CN103675842A - 一种空频联合抗干扰实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空频联合抗干扰实现方法，该方法采用FFT宽带分割方法，将宽带信号分割成多个窄带信号，并采用滑窗法实现短数据内多次的FFT变换，实现各频点信号间的协方差矩阵计算，采用线性约束最小方差准则分别求得各个窄带信号的滤波权值，最后采用两路数据交替拼接的方式的到一路数据，本发明将空域与频域抗干扰方法融合在一起设计出一种灵活度较高的抗干扰实现方案，可同时抑制窄带、宽带、扫频等各种形式的干扰，大幅提高信号抗干扰能力，减少信号失真，适用于多种卫星导航系统的接收机终端。

Description

一种空频联合抗干扰实现方法

技术领域

本发明属于卫星导航技术应用领域，涉及一种空频联合抗干扰实现方法，特别是涉及一种采用宽带分割的空频联合抗干扰方法，适用于北斗、GPS等卫星导航系统的接收机终端，可抑制各种形式的干扰。

背景技术

无线通信技术在现代通讯领域中发挥越来越重要的作用，但由于无线信号极其微弱，容易受到各种自然或人为的干扰而无法使用，因此，需要引入干扰抑制技术来提高无线通信系统的抗干扰能力。鉴于当前单纯的空域、时域、频域抗干扰技术的抗干扰效果有限，故需要采用多种抗干扰方式联合的方法。

目前，采用的频域与空域级联的方法是首先使用频域方法抑制窄带干扰，然后在空域上实现波束形成，当宽带干扰和窄带干扰同时存在时，由于窄带干扰的谱线并不明显，频域抗干扰的门限值将难以计算，致使频域的干扰抑制失效。而空频联合抗干扰技术是在空域抗干扰的基础上融合频域宽带分割技术，实现对窄带、宽带及扫频的各种形式的干扰的抑制能力，与频域及空域级联抗干扰技术有明显的不同，目前针对该方面的研究尚处于起步阶段。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种空频联合抗干扰实现方法，该方法可在空频联合域上对干扰进行抑制，适用于多种卫星导航系统的接收机终端，可同时抑制窄带、宽带、扫频等各种形式的干扰。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种空频联合抗干扰实现方法，包括如下步骤：

（1）、将从阵列天线接收到的卫星信号处理为基带数字信号；

（2）、对基带数字信号首先进行低通滤波处理，之后根据奈奎斯特采样频率对低通滤波处理后的数字信号进行整数倍下抽；

（3）、对完成整数倍下抽的数字信号其中一路采用设定滑窗的方式进行L点的FFT变换，即在第一次L点的FFT变换过程中，经过N点后开始第二次L点的FFT变换过程，再经过N点后开始第三次L点的FFT变换过程，以此类推，直至获得D组FFT变换后的频域信号，即得到D组且每组L个频点的频域信号，其中N、L、D均为正整数，且N<L；

（4）、对L个频点中每个频点分别进行D组的协方差矩阵的累积计算，得到L个协方差矩阵；

（5）、对L个频点中的每个频点进行抗干扰权值计算，具体计算公式如下：

W_f=R(f)^-1a(a^HR(f)^-1a)^-1

其中：W_f为每个频点的抗干扰权值；

f为频点；R(f)为频点对应的协方差矩阵；

a为约束矢量；a^H为a的共轭转置；

（6）、对完成整数倍下抽的数字信号另外一路采用设定滑窗的方式进行L点的FFT变换，即在第一次L点的FFT变换过程中，经过N点后开始第二次L点的FFT变换过程，再经过N点后开始第三次L点的FFT变换过程，以此类推，直至获得D组FFT变换后的频域信号，即得到D组且每组L个频点的频域信号，其中N、L、D均为正整数，且N<L；其中第一次L点的FFT变换的起始时间比步骤（3）中第一次L点的FFT变换的起始时刻晚L/2点；

（7）、根据步骤（5）中得到的每个频点进行抗干扰权值W_f对步骤（3）得到的频域信号和步骤（6）得到的频域信号分别进行抗干扰滤波处理，并采用IFFT变换将频域信号变换为时域信号，之后将两路时域信号进行拼接得到一路信号。

在上述空频联合抗干扰实现方法中，步骤（1）中将卫星信号处理为基带数字信号包括：将卫星信号一次混频至中频信号，并将中频信号进行A/D转换、之后将A/D转换后的数字信号进行数字下变频处理，获得基带数字信号。

在上述空频联合抗干扰实现方法中，步骤（7）中对两路数据进行拼接的方法为：将第一路数据中每组L点数据中的第1/4L至3/4L的数据与第二路数据中每组L点数据中的第1/4L至3/4L的数据交替拼接。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

（1）、本发明提出的空频联合抗干扰实现方法，采用通过设定滑窗的方式进行L点的FFT变换，使得权值更新的时间可根据需求进行调整，灵活度较高；

（2）、本发明采用对每个频点分别进行抗干扰权值计算，可同时抑制窄带、宽带、扫频等各种形式的干扰，具有较广的适用范围；

（3）、本发明通过采用两路数据交替拼接的方式，减少了边缘信号畸变，可有效地降低边缘数据对信号质量及抗干扰性能的影响，大幅提高信号抗干扰能力，减少信号失真；

（4）、本发明方法适用于北斗、GPS等多种卫星导航系统的接收机终端，具有较强的实用性。

附图说明

图1为本发明空频联合抗干扰方法信号处理流程图；

图2为本发明采用滑窗方式进行L点的FFT变换的示意图；

图3为本发明两路数字信号分别进行L点的FFT变换示意图；

图4为本发明两路时域数据拼接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为本发明空频联合抗干扰方法信号处理流程图，本发明空频联合抗干扰实现方法，包括如下步骤：

（1）、将从阵列天线接收到的卫星信号处理为基带数字信号，具体为：将卫星信号通过一次混频至中频信号，并将中频信号进行A/D转换、之后将A/D转换后的数字信号进行数字下变频处理，获得基带数字信号。

（2）、对基带数字信号首先进行低通滤波处理，之后根据奈奎斯特采样频率对低通滤波处理后的数字信号进行整数倍下抽。

通常在A/D采样中因为需要满足中频采样率的约束及快速采样的需求通常会采用较高的采样速率，在后续的信号处理中数据率过高会造成计算量过大，处理难度大。采用整数倍下抽，将采样率降低至基带采样的奈奎斯特频率，有效降低了数据率。同时下抽后的有用信号占用几乎全部的数字频带，为后续的宽带分割提供方便。

（3）、对完成整数倍下抽的数字信号分为两路，其中一路采用设定滑窗的方式进行L点的FFT变换，即在第一次L点的FFT变换过程中，经过N点后开始第二次L点的FFT变换过程，再经过N点后开始第三次L点的FFT变换过程，以此类推，直至获得D组FFT变换后的频域信号，即得到D组且每组L个频点的频域信号，其中N、L、D均为正整数，且N<L。如图2所示为本发明采用滑窗方式进行L点的FFT变换的示意图。

滑窗的设置大大减少了获得D组频域数据所需的时间，当N=L时，即为无重叠的分段方法，每次进行FFT变换的数据间没有重叠。至此可将宽带谱分给为L个窄带谱。

（4）、对L个频点中每个频点分别进行D组的协方差矩阵的累积计算，得到L个协方差矩阵。如图2所示，以7阵元为例，每个频点的数据为7XD的频域信号组，假设f1频点的7XD的频域信号组用A(f1)表示，那么f1频点的协方差矩阵为R（f1）=A(f1)XA(f1)^H。在实现过程中无需等到D组FFT全部执行完毕再计算R（f1）,可通过累加的方式，每获得一组频谱数据就在原R（f1）累加相应的数据。

（5）、在获得每个频点的协方差矩阵后，采用矩阵求逆的方法针对每个频点分别求得抗干扰滤波权值，其具体实现方法为：采用线性约束最小方差准则，准则含义为在一定的约束下使得输出的信号总功率最小，以达到抑制干扰的目的，其表达式如下：

$\begin{array}{cc}{W}_f=\arg \min E\left[{\left|W^{H}A\left(f\right)\right|}^2\right]& s.t.W^{H}a=1\\ =\arg \min W^{H}R\left(f\right)W& s.t.W^{H}a=1\end{array}$

其中a为约束矢量，可根据需要调整；A(f)为频域信号矩阵；

W为待求解的抗干扰权值；W^H为W的共轭转置；

可推出解为：W_f=R(f)^-1a(a^HR(f)^-1a)^-1

在对R(f)矩阵求逆获得R(f)^-1矩阵后，按照公式进行相应的计算可求得W_f，对每个频点进行相应据算可获得各个窄带信号的抗干扰滤波权值。

其中：W_f为每个频点的抗干扰权值；

f为频点；R(f)为频点对应的协方差矩阵；

a为约束矢量；a^H为a的共轭转置；

（6）、对完成整数倍下抽的数字信号另外一路采用设定滑窗的方式进行L点的FFT变换，即在第一次L点的FFT变换过程中，经过N点后开始第二次L点的FFT变换过程，再经过N点后开始第三次L点的FFT变换过程，以此类推，直至获得D组FFT变换后的频域信号，即得到D组且每组L个频点的频域信号，其中N、L、D均为正整数，且N<L；其中第一次L点的FFT变换的起始时间比步骤（3）中第一次L点的FFT变换的起始时刻晚L/2点。

如图3所示为本发明两路信号分别进行L点的FFT变换示意图，其中第二路信号进行L点的FFT变换与第一路信号进行L点的FFT变换方法相同，仅仅起始时刻延迟了L/2点。

（7）、根据步骤（5）中得到的每个频点进行抗干扰权值W_f对步骤（3）得到的频域信号和步骤（6）得到的频域信号分别进行抗干扰滤波处理，并采用IFFT变换将频域数据变换为时域数据，之后将两路时域数据进行拼接得到一路数据。由于处理过程中会导致抗干扰滤波后L点时域数据中的两段的边缘数据会发生很大程度的畸变，故本发明中采用两路数据拼接的方法，可有效地减少边缘数据对信号质量及抗干扰性能的影响。

其中对两路数据进行拼接的方法为：将第一路数据中每组L点数据中的第1/4L至3/4L的数据与第二路数据中每组L点数据中的第1/4L至3/4L的数据交替拼接。即：将第一路数据中第一组L点数据中的第1/4L至3/4L的数据（1）与第二路数据中第一组L点数据中的第1/4L至3/4L的数据（2）拼接，之后与第一路数据中第二组L点数据中的第1/4L至3/4L的数据（3）拼接，之后再与第二路数据中第二组L点数据中的第1/4L至3/4L的数据（4）拼接，之后与第一路数据中第三组L点数据中的第1/4L至3/4L的数据（5）拼接……，依次类推，完成两路数据中所有组的L点数据的拼接。如图4所示为本发明两路数据拼接示意图。

经过上述的抗干扰处理过程可获得无干扰的基带时域信号，将信号进行整数倍内插及上变频处理后可作为普通接收机的输入数据直接使用。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种空频联合抗干扰实现方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）、将从阵列天线接收到的卫星信号处理为基带数字信号；

（2）、对基带数字信号首先进行低通滤波处理，之后根据奈奎斯特采样频率对低通滤波处理后的数字信号进行整数倍下抽；

（3）、对完成整数倍下抽的数字信号其中一路采用设定滑窗的方式进行L点的FFT变换，即在第一次L点的FFT变换过程中，经过N点后开始第二次L点的FFT变换过程，再经过N点后开始第三次L点的FFT变换过程，以此类推，直至获得D组FFT变换后的频域信号，即得到D组且每组L个频点的频域信号，其中N、L、D均为正整数，且N<L；

（4）、对L个频点中每个频点分别进行D组的协方差矩阵的累积计算，得到L个协方差矩阵；

（5）、对L个频点中的每个频点进行抗干扰权值计算，具体计算公式如下：

W_f=R(f)^-1a(a^HR(f)^-1a)^-1

其中：W_f为每个频点的抗干扰权值；

f为频点；R(f)为频点对应的协方差矩阵；

a为约束矢量；a^H为a的共轭转置；

（6）、对完成整数倍下抽的数字信号另外一路采用设定滑窗的方式进行L点的FFT变换，即在第一次L点的FFT变换过程中，经过N点后开始第二次L点的FFT变换过程，再经过N点后开始第三次L点的FFT变换过程，以此类推，直至获得D组FFT变换后的频域信号，即得到D组且每组L个频点的频域信号，其中N、L、D均为正整数，且N<L；其中第一次L点的FFT变换的起始时间比步骤（3）中第一次L点的FFT变换的起始时刻晚L/2点；

（7）、根据步骤（5）中得到的每个频点进行抗干扰权值W_f对步骤（3）得到的频域信号和步骤（6）得到的频域信号分别进行抗干扰滤波处理，并采用IFFT变换将频域信号变换为时域信号，之后将两路时域信号进行拼接得到一路信号。

2.根据权利要求1所述的一种空频联合抗干扰实现方法，其特征在于：所述步骤（1）中将卫星信号处理为基带数字信号包括：将卫星信号一次混频至中频信号，并将中频信号进行A/D转换、之后将A/D转换后的数字信号进行数字下变频处理，获得基带数字信号。

3.根据权利要求1所述的一种空频联合抗干扰实现方法，其特征在于：所述步骤（7）中对两路数据进行拼接的方法为：将第一路数据中每组L点数据中的第1/4L至3/4L的数据与第二路数据中每组L点数据中的第1/4L至3/4L的数据交替拼接。

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