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1、航空學(xué)報(bào)ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun．252013V01．34No．61414．1423ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn基于Kalman濾波的GPS／INS接收機(jī)自適應(yīng)干擾抑制方法王純1’*，張林讓2，羅豐21．西安建筑科技大學(xué)信息與控制工程學(xué)院，陜西西安7100552．西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710071摘要：考慮到慣導(dǎo)信息輔助GPS(GPS
2、／INS)接收機(jī)對(duì)干擾抑制實(shí)時(shí)性的要求，提出一種基于Kalman濾波的GPS／INS接收機(jī)自適應(yīng)干擾抑制方法。自適應(yīng)廣義旁瓣相消(GSC)多采用低復(fù)雜度最小均方(LMS)算法更新權(quán)矢量，收斂速率較低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)定位中斷。首先利用Householder變換構(gòu)建GSC下支路的阻塞矩陣，用于阻塞任意二維陣型陣列接收的期望信號(hào)；再用Kalman濾波自適應(yīng)更新下支路權(quán)矢量，從而有效提高陣列輸出信干噪比(sINR)。理論分析和仿真結(jié)果說(shuō)明本文方法可有效抑制干擾對(duì)接收機(jī)的影響，且具有實(shí)時(shí)性高的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：慣導(dǎo)信息
3、輔助GPS接收機(jī)；Householder變換；廣義旁瓣相消；干擾抑制；Kaiman濾波中圖分類(lèi)號(hào)：V19；TN965；TN911。7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000—6893(2013)06—1414—10航空導(dǎo)航系統(tǒng)通常采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，這是由于傳統(tǒng)的GPS接收機(jī)很容易受到各種干擾的影響。當(dāng)所需的信號(hào)與有意或無(wú)意干擾信號(hào)疊加在接收天線上時(shí)，衛(wèi)星的視線信號(hào)受到遮擋，引起位置估計(jì)嚴(yán)重錯(cuò)誤導(dǎo)致信號(hào)中斷；而INS作為一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，不受射頻干擾和衛(wèi)星信號(hào)中斷的影響，可在
4、短時(shí)間沒(méi)有任何外部信息時(shí)確定飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況，提供比較準(zhǔn)確的航向、姿態(tài)角和航跡角等信息。但若GPS長(zhǎng)時(shí)間受到干擾，單純依靠INS的位置估計(jì)誤差經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間積累會(huì)導(dǎo)致定位精度嚴(yán)重下降。利用自適應(yīng)陣列天線技術(shù)，可對(duì)GPS接收機(jī)施加的常見(jiàn)干擾在空域?qū)崿F(xiàn)有效抑制。當(dāng)自適應(yīng)陣列處理GPS接收機(jī)受到干擾時(shí)，它通過(guò)對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星的來(lái)波方向(DOA)進(jìn)行波束跟蹤，并對(duì)干擾產(chǎn)生零陷，從而為組合接收機(jī)提供更高的精度、可靠性和完整性。然而，在強(qiáng)干擾背景下DOA信息難以直接采用空間譜估計(jì)(如多重信號(hào)分類(lèi)(MUSIC)方法或旋轉(zhuǎn)不變子空間(E
5、SPRIT)方法)獲得。此時(shí)，就需要GPS和INS同時(shí)跟蹤用戶單元的位置和角度信息，特別是當(dāng)飛機(jī)有頻繁和快速角運(yùn)動(dòng)(例如滾動(dòng)、俯仰和偏航)時(shí)，利用INS提供的角度信息解算出接收天線處導(dǎo)航衛(wèi)星的DOA，作為自適應(yīng)陣列處理GPS接收機(jī)抗干擾的實(shí)時(shí)輔助信息，協(xié)助自適應(yīng)陣列實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)干擾抑制。因此，采用融合自適應(yīng)陣列處理的慣導(dǎo)信息輔助GPS(GPS／INS)系統(tǒng)是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)之一[1]。目前GPS／INS組合系統(tǒng)的后處理可使得用戶定位和方位角精度分別在10cm和1。以?xún)?nèi)，它足以將全球GPS星座中的位置信息轉(zhuǎn)化為精
6、確的接收天線處信號(hào)源的DOA信息[2]。這樣收稿日期：2012—07—26；退修日期：2012-12—13；錄用日期：2013—01-04；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2013—01-1608：18網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．t929V．201301160818．001．htmI基金項(xiàng)目：陜西省教育廳科研計(jì)劃(12JKl007)；西安建筑科技大學(xué)校青年科技基金(QNl235)*通訊作者，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．王純，張轉(zhuǎn)讓?zhuān)_豐．基于Kalman濾波的GPs／lNs接收枕自適應(yīng)f擾攙翩力法?虢空學(xué)報(bào)，2013。34(6)：1414—1423．王純等：基于Kalman濾波的GPS／INS接收機(jī)自適應(yīng)干擾抑制方法1415一來(lái)，
9、自適應(yīng)陣列天線可利用該信息形成主波束跟蹤衛(wèi)星，并將干擾和多徑最小化，進(jìn)而改善偽距測(cè)量結(jié)果，使定位更加準(zhǔn)確口]。在自適應(yīng)陣列信號(hào)處理中，最常用于實(shí)施干擾抑制的3種波束形成準(zhǔn)則為：最小方差(MV)、線性約束最小方差(LCMV)和多目標(biāo)LCMV(MT—I。CMV)，它們都是基于方向約束的方法。研究表明，系統(tǒng)采用MT—LCMV波束形成方法在存在位置誤差時(shí)是最具潛力的，特別是在戰(zhàn)事導(dǎo)航時(shí)HJ。美國(guó)GPS／IN
