CN102944884A

CN102944884A - Gnss接收机检测并消除窄带干扰的方法

Info

Publication number: CN102944884A
Application number: CN2012104347661A
Authority: CN
Inventors: 李倩
Original assignee: RDA MICROELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: RDA MICROELECTRONICS CO Ltd; RDA Technologies Ltd
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2032-11-02
Also published as: CN102944884B

Abstract

本申请公开了一种GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法，首先，接收机将收到的时域信号通过FFT变换转换为频域信号；其次，在该频域信号中找到窄带干扰信号的频率点，并将这些频率点设置为陷波器的阻断频率；最后，接收机将收到的时域信号再通过所述陷波器以滤除窄带干扰信号。本申请具有技术实现较简单、计算量较小、实时性强、灵活性佳的优点。

Description

GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法

技术领域

本申请涉及一种信号处理技术，特别是涉及一种对窄带干扰的检测及消除方法。

背景技术

美国的GPS系统、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）系统、中国的北斗系统、欧洲的伽利略（Galileo）系统等。每个GNSS系统都至少包括GNSS卫星和GNSS接收机两部分，GNSS接收机通过接收GNSS卫星信号来确定自身在地球表面的位置。

GNSS卫星信号通常采用扩频通信方式（Spread Spectrum Communication，扩展频谱通信），即用来传输信息的信号带宽远大于所传信息必需的最小带宽。

GNSS接收机在接收GNSS卫星信号时，会受到各种各样的电磁干扰。常见的干扰源包括无线通信系统、电视台、电台、雷达、电离层闪烁、甚至GNSS接收机的内部时钟所产生的谐波也会对GNSS接收机带来干扰。

根据干扰信号的带宽相对于GNSS卫星信号的带宽的大小，可大致将其分为窄带干扰和宽带干扰两种。窄带干扰的一个特例是单频干扰，即正弦或余弦形式的连续波干扰，它的能量集中在单个频率上。其余的窄带干扰可以视作为数量较少的单频干扰的叠加。窄带干扰的频率越接近于GNSS卫星信号的中心频率，它对接收机的影响越严重。窄带干扰会使GNSS接收机捕获到错误的相关峰、跟踪在错误的频率上，使其定位精度降低。

请参阅图1，一种现有的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法为：

首先，接收机将收到的时域信号通过FFT变换（快速傅里叶变换）转换为频域信号；

其次，在该频域信号中找到窄带干扰信号的频率点，并对这些频率点上的功率予以消除。

请参阅图2，由于GNSS卫星信号采用扩频通信方式，因而其能量被均匀地分布在很宽的频带上，并且功率谱密度极低。而窄带干扰信号的能量则集中地分布在很窄的频带上（可视为数量较少的频率点的集合），并且功率谱密度极高。在频域信号中，接收机只需要找出功率谱密度显著变大的频率点，这就是窄带干扰信号的频率点。然后，接收机将这些频率点的功率置为0或置为与其周边的频率点的功率一致，即可消除窄带干扰。

最后，将频域信号再通过FFT反变换（快速傅里叶反变换）转换为时域信号，进行后续的解扩处理。

这种方法具有如下缺点：

其一，由于需要实时地对GNSS接收机所接收的时域信号进行FFT变换和FFT反变换，技术实现复杂，并且计算量很大。

其二，GNSS接收机所接收的扩频信号经过上述方法处理需要消耗一定的时间，因而实时性较差。

GNSS接收机对于消除干扰后的接收信号，还需依次进行信号捕获和信号跟踪。在进行信号捕获处理时，由于对精度要求较低，通常也采用FFT变换将时域的接收信号和本地再生伪码在时域的相关计算转换为在频域的相乘计算，从而减小捕获时间。而在之后进行的信号跟踪处理时，由于对精度要求较高，通常采用直接对时域信号进行相关计算的方式。

请参阅图6，这是图1所示的现有的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法之后紧跟着进行信号捕获和信号跟踪的流程图。其先对消除窄带干扰之后的频域信号进行信号捕获处理，再对消除窄带干扰之后的时域信号进行信号跟踪处理。

请参阅图3，另一种现有的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法为：在已知窄带干扰的频率点时，设置一个或多个陷波器（带阻滤波器），将这些频率点的信号滤除掉。但是这种方法需要预先知道窄带干扰的频率点，这是一个难题；并且无法应对突然进入的窄带干扰信号。为此又有一种改进，即采用自适应陷波器（自适应滤波器）。这种改进方法不需要预先知道窄带干扰的频率点，但是技术实现的复杂度高、计算量大，并且需要一定的稳定时间。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法，使得技术实现较简单、计算量较小。

为解决上述技术问题，本申请GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法为：

首先，接收机将收到的时域信号通过FFT变换转换为频域信号；

其次，在该频域信号中找到窄带干扰信号的频率点，并将这些频率点设置为陷波器的阻断频率；

最后，接收机将收到的时域信号再通过所述陷波器以滤除窄带干扰信号。

本申请GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法具有如下优点：

其一，采用了频谱分析与陷波器相结合的方法，频谱分析可以应对突然进入的窄带干扰信号，这便提高了检测和消除窄带干扰信号的灵活性；而陷波器相对于FFT反变换的计算而言极大地提高了处理速度，也就提高了检测和消除窄带干扰信号的实时性。

其二，仅需进行FFT变换，无须进行FFT反变换，因而技术实现较为简单、计算量较小。由于GNSS接收机在信号捕获处理中，通常也采用FFT变换将接收信号和本地再生伪码在时域的相关计算转换为在频域的相乘计算，从而减小捕获时间。因而本申请为了频谱分析所用的FFT运算单元，可以与信号捕获处理中的FFT运算单元复用，从而节省了硬件资源。

其三，采用具有固定阻断频率的陷波器，而非自适应陷波器，从而降低了硬件实现的复杂度。经过本申请所述方法处理后的接收信号，保证了捕获灵敏度、跟踪灵敏度及导航精度不受窄带干扰信号的影响。

附图说明

图1是一种现有的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法的流程图；

图2是GNSS卫星信号和窄带干扰信号的频谱（频域信号）的示意图；

图3是另一种现有的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法的流程图；

图4是本申请的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法的流程图；

图5是本申请的一个优选实施例的流程图。

图6是一种现有的GNSS接收机进行信号处理的全流程图；

图7a、图7b是本申请的GNSS接收机进行信号处理的两种全流程图。

具体实施方式

请参阅图4，本申请GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法为：

首先，接收机将收到的时域信号通过FFT变换转换为频域信号。

其次，根据GNSS卫星信号的频带宽且功率谱密度低、窄带干扰信号的频带窄且功率谱密度高的特点，接收机找出频域信号中功率谱密度显著变大的频率点，这就是窄带干扰信号的频率点。接收机将这些频带或频率点设置为一个或多个陷波器的阻断频率。

最后，接收机将收到的时域信号再通过所述一个或多个陷波器以滤除窄带干扰信号。滤波时，可以将所述频率点的能量滤除为0，也可将所述频率点的能量滤除为与周边频率点的能量大致相同。

经过上述处理之后，GNSS接收机就将接收到的时域信号中所夹杂的窄带干扰信号滤除干净，其后可以继续进行解扩等操作。

下面将以一个优选的实施例对本申请的技术方案进行详细说明，其如图5所示，具体包括如下步骤：

第1步，接收机将收到的模拟射频信号混频、滤波，得到模拟中频信号；

第2步，接收机将模拟中频信号通过模数转换，得到数字中频信号；

第3步，接收机将数字中频信号混频、滤波，得到数字基带信号；

第4步，接收机对数字基带信号进行FFT变换，得到其频谱；

第5步，在数字基带信号的频谱中，接收机寻找出功率谱密度显著变大的频率点；

第6步，接收机将第5步找出的频率点设置为陷波器的滤除频率；

第7步，接收机将数字基带信号经过所述陷波器滤波，得到消除窄带干扰后的数字基带信号。

所述方法第4步中，数字基带信号为N点混频后的复数xin(m)，m＝0，1，……，N－1。采用N点FFT变换得到其频谱：

n＝0，1，……，N－1。

所述方法第5步中，可以首先计算各频点的功率幅度Abs_dat(n)＝|F_data(n)|，n＝0，1，……，N－1。然后对这N点功率幅度求均值

以该均值P的M倍作为阈值，M＞1。接着找到功率幅度大于该阈值M·P的T个频率点Fn(i)，i＝0，1，……，T－1。T为≥2的自然数。最后可选地对这T个窄带干扰信号的频率点按照功率幅度由大到小排序。

所述方法第6步中，如果陷波器的数量≥T，则将这T个窄带干扰信号的频率点Fn(i)，i＝0，1，……，T－1分别设置为每个陷波器的阻断频率。如果陷波器的数量为K，K为＜T的自然数，则将T个窄带干扰信号的频率点按照功率幅度由大到小排序后的前K个分别设置为每个陷波器的阻断频率。

所述方法第7步中，如果有多个陷波器可以级联设置。

请参阅图7a，这是图4所示的本申请的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法之后紧跟着进行信号捕获和信号跟踪的一种流程图。其直接在频域将窄带干扰信号的频率点的功率置为0，或置为与周边频率点的功率大致相同。然后对消除窄带干扰之后的频域信号进行信号捕获处理，再对消除窄带干扰之后的时域信号进行信号跟踪处理。这种实现方法只需要对接收信号进行一次FFT变换的计算。

请参阅图7b，这是图4所示的本申请的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法之后紧跟着进行信号捕获和信号跟踪的另一种流程图。其先将消除窄带干扰之后的时域信号通过FFT变换转换为频域信号，然后对消除窄带干扰之后的频域信号进行信号捕获处理，再对消除窄带干扰之后的时域信号进行信号跟踪处理。这种实现方法需要对接收信号进行两次FFT变换，然而可以共用一个FFT计算单元以节省硬件资源。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法，其特征是，

最后，接收机将收到的时域信号再通过所述陷波器以滤除窄带干扰信号

2.根据权利要求1所述的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法，其特征是，根据GNSS卫星信号的频带宽且功率谱密度低、窄带干扰信号的频带窄且功率谱密度高的特点，接收机找出频域信号中功率谱密度显著变大的频率点，这就是窄带干扰信号的频率点。

3.根据权利要求1所述的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法，其特征是，滤除窄带干扰信号时，或者将所述频率点的能量滤除为0，或者将所述频率点的能量滤除为与周边频率点的能量大致相同。

4.根据权利要求1所述的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法，其特征是，包括如下步骤：

第4步，接收机对数字基带信号进行FFT变换，得到其频谱；

5.根据权利要求4所述的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法，其特征是，所述方法第5步中，首先计算各频点的功率幅度，然后对这多个频点的功率幅度求均值，以该均值的一定倍数作为阈值，接着找到功率幅度大于该阈值一个或多个频率点。

6.根据权利要求5所述的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法，其特征是，所述方法第5步中，最后还对这一个或多个窄带干扰信号的频率点按照功率幅度由大到小排序。

7.根据权利要求4所述的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法，其特征是，所述方法第6步中，当陷波器的数量≥窄带干扰信号的频率点的数量，将每个窄带干扰信号的频率点分别设置为每个陷波器的阻断频率；

当陷波器的数量为K，K＜窄带干扰信号的频率点的数量，将这多个窄带干扰信号的频率点按照功率幅度由大到小排序后的前K个分别设置为每个陷波器的阻断频率。

8.根据权利要求4所述的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法，其特征是，所述方法第7步中，如果有多个陷波器则级联设置。

9.根据权利要求1所述的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法，其特征是，得到窄带干扰信号的频率点后，直接在频域将这些频率点的功率置为0，或置为与周边频率点的功率大致相同；然后对消除窄带干扰之后的频域信号进行信号捕获处理，再对消除窄带干扰之后的时域信号进行信号跟踪处理。

10.根据权利要求1所述的GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法，其特征是，得到消除窄带干扰之后的时域信号后，先通过FFT变换将其转换为消除窄带干扰之后的频域信号；然后对消除窄带干扰之后的频域信号进行信号捕获处理，再对消除窄带干扰之后的时域信号进行信号跟踪处理；

所述对接收的时域信号进行的FFT变换、对消除窄带干扰之后的频域信号进行的FFT变换，共用一个FFT计算单元。