CN102645659A

CN102645659A - 一种基于频率统计的频域滤波算法

Info

Publication number: CN102645659A
Application number: CN2012101145475A
Authority: CN
Inventors: 席晓莉; 杜永兴; 秦岭; 尹高伟
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2032-04-18
Also published as: CN102645659B

Abstract

本发明公开了一种基于频率统计的频域滤波算法，包括生成正常通路初始信号和延迟通路初始信号，并将其各自作以下处理：加窗处理，FFT变换，概率统计处理，阈值生成，谱线处理，IFFT变换；再将正常通路初始信号得到的窄带干扰去除后的时域信号进行50％的时钟延迟后，再与延迟通路初始信号得到的窄带干扰去除后的时域信号重叠相加，得到最终窄带干扰去除后的信号。本发明用于解决干扰信号中宽带干扰和窄带干扰并存时窄带干扰去除问题。

Description

一种基于频率统计的频域滤波算法

技术领域

本发明属于卫星导航抗干扰技术领域，具体涉及一种基于频率统计的频域滤波算法。

背景技术

GPS信号在日常生活中，尤其是在战时常常会受到强干扰的压制。由于GPS信号的电平极低，所以很容易受到功率较大的窄带信号或者宽带信号的干扰，从而不能正常工作。在干扰类型中，窄带干扰与宽带干扰并存时可采用空域滤波算法同时滤除，但窄带干扰也会占用阵列天线的抗干扰自由度，减小可抗干扰的个数；采用频域级联空域的滤波方式，频域滤波技术先滤除窄带干扰，再经过空域滤波技术滤除宽带干扰，这样可滤除更多的干扰。但当窄带与宽带干扰共存，且窄带干扰能量比宽带干扰能量更低时，会导致普通的频域级联空域的抗干扰算法失效。这是由于窄带干扰可能在一段时间中淹没在宽带干扰中，致使在FFT变换后，在某些帧内找不到窄带干扰的峰值，从而不能将窄带干扰有效的滤除。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于频率统计的频域滤波算法，用于解决干扰信号中宽带干扰和窄带干扰并存时，尤其是窄带干扰的中心频率落在宽带干扰带宽中且功率低于宽带干扰的状况下的窄带干扰去除问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于频率统计的频域滤波算法，其特征在于，具体步骤如下：

包括将接收信号经AD采样后，进行数字混频，生成I路信号和Q路信号，将该生成的I路信号和Q路信号作为正常通路初始信号，将该生成的I路信号和Q路信号进行50％的时钟延迟后作为延迟通路初始信号；

将上述正常通路初始信号和延迟通路初始信号各自作以下处理：

步骤1、加窗处理，得到加窗后的时域信号；

步骤2、对步骤1得到的时域信号进行FFT变换，输出加窗后的信号频谱；

步骤3、对步骤2得到的信号频谱中数据进行概率统计处理，检测得到信号频谱中出现次数最多的最大频点，即确定为窄带干扰的位置；

步骤4、阈值生成：计算最大频点处能量和信号总能量比值，将其确定为阈值；

步骤5、根据步骤4生成的阈值，对步骤2得到的频谱数据进行谱线处理，得到去掉窄带干扰的频谱；

步骤6、对步骤5得到的频谱进行IFFT变换，得到单路窄带干扰去除后的时域信号；

将正常通路初始信号得到的窄带干扰去除后的时域信号进行50％的时钟延迟后，再与延迟通路初始信号得到的窄带干扰去除后的时域信号重叠相加，得到最终窄带干扰去除后的信号。

步骤3中的具体方法为：

步骤3.1、初始化各寄存器和计数器的值同为A，检测步骤2得到的各帧信号频谱中的最大频点，将该最大频点赋值给第二寄存器reg2；

步骤3.2、比较第一寄存器reg1与第二寄存器reg2是否相等；若是，进入步骤3.3；若否，则进入步骤3.5；

步骤3.3、判断第一计数器cnt1是否大于等于B，若是，则进入步骤3.4，若否，令第一计数器cnt1加1，进入步骤3.6；

步骤3.4、令第一计数器cnt1等于B，并令第三寄存器reg3的值等于第二寄存器reg2的值，再判断第三计数器cnt3是否大于等于B，若是，则令第三计数器cnt3等于B，否则，令第三计数器cnt3增加1，进入步骤3.6；

步骤3.5、令第一寄存器reg1的值等于第二寄存器reg2的值，并判断第一计数器cnt1和第三计数器cnt3是否均小于等于1；

若第一计数器cnt1小于等于1，则令第一计数器cnt1等于1，进入步骤3.6，若否，则令第一计数器cnt1减1，进入步骤3.6；

若第三计数器cnt3小于等于1，则令第三计数器cnt3等于1，进入步骤3.6，若否，则令第三计数器cnt3减1，进入步骤3.6；

步骤3.6、判断第三计数器cnt3是否大于等于C，若是，则将第三寄存器reg3的值输出为最大频点数据，若否，判断无窄带干扰；

其中，A为0或正整数，B和C均为正整数，且B＞C＞A。

A取值为0，B取值为6，C取值为4。

加窗处理使用的窗函数为Hamming窗函数或Blackman窗函数。

本发明方法的有益效果是，主要解决的是窄带干扰与宽带干扰在频域中难以分辨的情况下，将窄带干扰滤除，具体是通过对随机信号应用概率统计处理，检测定位窄带干扰，进而进行有效的滤除；并且根据实际要求，需要采用面向实时性要求的统计算法，既能有效滤除宽带干扰中的窄带干扰，还可实时处理。

附图说明

图1是本发明基于概率统计的频域滤波算法结构图；

图2是本发明中的概率统计算法流程图；

图3中是本发明实施例1中正常通路初始信号经过加窗和FFT变换后连续三帧的信号波形图；

图4是本发明实施例1中正常通路初始信号进行概率统计处理后的信号波形图；

图5是本发明实施例1中得到的最终窄带干扰去除后的信号波形图；

图6是本发明实施例2中正常通路初始信号经过加窗和FFT变换后连续三帧的信号波形图；

图7是本发明实施例2中正常通路初始信号进行概率统计处理后的信号波形图；

图8是本发明实施例2中得到的最终窄带干扰去除后的信号波形图。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于频率统计的频域滤波算法，具体步骤如下：

包括将混有窄带干扰和宽带干扰的接收信号经14位AD采样后，进行数字混频，生成I路信号和Q路信号，将该生成的I路信号和Q路信号作为正常通路初始信号，将该生成的I路信号和Q路信号进行50％的时钟延迟后作为延迟通路初始信号；

步骤1、加窗处理1，得到加窗后的时域信号。

加窗处理1使用的窗函数为Hamming窗函数(汉宁窗)或Blackman窗函数(布莱克曼窗函数)。Hamming窗，其旁瓣为-31dB，引入的信噪比损失为1.36dB，而Blackman窗，其旁瓣为-60dB，引入的信噪比损失为2.7dB。通过选择旁瓣较低的窗函数，可以将窄带干扰信号的大部分能量限定在有限的几根谱线之内，从而减少需要抑制的谱线的根数，最大程度地减小对期望信号的失真。对于不是很强的窄带干扰信号，通过加Hamming窗可以将窄带干扰的能量集中在有限的谱线内。但是干扰信号较强时，仍然有较大的旁瓣，会对临近的信号频谱造成一定的影响，Blackman窗函数的旁瓣抑制效果较好，其旁瓣抑制可以达到-60dB，考虑到系统工作环境比较恶劣，可以选择Blackman窗函数对序列进行加窗。

步骤2、对步骤1得到的时域信号进行FFT变换2，输出加窗后的信号频谱。

步骤3、对步骤2得到的信号频谱中数据进行概率统计处理，检测得到信号频谱中出现次数最多的最大频点，即确定为窄带干扰的位置。

如图2所示，步骤3中的具体方法为：

步骤3.1、初始化各寄存器和计数器的值同为A，检测步骤2得到的各帧信号频谱中的最大频点，将该最大频点赋值给第二寄存器reg2。

步骤3.2、比较第一寄存器reg1与第二寄存器reg2是否相等；若是，进入步骤3.3；若否，则进入步骤3.5。

步骤3.3、判断第一计数器cnt1是否大于等于B，若是，则进入步骤3.4，若否，令第一计数器cnt1加1，进入步骤3.6。

步骤3.4、令第一计数器cnt1等于B，并令第三寄存器reg3的值等于第二寄存器reg2的值，再判断第三计数器cnt3是否大于等于B，若是，则令第三计数器cnt3等于B，否则，令第三计数器cnt3增加1，进入步骤3.6。

步骤3.5、令第一寄存器reg1的值等于第二寄存器reg2的值，并判断第一计数器cnt1和第三计数器cnt3是否均小于等于1。

若第一计数器cnt1小于等于1，则令第一计数器cnt1等于1，进入步骤3.6，若否，则令第一计数器cnt1减1，进入步骤3.6。

若第三计数器cnt3小于等于1，则令第三计数器cnt3等于1，进入步骤3.6，若否，则令第三计数器cnt3减1，进入步骤3.6。

步骤3.6、判断第三计数器cnt3是否大于等于C，若是，则将第三寄存器reg3的值输出为最大频点数据，若否，判断无窄带干扰。

其中，A为0或正整数，B和C均为正整数，且B＞C＞A。

此实施例中，为运算简单，A取值为0，此值与第一次检测出窄带干扰需要的时间有关。B取值为6，为经验值，如果B取值过大，在窄带干扰突然消失的时，会经历较长时间才能正确检测出干扰的消失；如果B取值过小，会造成漏检。C取值为4，为经验值，如果C取值过大，在突然出现窄带干扰时，会经历较长时间才能正确检测出干扰；如果C取值过小，会造成误检。

步骤5、根据步骤4生成的阈值，对步骤2得到的频谱数据进行谱线处理，即将大于阈值的谱线置零，得到去掉窄带干扰的频谱。

步骤6、对步骤5得到的频谱进行IFFT变换，得到单路窄带干扰去除后的时域信号。

将正常通路初始信号得到的窄带干扰去除后的时域信号进行50％的时钟延迟后，再与延迟通路初始信号得到的窄带干扰去除后的时域信号重叠相加7，得到最终窄带干扰去除后的信号。信号重叠相加虽然使计算量增加一倍，但是能减轻因加窗处理1产生的信号失真问题，代价是只需要对系统进行硬件设计时，使其所需要的硬件资源增加一倍即可。

实施例1

实际发射窄带干扰，干信比为60dB，频率为1575.42MHz。宽带干扰的干信比为65dB，中心频率为1575.42MHz。由天线采集空间的信号，经低噪放和下变频后由AD进行采样，进行数字混频，生成I路信号和Q路信号，将该生成的I路信号和Q路信号作为正常通路初始信号，将该生成的I路信号和Q路信号进行50％的时钟延迟后作为延迟通路初始信号。将正常通路初始信号和延迟通路初始信号各自作以下处理：加窗处理1，FFT变换2，概率统计处理3，阈值生成4，谱线处理5，IFFT变换6。将正常通路初始信号得到的窄带干扰去除后的时域信号进行50％的时钟延迟后，再与延迟通路初始信号得到的窄带干扰去除后的时域信号重叠相加7，得到最终窄带干扰去除后的信号。如图3所示，a、b和c分别是本实施例正常通路初始信号经过加窗和FFT变换后连续三帧的信号波形图；如图4所示是本实施例正常通路初始信号进行概率统计处理后的信号波形图；如图5所示是本实施例得到的最终窄带干扰去除后的信号波形图。可以看出，信号中的窄带干扰被有效定位并移除。

实施例2

实际发射窄带干扰，干信比为62dB，频率为1575.42MHz，带宽为100kHz。宽带干扰的干信比为65dB，中心频率为1575.42MHz，带宽为500kHz。由天线采集空间的信号，经低噪放和下变频后由AD进行采样，进行数字混频，生成I路信号和Q路信号，将该生成的I路信号和Q路信号作为正常通路初始信号，将该生成的I路信号和Q路信号进行50％的时钟延迟后作为延迟通路初始信号。将正常通路初始信号和延迟通路初始信号各自作以下处理：加窗处理1，FFT变换2，概率统计处理3，阈值生成4，谱线处理5，IFFT变换6。将正常通路初始信号得到的窄带干扰去除后的时域信号进行50％的时钟延迟后，再与延迟通路初始信号得到的窄带干扰去除后的时域信号重叠相加7，得到最终窄带干扰去除后的信号。如图6所示，a、b和c分别是本实施例正常通路初始信号经过加窗和FFT变换后连续三帧的信号波形图；如图7所示是本实施例正常通路初始信号进行概率统计处理后的信号波形图；如图8所示是本实施例得到的最终窄带干扰去除后的信号波形图。可以看出，信号中的窄带干扰被有效定位并移除。

Claims

1.一种基于频率统计的频域滤波算法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1、加窗处理(1)，得到加窗后的时域信号；

步骤2、对步骤1得到的时域信号进行FFT变换(2)，输出加窗后的信号频谱；

步骤3、对步骤2得到的信号频谱中数据进行概率统计处理(3)，检测得到信号频谱中出现次数最多的最大频点，即确定为窄带干扰的位置；

步骤4、阈值生成(4)：计算最大频点处能量和信号总能量比值，将其确定为阈值；

步骤5、根据步骤4生成的阈值，对步骤2得到的频谱数据进行谱线处理(5)，得到去掉窄带干扰的频谱；

步骤6、对步骤5得到的频谱进行IFFT变换(6)，得到单路窄带干扰去除后的时域信号；

将正常通路初始信号得到的窄带干扰去除后的时域信号进行50％的时钟延迟后，再与延迟通路初始信号得到的窄带干扰去除后的时域信号重叠相加(7)，得到最终窄带干扰去除后的信号。

2.按照权利要求1所述的基于频率统计的频域滤波算法，其特征在于，步骤3中的具体方法为：

其中，A为0或正整数，B和C均为正整数，且B＞C＞A。

3.按照权利要求2所述的基于频率统计的频域滤波算法，其特征在于，A取值为0，B取值为6，C取值为4。

4.按照权利要求1或2所述的基于频率统计的频域滤波算法，其特征在于，所述加窗处理(1)使用的窗函数为Hamming窗函数或Blackman窗函数。