基于Wigner-Hough变换的GNSS接收机干扰检测

摘要

近年来,使用全球导航卫星系统(GNSS)对安全关键应用(例如民用航空,飞机着陆)的需求已经获得了广泛和增加的兴趣.随着新的全球导航卫星系统的出现,如欧盟的伽利略系统,美国的现代化GPS和中国的北斗/指南针,更多的努力致力于高性能GNSS接收机的设计,预计将提高服务的准确性,可用性,完整性和连续性,特别是在生命安全(SOL)应用领域(例如飞机着陆期间所需的准确性).全球导航卫星系统接收器对干扰的脆弱性已成为一个日益重要的问题.在大多数卫星导航系统中使用的直接序列扩频(DSSS)在更宽的带宽上扩展接收的GNSS信号功率,这确保了GNSS接收机中的解扩增益,这样可以减少由不期望的干扰信号引起的损害.尽管自从使用DSSS以来GNSS具有一定的抗干扰能力,但由于接收到非常低的GNSS信号功率,有意或无意干扰信号(如杂散,谐波和电磁干扰)的存在将不可避免地导致全球导航卫星系统接收器性能的严重下降包括无法确定位置.目前,关于变换域技术(如时频(TF)变换)的研究课题在DSSS系统中越来越受到关注,这些TF分析技术可以进一步应用于GNSS接收机的干扰检测,可以观察受干扰的GNSS信号.在不同的领域.在许多情况下,干扰可能在有限的时间内出现并且在频域中呈现出非常可变的行为.诸如扫描干扰的GNSS干扰信号通常集中在二维TF平面的有限区域中,而GNSS信号和噪声遍布整个TF平面.因此,TF分析方法作为检测GNSS接收机的各种干扰信号的预期对策非常有吸引力.在GNSS应用的干扰检测中已经考虑了不同的时频表示(TFR),例如频谱图和Wigner-Ville分布(WVD).频谱图可以通过时间上的滑动窗口或频率上的滑动窗口生成,其特性严格依赖于所使用的分析窗口函数.根据不确定性原理,谱图法存在TF分辨率折衷问题,具有差的TF局域化属性.为了解决谱图中存在的TF分辨率限制,在GNSS接收机干扰检测中经常采用WVD.WVD具有许多优良特性,在所有TF方法中具有近乎最佳的TF分辨率.但由于不同信号分量的相互作用,产生非常严重的交叉干扰项.这不可避免地对GNSS干扰信号的瞬时频率造成严重的估计误差.在本文中,通过将Hough变换(HT)应用于WVD来执行GNSS接收器的扫描干扰(啁啾干扰)检测,从而产生所谓的Wigner-Hough变换(WHT),WHT是直线积分投射变换.为了证明GNSS接收机中基于WHT的干扰检测方法的有效性,实验选用GPS L1信号,其特征在于加性高斯白噪声(AWGN)被线性扫频信号干扰破坏.对所提出的WHT技术和现有技术干扰检测性能进行了评估和比较.结果表明,相对于现有TF分析方法所提出的WHT方法不仅成功消除了交叉干扰项,并且提高了GNSS干扰检测灵敏度.在干扰环境下,已经证明基于WHT的干扰检测技术可以适当、有效的提高干扰检测性能,在干扰环境下民用航空和军用GNSS接收机的抗干扰设计中,该方法具有广阔的应用前景.