CN103926595A - 基于小型化卫星导航终端的干扰信号检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于小型化卫星导航终端的干扰信号检测方法，对接收到的中频数字信号进行FFT变换，转换为频域信号，在频域计算检测统计量，并设定干扰门限值，由判决器对检测统计量和干扰门限值进行比较，输出干扰存在性信息。本发明提高了干扰检测的准确度，降低了算法复杂度，易于芯片化实现，减小了实现功耗。可用于我国中小型武器平台中卫星导航系统的窄带干扰信号检测。

Description

基于小型化卫星导航终端的干扰信号检测方法
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，特别涉及一种基于卫星导航系统的干扰信号检测方法，具体涉及应用于小型化卫星导航终端的干扰信号检测方法，可通过频域干扰信号检测技术实现小型化卫星导航终端的干扰信号检测需求。
背景技术
卫星导航信号到达接收天线的信号十分微弱，通常淹没在噪声之中，极易受到外来干扰信号和同频谐波的干扰，严重时会导致卫导系统无法正常使用。为了保证卫星导航系统的安全、可靠，选择干净的频谱信号进行传输，实时侦察频谱中的干扰变得尤为重要。干扰检测是卫星导航系统抗干扰技术的重要环节，最大限度地降低干扰检测算法复杂度是小型化卫星导航终端抗干扰技术的迫切需求。
干扰检测处理通常采用时域干扰信号检测或频域干扰信号检测，采用时域干扰信号检测需要对输入信号实时检测，使电路功耗较大，且检测结果准确性低；传统频域干扰信号检测的FFT变换部分采用并行或阵列处理算法，且门限因子的计算方式复杂，使电路规模较大，不易于芯片化实现；传统频域干扰信号检测的数字域FFT的频谱泄露严重，影响干扰检测的准确性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于小型卫星导航终端的干扰信号检测方法，以侦察卫星导航信号频谱中是否存在干扰，给后续抗干扰处理提供必要信息，可同时满足GPS、GLONASS、北斗一代、北斗二代等卫星导航系统的应用要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
(1)接收两路卫星导航信号，分别经下变频后变为模拟中频信号，A/D采样两路模拟中频信号，输出数字中频信号；
(2)对上述数字中频信号中的一路直接进行FFT，另一路经过1/2采样周期延时后再进行FFT；所述的采样周期为2048点；
(3)将两路FFT的结果求平均值，输出无频谱泄露的频域信号；
(4)求该频域信号的模平方以及模平方的平均值；
(5)由公式估算门限因子θ，其中1-F(A)为设定的虚警概率，F(A)取0.0001～0.000001，通过修正计算干扰门限值为θ*a2，a2为步骤(4)计算出的模平方；
(6)将步骤(4)计算出的信号模平方的平均值和步骤(5)计算出的干扰门限值进行比较，若存在大于门限值的点，则认为有干扰，若不存在大于门限值的点，则认为无干扰。
本发明的有益效果是：由于对数字域FFT采用1/2采样周期延时算法减少了FFT的频谱泄露，提高了卫星导航系统干扰检测的准确性；由于将干扰门限值设为θ*a2，并通过大量仿真试验对门限因子进行修正，降低了门限值的计算复杂度，减少了算法实现的功耗；由于其FFT变换部分采用基2的顺序处理、RAM同址运算，减小了FFT部分的复杂度和功耗。
附图说明
图1为传统时域干扰检测功能框图；
图2为传统频域干扰检测功能框图；
图3为本发明基于小型化卫星导航终端的干扰信号检测方法应用实例框图；
图4为本发明基于小型化卫星导航终端的干扰信号检测方法功能框图；
图5为本发明基于小型化卫星导航终端的干扰信号检测方法FFT部分的功能框图；
图6为本发明基于小型化卫星导航终端的干扰信号检测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明的干扰信号检测方法，对接收到的中频数字信号进行FFT变换，转换为频域信号，在频域计算检测统计量,并设定干扰门限值为θ*a2，由判决器对检测统计量和干扰门限值进行比较，输出干扰存在性信息。
如图6所示，本发明方法的具体实施步骤为：
(1)通过卫星天线接收两路卫星导航信号，经下变频后变为模拟中频信号，A/D采样两路中频卫星导航信号，输出数字中频信号；
(2)对其中一路中频信号直接进行FFT，另一路经过1/2采样周期延时(采样周期为2048点)后再进行FFT；
(3)将两路FFT的结果求平均值，输出无频谱泄露的频域信号；
(4)求该频域信号模平方及其平均值；
(5)计算干扰门限值θ*a2，θ由公式算出粗略值，其中1-F(A)为设定的虚警概率(F(A)＝0.0001-0.000001)，a2为步骤(4)计算出的模平方；
(6)将步骤(4)计算出的信号模平方的平均值和步骤(5)计算出的干扰门限值进行比较，存在大于门限值的点，则认为有干扰，不存在大于门限值的点则认为无干扰。
如图4示，本发明的方法包括顺序处理FFT变换41、求模平方42、求平均值43、判决器44、估算门限因子45、修正门限因子46和设定门限47。
该方法的工作原理如下：卫星导航信号进入接收环路后，首先通过下变频模块转换为模拟中频信号，再由A/D转换模块将中频模拟信号转变为中频数字信号，在中频数字信号部分进行干扰检测，以提高干扰检测的稳定性；数字中频信号进入该算法模块后，首先进行FFT变换(该FFT采用顺序处理、RAM同址运算的结构)，将信号从时域转换到频域，在频域计算每一频点的能量值，并求其平均值，由判决器对该平均值和门限值进行比较，若存在能量值大于门限值的频点，则认为有干扰，输出干扰存在的状态信息，否则，输出干扰不存在的状态信息。
FFT变换是频域干扰检测算法的重要环节，传统干扰检测算法的FFT变换采用并行或阵列处理结构，虽能提高运算速度，但算法实现规模、功耗都较大，且FFT变换一般需要大量的RAM资源来存储蝶形运算的中间数，使FFT的电路规模进一步增大，难以满足低功耗干扰检测的需求；该算法在对中频数字信号进行FFT变换时，采用顺序处理的结构，使整个FFT变换只用一个蝶形运算单元，大大减少了乘法器的规模；进行蝶形运算时，该算法采用倒序输入、顺序输出的方式，使后一级蝶形运算的中间数可以覆盖前一级的中间数，整个运算过程只需一块RAM即可完成数据的存储，极大地减少了所需RAM资源，进一步减少了FFT部分算法的实现规模。
由于在乘法运算后对信号进行了截位处理，使FFT的输出存在一定的频谱泄露现象，影响干扰检测的效果。该算法用布莱克曼窗411对FFT的输入信号滤波，并将FFT的输入分为两组，通过延时模块412使两组输入相差1/2采样周期(采样周期为2048点)，对这两组FFT变换413的输出结果求平均值414，以该平均值作为FFT的结果，该算法极大地减小了频谱泄露对干扰检测结果的影响，提高了频域干扰检测的准确性。
门限值为θ*a2，其中a2为输入信号模平方的平均值，门限因子θ由虚警概率公式算出粗略值，其中1-F(A)为设定的虚警概率，再通过大量仿真试验进行修正。传统频域干扰检测的门限因子计算结果准确度高，但计算公式复杂，该算法降低了计算门限因子公式的复杂度，并通过大量仿真试验弥补准确性的不足，使最终的虚警概率和漏警概率满足应用需求。
本发明的一个应用实例如图3所示。它是在北斗二卫星导航系统上的实际应用，图3中北斗二阵列天线单元1输出卫星射频信号，经过下变频2后输出中频模拟信号，经过10位A/D3后输出数字中频信号，在中频数字部分通过该算法4判断其是否存在干扰，并输出干扰存在性信息给抗干扰处理/直通5以决定是否启动抗干扰处理部分，将不含干扰的卫星导航信号输出给卫星导航接收机6。与背景技术中提到的传统算法如图1、图2相比，传统的干扰检测复杂度高、准确度低，不易于小型化设计，如果应用于批量生产的小型卫星导航终端，会带来面积、功耗的急剧上升，不利于工程应用。
本发明方法采用输入1/2采样周期延时(采样周期为2048点)、顺序处理FFT结构，并简化门限因子计算方法，使方法所实现的电路规模小，功耗低，满足小型化卫星导航终端的应用需求。
在某些特殊应用下，本发明的应用还可进一步扩展。由于本发明的干扰检测范围为5dB～100dB，也可将本发明用于大型设备上阵列抗干扰的干扰检测。

Claims (3)

1.一种基于小型化卫星导航终端的干扰信号检测方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)接收两路卫星导航信号，分别经下变频后变为模拟中频信号，A/D采样两路模拟中频信号，输出数字中频信号；
(2)对上述数字中频信号中的一路直接进行FFT，另一路经过1/2采样周期延时后再进行FFT；
(3)将两路FFT的结果求平均值，输出无频谱泄露的频域信号；
(4)求该频域信号的模平方以及模平方的平均值；
(5)由公式估算门限因子θ，其中1-F(A)为设定的虚警概率，通过修正计算干扰门限值为θ*a2，a2为步骤(4)计算出的模平方；
(6)将步骤(4)计算出的信号模平方的平均值和步骤(5)计算出的干扰门限值进行比较，若存在大于门限值的点，则认为有干扰，若不存在大于门限值的点，则认为无干扰。
2.根据权利要求1所述的基于小型化卫星导航终端的干扰信号检测方法，其特征在于：所述的采样周期为2048点。
3.根据权利要求1所述的基于小型化卫星导航终端的干扰信号检测方法，其特征在于：所述的F(A)取0.0001～0.000001。
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