jamming nulling algorithm for satellite navigation array antenna[J]. International journal of wireless and mobile computing, 2020, 19(3): 249-255. DOI: 10.1504/IJWMC.2020.111210