CN104076369B

CN104076369B - 基于自适应门限判决的频域抗干扰方法及装置

Info

Publication number: CN104076369B
Application number: CN201410327947.3A
Authority: CN
Inventors: 王伶; 韩闯; 张兆林; 史尚奇; 赵敬; 宫延云
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-07-10
Also published as: CN104076369A

Abstract

本发明公开了一种基于自适应门限判决的频域抗干扰方法及装置，用于解决现有频域抗干扰方法实时性差的技术问题。技术方案是采用实时数据求取门限，直接将门限作用于当前数据，处理过程采用重叠处理、加窗操作以解决信噪比低的问题；本发明求取门限采用实时数据，去大点后再求均值作为门限，将此门限作用于当前数据进行干扰抑制，从而实现门限的准确性，以及门限的实时性，在实际应用中完全实现流水设计，无需任何反馈，解决了干扰边缘无法完全抑制的问题，而且处理的实时性完全实现了干扰抑制的自适应能力，在高动态以及干扰快速变换的环境下能有效的工作。本发明还提供实现上述方法的装置。

Description

基于自适应门限判决的频域抗干扰方法及装置

技术领域

本发明涉及一种频域抗干扰方法，特别是一种基于自适应门限判决的频域抗干扰方法。还涉及实现这种基于自适应门限判决的频域抗干扰方法的装置。

背景技术

卫星导航系统中卫星信号的功率很低(甚至低于-133dBm)，易受到多种形式的有意或无意干扰，导致用户机导航定位性能下降，甚至无法正常工作。因此，研发具有抗干扰能力的卫星导航接收机已经成为一个迫切需要解决的重要问题。

目前滤除卫星信号有效带宽中的窄带干扰或是多音干扰通常包括以下两种方法：基于LMS的算法和基于频域变换的算法。

基于LMS算法的收敛速度不能有效的控制，在实时的使用会有很大的限制。

以往基于频域变换的算法在实际的应用中存在很大的问题，其中包括处理之后信号的信噪比较低很多；以往直接求取门限进行判决无法完全抑制窄带干扰，尤其是在干扰的边缘，干扰较弱，门限无法自适应判决，干扰无法完全抑制；进行迭代求取门限的方法无法快速计算，无法实现门限的实时处理，在实际应用中存在很大的限制，无法在高动态的接收机、干扰快速变化的环境下进行使用。

发明内容

为了克服现有频域抗干扰方法实时性差的不足，本发明提供一种基于自适应门限判决的频域抗干扰方法。该方法采用实时数据求取门限，直接将门限作用于当前数据，处理过程采用重叠处理、加窗操作以解决信噪比低的问题；本发明求取门限采用实时数据，去大点后再求均值作为门限，将此门限作用于当前数据进行干扰抑制，从而实现门限的准确性，以及门限的实时性，在实际应用中完全实现流水设计，无需任何反馈，解决了干扰边缘无法完全抑制的问题，而且处理的实时性完全实现了干扰抑制的自适应能力，在高动态以及干扰快速变换的环境下能有效的工作。

本发明还提供实现上述方法的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于自适应门限判决的频域抗干扰方法，其特点是采用以下步骤：

步骤一、单阵元天线接收的卫星信号和干扰信号，经过下变频后得到中频模拟信号，再对中频模拟信号进行A/D采样，得到一路数字实信号。

步骤二、对步骤一中得到的数字信号进行均值的实时统计，然后在信号中减去该均值以去除零频信号。

步骤三、将去除零频的信号分成两路进行加窗，两个窗函数之间相差N/2点相移，形成两路加窗之后的数据。其中，N是窗函数的点数。

步骤四、将两路加窗之后的数据分别进行N点FFT变换，得到数据R(k)，0≤k≤N-1，R(k)中寄存的是数据N点的频域信息。

步骤五、使用FFT之后的数据，找出其中的绝对值大点MAX₁|R(k)|、MAX₂|R(k)|...MAX_m|R(k)|，大点的个数m为窄带干扰最宽带宽，然后统计信号有效带宽n中减去大点之后数据的绝对值平均值M1，确定干扰的门限TH＝q·M1；使用此门限抑制此次数据的干扰，采用门限判决的方法，在信号带宽之外的数据置零，信号带宽中大于门限的值置零，小于门限的值保留。其中，n＝n1-n0，n0为有效带宽的最低频点，n1为有效带宽的最高频点。

均值M1的计算方法为：

M 1 = \frac{1}{n - m} {Σ_{k = n 0}^{n 1} (| R (k) | - {MAX}_{1} | R (k) | - {MAX}_{2} | R (k) | . . . {MAX}_{m} | R (k) |)}, n = n 1 - n 0 - - - (1)

门限判决的计算方法为：

R_{OUT} (k) = \{\begin{matrix} 0 & k < n 0, k > n 1 \\ 0 & | R (k) | &GreaterEqual; TH & n 0 \leq k \leq n 1 \\ R (k) & | R (k) | < TH & n 0 \leq k \leq n 1 \end{matrix} - - - (2)

步骤六、将进行干扰抑制之后的数据进行N点IFFT变换，然后两路数据直接相加得到最终处理完成的数据。

步骤七、将处理完成的数据送给D/A芯片，进行D/A转换。将模拟信号送给导航板。

一种实现上述方法的装置，其特点是：包括天线、射频模块、抗干扰板、导航板和电源板。所述天线是单阵元天线。电源板给天线、射频模块、抗干扰板以及导航板供电。天线接收卫星信号和干扰信号并传输给射频模块，射频模块完成模拟下变频，将射频信号转换成中频信号，然后传输给抗干扰板上的A/D芯片，A/D转换之后将中频数字信号传给FPGA，FPGA将此信号中的零频信号去除，然后直接分成两路信号，进行加窗处理后进行FFT变换，然后用此数据求干扰的去大点求均值门限，将此门限作用于当前数据，之后将数据IFFT变换，合成一路数据，进行转换，输出给射频模块中的上变频模块，变为射频信号传输给导航板进行最终的解算、定位。

本发明的有益效果是：该方法采用实时数据求取门限，直接将门限作用于当前数据，处理过程采用重叠处理、加窗操作以解决信噪比低的问题；本发明求取门限采用实时数据，去大点后再求均值作为门限，将此门限作用于当前数据进行干扰抑制，从而实现门限的准确性，以及门限的实时性，在实际应用中完全实现流水设计，无需任何反馈，解决了干扰边缘无法完全抑制的问题，而且处理的实时性完全实现了干扰抑制的自适应能力，在高动态以及干扰快速变换的环境下能有效的工作。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明基于自适应门限判决的频域抗干扰方法的流程图。

图2是实现本发明基于自适应门限判决的频域抗干扰方法的装置结构框图。

图3是图2中抗干扰板的详细框图。

具体实施方式

以下实施例参照图1-3。

本实例中卫星系统为BD二代B1频点系统，卫星信号的频率范围为1.559098GHz～1.563098GHz。天线为单阵元天线，具体步骤如下：

a)A/D采样：单阵元天线接收的卫星信号和干扰信号，经过下变频后得到中频模拟信号，再对中频模拟信号进行A/D采样，得到一路数字实信号。

b)去除零频信号：将A/D采样的数字信号进行均值的实时统计，然后在信号中减去该均值以去除零频信号。

c)重叠数据加窗：将去除零频的信号分成两路进行加窗，两个窗函数之间相差N/2(窗函数点数为N)点相移，形成两路加窗之后的数据。在本实例中所加的窗函数点数N为1024的汉宁窗，两路数据直接的窗函数相差512点。

d)进行FFT变换：将两路加窗之后的数据分别进行1024点FFT变换，得到的数据为R(k)(0≤k≤1023)。

e)干扰抑制：干扰的抑制分为两部分：使用FFT之后的数据，找出其中的绝对值大点MAX₁|R(k)|、MAX₂|R(k)|...MAX_m|R(k)|，大点的个数m为窄带干扰最宽带宽，此实例中抑制干扰为信号有效带宽的1/10，为0.4MHz，m取值为6.然后统计信号有效带宽n(n＝n1-n0)中减去大点之后数据的均值M1，确定干扰的门限TH＝q·M1，本实例中n＝802-736＝66(n1＝802，n0＝736)，q值取3；使用此门限作用于当前数据进行干扰抑制，采用门限钳位的方法，在信号带宽之外的数据置零，信号带宽中大于门限的值置零，小于门限的值保留。其中均值M1和门限判决的计算方法为：

M 1 = \frac{1}{n - m} {Σ_{k = n 0}^{n 1} (| R (k) | - {MAX}_{1} | R (k) | - {MAX}_{2} | R (k) | . . . {MAX}_{m} | R (k) |)}, n = n 1 - n 0 - - - (1)

R_{OUT} (k) = \{\begin{matrix} 0 & k < n 0, k > n 1 \\ 0 & | R (k) | &GreaterEqual; TH & n 0 \leq k \leq n 1 \\ R (k) & | R (k) | < TH & n 0 \leq k \leq n 1 \end{matrix} - - - (2)

f)进行IFFT变换以及重叠相加：将进行干扰抑制之后的数据进行1024点IFFT变换，然后两路数据直接相加得到最终处理完成的数据。

g)D/A输出：将处理完成的数据送给D/A芯片，进行D/A转换。将模拟信号送给导航板。

为实现上述方法，本发明还提出一种基于门限判决的频域导航抗干扰方法实现的装置。该装置包括天线、射频模块、抗干扰板、导航板和电源板等。其中，抗干扰板包括一片模数转换AD芯片、一片FPGA芯片、一片数模转换DA芯片。

电源板给天线、射频模块、抗干扰板以及导航板供电。天线为单阵元天线，接收卫星信号与干扰信号传递给射频模块，射频模块将射频信号转换为中频信号，输出中心频率为46.5MHz的模拟信号给抗干扰处理模块，抗干扰处理板上的使用62MHz的时钟进行A/D采样，得到数字中频信号。然后分成两路，进行加窗，窗函数采用1024点汉宁窗，将两个相差512点的汉宁窗加到两路数据上。然后使用加窗之后的数据进行1024点FFT变换，得到的数据在有效信号带内找到6个模值最大的点，将带内的66点减去这6个最大的点之后求均值M1，然后使用此值确定门限TH＝3·M1，进行门限钳位的时候，在600～930之间的点和TH进行比较，比此值大的置为零，之外的点置为零，其他的保留。处理完成之后的数据进行1024点IFFT变换后合成一路数据，然后将这些数据送到D/A芯片，D/A芯片输出中频46.5MHz的模拟信号，将中频模拟信号回送到射频模块，转换成射频1.561098GHz的射频信号输出给导航板，导航板进行解算。

Claims

1.一种基于自适应门限判决的频域抗干扰方法，其特征在于采用以下步骤：

步骤一、单阵元天线接收的卫星信号和干扰信号，经过下变频后得到中频模拟信号，再对中频模拟信号进行A/D采样，得到一路数字实信号；

步骤二、对步骤一中得到的数字实信号进行均值的实时统计，然后在信号中减去该均值以去除零频信号；

步骤三、将去除零频的信号分成两路进行加窗，两个窗函数之间相差N/2点相移，形成两路加窗之后的数据；其中，N是窗函数的点数；

步骤四、将两路加窗之后的数据分别进行N点FFT变换，得到数据R(k)，0≤k≤N-1，R(k)中寄存的是数据N点的频域信息；

步骤五、使用FFT之后的数据，找出其中的绝对值大点MAX₁|R(k)|、MAX₂|R(k)|...MAX_m|R(k)|，绝对值大点的个数m为窄带干扰最宽带宽，然后统计信号有效带宽n中减去大点之后数据的绝对值平均值M1，确定干扰的门限TH＝q·M1；使用此门限抑制此次数据的干扰，采用门限判决的方法，在信号带宽之外的数据置零，信号带宽中大于门限的值置零，小于门限的值保留；其中，n＝n1-n0，n0为有效带宽的最低频点，n1为有效带宽的最高频点；

均值M1的计算方法为：

M 1 = \frac{1}{n - m} {Σ_{k = n 0}^{n 1} (| R (k) | - {MAX}_{1} | R (k) | - {MAX}_{2} | R (k) | ... {MAX}_{m} | R (k) |)}, n = n 1 - n 0 - - - (1)

门限判决的计算方法为：

R_{O U T} (k) = \{\begin{matrix} 0 & k < n 0, k > n 1 \\ 0 & | R (k) | &GreaterEqual; T H & n 0 \leq k \leq n 1 \\ R (k) & | R (k) | < T H & n 0 \leq k \leq n 1 \end{matrix} - - - (2)

步骤六、将进行干扰抑制之后的数据进行N点IFFT变换，然后两路数据直接相加得到最终处理完成的数据；

步骤七、将处理完成的数据送给D/A芯片，进行D/A转换；将模拟信号送给导航板。

2.一种实现权利要求1所述基于自适应门限判决的频域抗干扰方法的装置，其特征在于：包括天线、射频模块、抗干扰板、导航板和电源板；所述天线是单阵元天线；电源板给天线、射频模块、抗干扰板以及导航板供电；天线接收卫星信号和干扰信号并传输给射频模块，射频模块完成模拟下变频，将射频信号转换成中频信号，然后传输给抗干扰板上的A/D芯片，A/D转换之后将中频数字信号传给FPGA，FPGA将此信号中的零频信号去除，然后直接分成两路信号，进行加窗处理后进行FFT变换，然后用此数据求干扰的去大点求均值门限，将此门限作用于当前数据，之后将数据IFFT变换，合成一路数据，进行转换，输出给射频模块中的上变频模块，变为射频信号传输给导航板进行最终的解算、定位。