CN102571139B - 一种自适应抗干扰系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应抗干扰系统及方法，包括信号采集装置、A/D转换装置、数字自动增益控制模块、多路信号复制器、时域滤波处理模块和变换域滤波器生成模块，数字自动增益控制模块通过多路信号复制器分别与时域滤波处理模块和变换域滤波器生成模块连接，数字自动增益控制模块，用于调整数字信号的幅度，多路信号复制器，用于将数字自动增益控制模块输出的数字信号复制为至少2路数字信号，并将其中1路数字信号传输至时域滤波处理模块，其余数字信号传输至变换域滤波器生成模块，变换域滤波器生成模块，用于根据实时的检测的数字信号中的干扰，生成滤波处理系数，并将其传输至时域滤波处理模块，时域滤波处理模块，用于根据滤波处理系数将数字信号中的干扰实时的滤除。

Description

一种自适应抗干扰系统及方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术抗干扰领域，尤其涉及无线通信技术领域的自适应抗干扰系统及方法。

背景技术

随着电磁环境的日益复杂以及电子对抗的不断升级，通信系统的抗干扰能力越来越重要。因此采取专门的抗干扰措施对电子对抗中敌方恶意施的干扰进行滤除具有非常重要的作用。

扩展频谱通信是无线通信系统中常用的一种具有抗干扰能力的通信技术。在扩展频谱通信中，系统本身具有较强的抗干扰能力，但其抗干扰能力与扩频增益成正比，当扩频增益受限或者系统带宽受限，干扰信号强度超过接收机的干扰容限时，接收机将不能正常工作。在实际应用中遇到的干扰主要有:宽带噪声干扰、部分频带噪声干扰、单频及窄带干扰、脉冲干扰以及多径干扰等。在各种干扰信号中，单载波干扰和窄带干扰是最容易产生的也最容易遇到，对扩频系统也具有较强的干扰效果。

目前，直接序列扩频系统中窄带干扰抑制技术通常分为两类：时域自适应滤波技术和频域自适应滤波技术。时域自适应滤波根据抑制滤波器系数估计方法的不同又为线性预测自适应滤波和非线性预测自适应滤波。线性预测滤波器就是利用各种自适应算法来调整横向滤波器的系数，来抑制千扰。非线性预测滤波器的原理是将ACM滤波的非线性函数用自适应横向滤波器。时域的自适应滤波技术具有较好的窄带干扰抑制能力，但对滤波算法的稳定性要求较高，且收敛速度较慢，实时性差；频域的自适应滤波技术虽然在实时性上较时域自适应滤波方法有很大提高，但对干扰的滤除能力有限，是很难将干扰彻底去除。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而提供一种自适应抗干扰系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种自适应抗干扰系统，包括信号采集装置、A/D转换装置、数字自动增益控制模块、时域滤波处理模块和变换域滤波器生成模块，所述数字自动增益控制模块通过多路信号复制器分别与所述时域滤波处理模块和变换域滤波器生成模块连接，

所述信号采集装置，用于将采集的信号发送至所属A/D转换装置，

所述A/D转换装置，用于将所述信号采集装置采集的信号转换为数字信号，并将其传输至所述数字自动增益控制模块，

所述数字自动增益控制模块，用于通过加权系数调整所述数字信号的幅度，并将调整后的数字信号输出至所述多路信号复制器，

所述多路信号复制器，用于将所述数字自动增益控制模块输出的数字信号复制为至少2路数字信号，并将其中1路数字信号传输至所述时域滤波处理模块，其余数字信号传输至所述变换域滤波器生成模块，

所述变换域滤波器生成模块，用于根据实时的检测的数字信号中的干扰，生成滤波处理系数，并将其传输至所述时域滤波处理模块，

所述时域滤波处理模块，用于根据所述滤波处理系数将数字信号中的干扰实时的滤除。

进一步的，所述变换域滤波器生成模块包括至少一个干扰检测模块，干扰判决模块和滤波处理系数生成模块，

所述至少一个干扰检测模块，用于识别所述数字信号中是否有需要滤除的干扰，

所述干扰判决模块，用于接收所述干扰检测模块的检测结果，并做出最后判断，判断所述数字信号中是否有干扰，

所述滤波处理系数生成模块，用于根据所述干扰判决模块的判决结果，生成滤波参数，并将其输出至所述滤波处理模块。

进一步的，所述多路信号复制器，用于将所述数字自动增益控制模块输出的数字信号复制为至少2路数字信号，并将其中1路数字信号输出至所述滤波处理模块，其余每一路所述数字信号分别输出至一个所述干扰检测模块。

进一步的，所述时域滤波处理模块包括滤波处理模块，用于根据所述滤波处理系数生成模块传输的滤波处理系数滤除所接收的数字信号中的干扰。

一种通过自适应抗干扰系统实现的抗干扰方法，包括以下步骤：

步骤1：所述A/D转换装置将所述信号采集装置采集的信号转换成数字信号，并将其输出至所述数字自动增益控制模块；

步骤2：所述数字自动增益控制模块通过加权系数调整所述A/D转换装置输出的信号的幅度，并将调整后的信号输出至所述多路信号复制器；其中加权系数的计算方法为采用当前信号的前100个信号的平均幅值的4倍做为为最大信号幅度，超过所述最大信号幅度的信号将按着所述最大信号幅度计算；

步骤3：所述多路信号复制器将接收的信号复制成至少2路信号，其中一路信号输出至所述滤波处理模块，其余每一路信号分别输出至所述干扰检测模块；

步骤4：所述干扰检测模块识别接收的所述信号中是否有干扰，并将识别结果传输至所述干扰判决模块；

步骤5：所述干扰判决模块根据接收的所述识别结果，对信号中是否有干扰作出最后判断，并将判断结果传输至所述滤波处理系数生成模块；

步骤6：所述滤波处理系数生成模块根据所述判断结果生成滤波处理系数传输至所述滤波处理模块；

步骤7：所述滤波处理模块根据所述滤波处理系数将接收的信号中的干扰滤除。

进一步的，所述步骤2中“所述数字自动增益控制模块通过加权系数调整所述A/D转换装置输出的信号的幅度”具体为当前采样点前100个-10000个采样周期时间内的平均信号幅度的4倍做为最大信号幅度，超过所述最大信号幅度的信号将按着所述最大信号幅度计算。

进一步的，所述步骤5中，所述判断结果中如果信号中有干扰、则将所述干扰的频点、带宽或功率强度的参数一同传输至所述滤波处理系数生成模块。

进一步的，所述步骤6中，所述滤波参数包括滤除所述干扰的滤波方式、滤波阶数、滤波带宽。

进一步的，所述步骤6中，当接收的所述判断结果为信号中存在至少2个干扰时，所述滤波处理系数生成模块根据所述判断结果生成多个滤波处理系数。

进一步的，所述步骤6中，当所接受的判断结果中，所述信号中存在频点距离小于信号带宽的1/N的两个干扰，则滤波处理系数生成模块将设定一个可同时滤除两个干扰的滤波处理系数，N=10～20。

本发明的有益效果是：能够自动识别系统中的多个干扰频段、干扰强弱，在不影响系统实时性、复杂度的前提下，大大提高了系统的干扰容限。

附图说明

图1为本发明自适应抗干扰系统的结构框图；

图2为本发明干扰滤除前的频谱示意图；

图3为本发明干扰滤除后的频谱示意图；

图4为本发明干扰滤除前后系统误码率性能示意图；

图5为本发明自适应抗干扰方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种自适应抗干扰系统，包括信号采集装置、A/D转换装置、数字自动增益控制模块、时域滤波处理模块和变换域滤波器生成模块，所述数字自动增益控制模块通过多路信号复制器分别与所述时域滤波处理模块和变换域滤波器生成模块连接，

所述变换域滤波器生成模块包括至少一个干扰检测模块，干扰判决模块和滤波处理系数生成模块，用于根据实时的检测的数字信号中的干扰，生成滤波处理系数，并将其传输至所述时域滤波处理模块，

所述时域滤波处理模块包括滤波处理模块，用于根据所述滤波处理系数生成模块传输的滤波处理系数滤除所接收的数字信号中的干扰，用于根据所述滤波处理系数将数字信号中的干扰实时的滤除，

所述信号采集装置，用于将采集的信号发送至所属A/D转换装置，

所述A/D转换装置，用于将所述信号采集装置采集的信号转换为数字信号，并将其传输至所述数字自动增益控制模块，

所述数字自动增益控制模块，用于通过加权系数调整所述数字信号的幅度，并将调整后的数字信号输出至所述多路信号复制器，

所述多路信号复制器，用于将所述数字自动增益控制模块输出的数字信号复制为至少2路数字信号，并将其中1路数字信号输出至所述滤波处理模块，其余每一路所述数字信号分别输出至一个所述干扰检测模块。

所述至少一个干扰检测模块，用于识别所述数字信号中是否有需要滤除的干扰，

所述干扰判决模块，用于接收所述干扰检测模块的检测结果，并做出最后判断，判断所述数字信号中是否有干扰，

所述滤波处理系数生成模块，用于根据所述干扰判决模块的判决结果，生成滤波参数，并将其输出至所述滤波处理模块。

如图5所示，一种通过自适应抗干扰系统实现的抗干扰方法，包括以下步骤：

步骤1：所述A/D转换装置将所述信号采集装置采集的信号转换成数字信号，并将其输出至所述数字自动增益控制模块；

步骤2：所述数字自动增益控制模块通过加权系数调整所述A/D转换装置输出的信号的幅度，并将调整后的信号输出至所述多路信号复制器；其中加权系数的计算方法为采用当前信号的前100个信号的平均幅值的4倍做为为最大信号幅度，超过所述最大信号幅度的信号将按着所述最大信号幅度计算；

步骤3：所述多路信号复制器将接收的信号复制成至少2路信号，其中一路信号输出至所述滤波处理模块，其余每一路信号分别输出至所述干扰检测模块；

步骤4：所述干扰检测模块识别接收的所述信号中是否有干扰，并将识别结果传输至所述干扰判决模块；

步骤5：所述干扰判决模块根据接收的所述识别结果，对信号中是否有干扰作出最后判断，并将判断结果传输至所述滤波处理系数生成模块；

步骤6：所述滤波处理系数生成模块根据所述判断结果生成滤波处理系数传输至所述滤波处理模块；

步骤7：所述滤波处理模块根据所述滤波处理系数将接收的信号中的干扰滤除。

所述步骤5中，所述判断结果中如果信号中有干扰、则将所述干扰的频点、带宽或功率强度的参数一同传输至所述滤波处理系数生成模块。

所述步骤6中，所述滤波参数包括滤除所述干扰的滤波方式、滤波阶数、滤波带宽。

所述步骤6中，当接收的所述判断结果为信号中存在至少2个干扰时，所述滤波处理系数生成模块根据所述判断结果生成多个滤波处理系数。

所述步骤6中，当所接受的判断结果中，所述信号中存在频点距离小于信号带宽的1/N的两个干扰，则滤波处理系数生成模块将设定一个可同时滤除两个干扰的滤波处理系数，N=10～20，在此实施例中，N=10。

该系统尤其适合处理宽带系统中的窄带干扰。下面以直接扩频系统中窄带干扰的滤除过程为例进行说明。

直接扩频系统采用511的m序列，信息速率为10Kbps，调制方式为QPSK，系统带宽为6MHz，系统带宽内有3个干扰，分别为距离中心频点1MHz，2MHz，3MHz，功率为信号功率的1000倍，即信干比SJR=-30dB。具体实施过程如下：

如图1所示，信号采集装置采集到的中频信号R0经过A/D转换装置转换后得到数字信号R1，然后输入到数字自动增益控制模块（数字自动增益控制模块），该模块的作用主要是通过加权系数调整接收的数字信号的幅度，，其中加权系数的计算方法为采用当前采样点的的前100个周期内信号的平均幅值的4倍做为为最大信号幅度，超过所述最大信号幅度的信号将按着所述最大信号幅度计算；，便于后继的抗干扰处理，防止接收到的信号能量过高或者过低对系统造成的影响。数字自动增益控制模块可以采用通常的自动增益控制准则，如线性限幅、非线性限幅等。数字自动增益控制模块输出的信号不妨称为R2。

数字自动增益控制模块处理后的信号R2被多路信号复制器复制为N路，在此实施例中，N=4，即复制成4路信号，不妨分别记为R3、R4、R5、R6。其中R3作为主信号，输入到滤波处理模块。R4、R5、R6作为副信号发送至相应的干扰检测模块，主要用于通过滤波处理系数生成模块生成主信号R3滤波处理所需要的滤波处理系数C4。

副信号R4、R5、R6分别经过干扰检测模块1、干扰检测模块2、干扰检测模块3，各干扰检测模块分别输出根据本模块判决规则生成的干扰参数。在本实施例中，各干扰检测模块采用的判决规则如下：

干扰检测模块1采用FFT变换、自适应生成干扰检测门限、频域根据功率识别干扰的方法。得到干扰参数C0，C0包含干扰个数、干扰带宽、干扰功率、干扰中心频点以及信号带宽、信号中心频点、信号功率等。

干扰检测模块2采用DCT变换、自适应生成干扰检测门限、变换域内根据功率识别干扰的方法。得到干扰参数C1，C0包含干扰个数、干扰带宽、干扰功率、干扰中心频点以及信号带宽、信号中心频点、信号功率等。

干扰检测模块3采用小波变换、自适应生成干扰检测门限、变换域内根据功率识别干扰的方法。得到干扰参数C2，C0包含干扰个数、干扰带宽、干扰功率、干扰中心频点以及信号带宽、信号中心频点、信号功率等。

干扰参数C0、C1、C2输入到干扰判决模块，干扰判决模块根据输入的干扰参数进行干扰最终判决。判决准则可以采用最小方差准则、最大似然准则、大数优先等准则，本实施例中采用大数优先准则。干扰判决模块输出最终判决得到的干扰参数C3，C3中包含输入信号中是否含有干扰的判决，以及干扰的频点、带宽、功率强度等参数。

干扰参数C3输入到滤波器系数生成模块，该模块根据干扰参数C3来自动生成滤波处理系数，特别的，当干扰判决模块判决出输入信号中混有1个以上的干扰时，生成能够同时滤除多个干扰的滤波处理系数，而不是只滤除能量最强的滤波处理系数。而且，当两个干扰频点之间的距离过小时，即干扰频点之间的距离小于信号带宽的1/N（N=10～20）时，在此实施例中，N=10，将不为每个干扰点设置单独的陷波带，而是采用一个统一的能够同时滤除两个干扰的滤波处理系数。这样做的目的是避免滤波带宽极窄的滤波器（即时域滤波处理模块）的设计，减少系统的复杂度及不影响系统的实时性。滤波处理系数生成模块输出滤波处理系数C4。

滤波处理系数C4输入到步骤2中的R3主信号滤波处理模块，实现干扰的滤除，然后输出滤除干扰后的信号。

整个系统采用时域与变换域相互结合的方式，输入的信号实时的在时域进行滤除，变换域的信号实时的进行干扰检测、识别、判决，既保证了系统的干扰能够有效的被滤除，也保证了系统的实时性。

 该方法尤其适用于扩展频谱通信系统。由于该类系统中，系统频谱较宽，而且由于扩频码的相关性，当宽频带中的一小部分信号被滤除之后，对整个系统解扩、解调等处理影响非常小。可以在不增加系统带宽和扩频倍数的前提下，大幅度提高系统的干扰容限。

图2为干扰扰抑制前接收信号频谱，从图中可以看出系统有明显的干扰。在3dB的系统余量，解调信噪比Eb/N0 =8.4dB，而且不考虑解调解扩损失的情况下，系统的干扰容限为15dB，而信干比SJR为-30dB，因此单纯的靠扩频系统来对抗窄带干扰是不够的。

图3为经过本发明提出的自适应滤波后的信号频谱，从图中可以看出多个干扰信号得到了明显抑制，信干比SJR=0dB，在系统的干扰容限范围内，系统的抗干扰能力得到了大幅度提高。

图4为采用本发明方法前后系统误比特率性能对比，从图中可以看出，在采用本发明提供的方法前，系统误比特率不随着信噪比（Eb/N0）的增大而降低，一直处于20%以上，主要是由于干扰功率大大超过了系统的干扰容限，系统性能无法保障；当采用本发明的方法后，由于有效的去除了干扰，系统性能大幅度提高，在误比特率为0.0001时，所需信噪比为8.8dB，与理论信噪比8.4dB仅相差0.4dB，系统性能得到了很好的保障。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自适应抗干扰系统，其特征在于，包括信号采集装置、A/D转换装置、数字自动增益控制模块、时域滤波处理模块和变换域滤波器生成模块，所述数字自动增益控制模块通过多路信号复制器分别与所述时域滤波处理模块和变换域滤波器生成模块连接，

所述信号采集装置，用于将采集的信号发送至所属A/D转换装置，

所述A/D转换装置，用于将所述信号采集装置采集的信号转换为数字信号，并将其传输至所述数字自动增益控制模块，

所述数字自动增益控制模块，用于通过加权系数调整所述数字信号的幅度，并将调整后的数字信号输出至所述多路信号复制器，

所述多路信号复制器，用于将所述数字自动增益控制模块输出的数字信号复制为至少2路数字信号，并将其中1路数字信号传输至所述时域滤波处理模块，其余数字信号传输至所述变换域滤波器生成模块，

所述变换域滤波器生成模块，用于根据实时的检测的数字信号中的干扰，生成滤波处理系数，并将其传输至所述时域滤波处理模块，

所述时域滤波处理模块，用于根据所述滤波处理系数将数字信号中的干扰实时的滤除；

所述变换域滤波器生成模块包括至少一个干扰检测模块，干扰判决模块和滤波处理系数生成模块，

所述至少一个干扰检测模块，用于识别所述数字信号中是否有需要滤除的干扰，

所述干扰判决模块，用于接收所述干扰检测模块的检测结果，并做出最后判断，判断所述数字信号中是否有干扰，

所述滤波处理系数生成模块，用于根据所述干扰判决模块的判决结果，生成滤波参数，并将其输出至所述滤波处理模块；

所述时域滤波处理模块包括滤波处理模块，用于根据所述滤波处理系数生成模块传输的滤波处理系数滤除所接收的数字信号中的干扰。

2.一种通过权利要求1所述的自适应抗干扰系统实现的抗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：所述A/D转换装置将所述信号采集装置采集的信号转换成数字信号，并将其输出至所述数字自动增益控制模块；

步骤2：所述数字自动增益控制模块通过加权系数调整所述A/D转换装置输出的信号的幅度，并将调整后的信号输出至所述多路信号复制器；

步骤3：所述多路信号复制器将接收的信号复制成至少2路信号，其中一路信号输出至所述滤波处理模块，其余每一路信号分别输出至所述干扰检测模块；

步骤4：所述干扰检测模块识别接收的所述信号中是否有干扰，并将识别结果传输至所述干扰判决模块；

步骤5：所述干扰判决模块根据接收的所述识别结果，对信号中是否有干扰作出最后判断，并将判断结果传输至所述滤波处理系数生成模块；

步骤6：所述滤波处理系数生成模块根据所述判断结果生成滤波处理系数传输至所述滤波处理模块；

步骤7：所述滤波处理模块根据所述滤波处理系数将接收的信号中的干扰滤除。

3.根据权利要求2所述的自适应抗干扰系统实现的抗干扰方法，其特征在于：所述数字自动增益控制模块通过加权系数调整所述A/D转换装置输出的信号的幅度，具体为采用当前采样点前100个～10000个采样周期时间内的平均信号幅度的4倍做为最大信号幅度。

4.根据权利要求2所述的自适应抗干扰系统实现的抗干扰方法，其特征在于：所述步骤5中，所述判断结果中如果信号中有干扰、则将所述干扰的频点、带宽或功率强度的参数一同传输至所述滤波处理系数生成模块。

5.根据权利要求2所述的自适应抗干扰系统实现的抗干扰方法，其特征在于：所述步骤6中，所述滤波参数包括滤除所述干扰的滤波方式、滤波阶数、滤波带宽。

6.根据权利要求2所述的自适应抗干扰系统实现的抗干扰方法，其特征在于：所述步骤6中，当接收的所述判断结果为信号中存在至少2个干扰时，所述滤波处理系数生成模块根据所述判断结果生成同时滤除至少2个干扰的滤波处理系数。

7.根据权利要求2所述的自适应抗干扰系统实现的抗干扰方法，其特征在于：所述步骤6中，当所接收的判断结果中，所述信号中存在频点距离小于信号带宽的1/N的两个干扰，则滤波处理系数生成模块将设定一个可同时滤除两个干扰的滤波处理系数。