基于Kalman滤波的GPS∕INS接收机自适应干扰抑制方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun．252013V01．34No．61414．1423ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn基于Kalman滤波的GPS／INS接收机自适应干扰抑制方法王纯1’*，张林让2，罗丰21．西安建筑科技大学信息与控制工程学院，陕西西安7100552．西安电子科技大学雷达信号处理国防重点实验室，陕西西安710071摘要：考虑到惯导信息辅助GPS(GPS

2、／INS)接收机对干扰抑制实时性的要求，提出一种基于Kalman滤波的GPS／INS接收机自适应干扰抑制方法。自适应广义旁瓣相消(GSC)多采用低复杂度最小均方(LMS)算法更新权矢量，收敛速率较低，严重时会导致接收机定位中断。首先利用Householder变换构建GSC下支路的阻塞矩阵，用于阻塞任意二维阵型阵列接收的期望信号；再用Kalman滤波自适应更新下支路权矢量，从而有效提高阵列输出信干噪比(sINR)。理论分析和仿真结果说明本文方法可有效抑制干扰对接收机的影响，且具有实时性高的特点。关键词：惯导信息

3、辅助GPS接收机；Householder变换；广义旁瓣相消；干扰抑制；Kaiman滤波中图分类号：V19；TN965；TN911。7文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)06—1414—10航空导航系统通常采用惯性导航系统(INS)和全球定位系统(GPS)的组合导航系统，这是由于传统的GPS接收机很容易受到各种干扰的影响。当所需的信号与有意或无意干扰信号叠加在接收天线上时，卫星的视线信号受到遮挡，引起位置估计严重错误导致信号中断；而INS作为一个独立系统，不受射频干扰和卫星信号中断的影响，可在

4、短时间没有任何外部信息时确定飞机的运动情况，提供比较准确的航向、姿态角和航迹角等信息。但若GPS长时间受到干扰，单纯依靠INS的位置估计误差经过长时间积累会导致定位精度严重下降。利用自适应阵列天线技术，可对GPS接收机施加的常见干扰在空域实现有效抑制。当自适应阵列处理GPS接收机受到干扰时，它通过对导航卫星的来波方向(DOA)进行波束跟踪，并对干扰产生零陷，从而为组合接收机提供更高的精度、可靠性和完整性。然而，在强干扰背景下DOA信息难以直接采用空间谱估计(如多重信号分类(MUSIC)方法或旋转不变子空间(E

5、SPRIT)方法)获得。此时，就需要GPS和INS同时跟踪用户单元的位置和角度信息，特别是当飞机有频繁和快速角运动(例如滚动、俯仰和偏航)时，利用INS提供的角度信息解算出接收天线处导航卫星的DOA，作为自适应阵列处理GPS接收机抗干扰的实时辅助信息，协助自适应阵列实现自适应干扰抑制。因此，采用融合自适应阵列处理的惯导信息辅助GPS(GPS／INS)系统是近年来研究的热点之一[1]。目前GPS／INS组合系统的后处理可使得用户定位和方位角精度分别在10cm和1。以内，它足以将全球GPS星座中的位置信息转化为精

6、确的接收天线处信号源的DOA信息[2]。这样收稿日期：2012—07—26；退修日期：2012-12—13；录用日期：2013—01-04；网络出版时间：2013—01-1608：18网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．t929V．201301160818．001．htmI基金项目：陕西省教育厅科研计划(12JKl007)；西安建筑科技大学校青年科技基金(QNl235)*通讯作者，Tel、：029—88480106E-mail：wangchun01@126．com引用棒武

7、W

8、angC，ZhangLR．LuoFiAdaptiveinterferencesuppressionmethodbasedonKalmanfilter．nGPS／INSreceiverActaAero．nauticaetAstronauticaSinica．2013。34(6)：1414-1423．王纯，张转让．罗丰．基于Kalman滤波的GPs／lNs接收枕自适应f扰搀翩力法?虢空学报，2013。34(6)：1414—1423．王纯等：基于Kalman滤波的GPS／INS接收机自适应干扰抑制方法1415一来，

9、自适应阵列天线可利用该信息形成主波束跟踪卫星，并将干扰和多径最小化，进而改善伪距测量结果，使定位更加准确口]。在自适应阵列信号处理中，最常用于实施干扰抑制的3种波束形成准则为：最小方差(MV)、线性约束最小方差(LCMV)和多目标LCMV(MT—I。CMV)，它们都是基于方向约束的方法。研究表明，系统采用MT—LCMV波束形成方法在存在位置误差时是最具潜力的，特别是在战事导航时HJ。美国GPS／IN