CN106134517B - 直接序列扩频接收机窄带干扰抑制装置和方法 - Google Patents

Abstract

直接序列扩频接收机窄带干扰抑制装置和方法，采用了一种利用AGC环路参数设定抗干扰门限的门限参数设定方法，利用数据加窗双路重叠FFT变换的频域处理方法实现了窄带抗干扰技术，降低了信号扩频信号抗窄带干扰的损失程度，提高了信号恢复质量；采用信号上变频恢复处理模块，完善了扩频信号抗干扰的射频恢复功能，该装置构成了完整的扩频信号接收机抗窄带干扰技术，可以直接应用于扩频信号接收机的收天线与接收机之间，具有较好的便捷性，本发明采用了模式切换控制方法，使得装置具有单路抗干扰、双路重叠抗干扰、无抗干扰与测试四种工作模式，具有实现的灵活性。

Description

直接序列扩频接收机窄带干扰抑制装置和方法

技术领域

本发明涉及直接序列扩频卫星导航接收机抗窄带干扰的一种方法与装置，主要采用了频域变换抑制窄带干扰的方法，该装置可以直接连接到一般扩频接收机前端，实现并完成扩频信号的窄带干扰抑制功能，属于卫星导航技术领域。

背景技术

虽然直接序列扩频卫星接收机利用扩频处理增益可以抵抗窄带干扰的影响，但是在干扰强度超过其扩频处理能力时，干扰信号能够大大降低其性能，使得接收机不能正常跟踪信号，难以解调得到需要的信息数据；此外，直接扩频序列卫星导航接收机一般采用短周期码和长周期码组合的方式获得系统实现的灵活性，对于采用短周期码的扩频系统，其功率谱不具有长周期码的连续性(长周期码由于周期较长，一般为几天，频谱几乎是连续的)，其频谱是离散的谱线，这些离散谱线与各种窄带干扰具有一定的相似性，特别是当单频连续波干扰与其中的某一离散谱线重叠时，可以使得干扰信号顺利通过解扩相关器，使得扩频抗干扰能力大大降低。为此，需要寻找提高该类干扰信号的方法，以满足接收机对具有该类干扰环境的应用需要。

GPS导航接收机是一类扩频接收机，为了其抗干扰能力，美国申请的专利较多，但是主要技术方向集中在抗宽带干扰的调零天线方面。美国专利，专利号US738603，发明人Korpet等，主要针对目标是宽带噪声干扰，该专利具有系统结构复杂，体积与重量大，成本高，可靠性低等缺点。

欧洲有两个与本发明相近的专利，由我国中兴通讯公司的赵孟等人申请，专利号为：EP1962433、EP1959581，但是该发明仅仅阐述了一种抗干扰方法，需要配置在接收机内部与扩频接收机整体安装。此外，该专利也仅采用了单路FFT变换与反变换抗干扰技术，存在信号损失大的缺陷。同时，中兴通讯公司在我国国内也申请了三个发明专利，专利号分别为：ZL200510078734.2(扩频系统中窄带干扰消除的方法和装置)、ZL200580047602.1(扩频系统中窄带干扰消除的方法和装置)、ZL200580047600.2(扩频系统中通过加窗处理消除窄带干扰的方法和装置)，这些专利与前述的欧洲的专利内容基本相同，同样存在上述的缺点。

国内，还存在多个关于该方面的专利，一个美国高通公司在中国申请的发明专利，专利号ZL200780041231.5(窄带干扰消除器)，但其该项技术的发明存在一项缺点，门限计算比较复杂，没有采用前端的AGC控制环路的辅助信息，不能做到门限的自适应调整。另一项发明由诺思路.格鲁曼公司在中国申请，发明名称：双冗余GPS抗干扰空中导航系统(ZL200380108169.9)，该发明也采用了调零天线技术，同样存在结构复杂与成本较高等问题。华为技术有限公司同样申请了该方面的专利，专利号为：ZL200510008783.9(一种抑制窄带干扰的方法)，华南理工大学也申请了一项该方面的专利，专利号：ZL200510036369.1(一种扩频系统的抗强窄带干扰自适应显波器及其方法)。上述两项专利都具有上面分析的各项缺点，信号损失过大，门限计算复杂。

本发明针对上述发明的不足，提出了采用重叠加窗FFT变换方法，提高了信号恢复性能，同时采用信号AGC控制环路自适应调整门限，具有更好的干扰抑制效果。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种采用AGC环路参数设定抗干扰门限、加窗重叠频域处理抗干扰方法的直接序列扩频接收机窄带干扰抑制装置和方法。

本发明的技术解决方案是：直接序列扩频接收机窄带干扰抑制装置，包括射频处理模块、干扰抑制模块和信号恢复模块，从接收天线接收到射频扩频信号，依次经过射频处理模块的下变频处理、干扰抑制模块的窄带干扰抑制处理和和信号恢复模块的信号恢复过程恢复成射频信号输出；

其中干扰抑制模块包括A/D、AGC环路、第一、第二路干扰抑制通路A、B、求和单元和延时补偿单元，第一、第二路干扰抑制通路A、B结构相同，包括加窗、FFT、干扰抑制单元和信号调整单元；

经射频处理模块下变频处理的信号经过干扰抑制模块的A/D采集后得到I、Q基带复信号，I、Q基带复信号分别输入到AGC环路、第一、第二路干扰抑制通路A、B和延时补偿单元，I、Q基带信号利用AGC环路的信号功率控制功能，完成信号功率的自动控制，同时AGC环路输出作为干扰抑制的门限参数的信号功率分别传送给第一、第二路干扰抑制通路A、B的干扰抑制单元，输入到第一、第二路干扰抑制通路A、B的I、Q基带复信号首先经过窗函数进行加窗处理，加窗处理以后的数据随后进行FFT变换，得到频率域数据，频率域数据被送到干扰抑制单元，干扰抑制单元利用AGC环路送来的门限参数与送入的频率域数据比较，当送入的频率域数据大于门限参数时，干扰抑制单元将送入的频率域数据置零，当送入的频率域数据小于等于门限参数时，干扰抑制单元将送入的频率域数据送入IFFT，完成频域至时域的变换，IFFT变换以后的数据送到信号调整单元，完成信号幅度的指数调整，经指数调整的两路扩频数据被送入求和单元进行求和，求和后的扩频数据进入信号恢复模块，信号恢复模块将两路求和的扩频信号恢复恢复成射频信号输出。

所述的射频处理模块包括低噪声放大器LNA、射频滤波器、放大器、下变频器、可增益放大器、滤波器、晶体振荡器和频率综合器，从接收天线接收到射频扩频信号经LNA放大，经射频滤波器滤波后再经放大器放大后，被下变频器变频成频率较低的IF中频信号，IF中频信号再经可增益放大器和滤波器处理后输出到干扰抑制模块，晶体振荡器分别向频率综合器、干扰抑制模块和信号恢复模块输出作为时钟基准的时钟信号，频率综合器分别向下变频器和信号恢复模块的上变频器输出载波信号。

所述的信号恢复模块包括D/A、低通滤波器、衰减器、上变频器和滤波器，从干扰抑制模块输入的扩频信号经过D/A转换成模拟基带信号，模拟基带信号经过低通滤波器、衰减器与上变频器处理，恢复成射频信号，射频信号再次经过滤波处理后由射频接口输出。

所述的干扰抑制模块还包括模式切换控制模块，模式切换控制模块包括切换控制按钮和第一、二、三切换开关A、B、C，第一、二切换开关A、B分别设置在第一、第二路干扰抑制通路A、B中，第三切换开关C设置在求和单元后，三个切换开关通过切换控制按钮实现干扰抑制装置的无抗干扰模式、单路抗干扰模式、双路重叠抗干扰模式与测试模式四种工作模式的转换；

无抗干扰模式，即扩频信号内没有干扰的工作模式，通过切换控制按钮切换到第三切换开关C，经过射频处理模块下变频处理的扩频基带信号经过A/D采集，然后经过延迟补偿单元后，直接经过第三切换开关C输出；

单路抗干扰模式，即存在干扰，并且需要进行抗干扰单双路对比情形下，先后通过切换控制按钮切换到第一、第二切换开关A、B，经过射频处理模块的下变频处理的扩频基带信号经过A/D采集后，进入第一、第二路干扰抑制通路A、B，进行干扰抑制处理后通过第三切换开关C输出，再将第一、第二路干扰抑制通路A、B分别输出的信号对比，判断第一、第二路干扰抑制通路A、B是否畅通；

双路重叠抗干扰模式，即干扰抑制装置的主要工作状态，装置从上电开始，如果没有模式切换将一直工作于双路重叠抗干扰状态下，经过射频处理模块的下变频处理的扩频基带信号经过A/D采集后分别送到第一、第二路干扰抑制通路A、B两路，分别经过FFT处理、干扰抑制、第一、第二切换开关A与B、信号调整、双路求和、第三切换开关C后，将干扰信号在设定门限条件下滤除；

测试模式，即进行信号的FFT变换与IFFT变换的测试，经过射频处理模块的下变频处理的扩频基带信号经过A/D采集后，先分别进行FFT变换，然后直接经过第一、第二切换开关A与B，将信号进行IFFT变换，正常情况下，信号应该能够无损耗恢复，否则需要进行链路的测试于调整，将工作模式切换到无抗干扰模式，以满足正常信号链路接收要求。

直接序列扩频接收机窄带干扰抑制方法，通过以下步骤实现：

第一步，下变频处理，

(1)从接收天线接收到射频扩频信号经LNA放大；

(2)经LNA放大的信号经射频滤波器滤波后再经放大器放大后，经下变频器变频成频率较低的IF中频信号；

(3)IF中频信号经可增益放大器和滤波器处理后输出到干扰抑制模块；

(4)晶振振荡器分别向频率综合器、干扰抑制模块和信号恢复模块输出作为时钟基准的时钟信号，频率综合器分别向下变频器和信号恢复模块的上变频器输出载波信号；

第二步，干扰抑制处理，

(1)经第一步下变频处理的信号经过干扰抑制模块的A/D采集后得到I、Q基带复信号，I、Q基带复信号分别输入到AGC环路、第一、第二路干扰抑制通路A、B和延时补偿单元；

(2)输入到AGC环路的I、Q基带信号利用AGC环路的信号功率控制功能，完成信号功率的自动控制，同时AGC环路输出作为干扰抑制的门限参数的信号功率分别传送给第一、第二路干扰抑制通路A、B的干扰抑制单元；

(3)输入到第一、第二路干扰抑制通路A、B的I、Q基带复信号经过窗函数进行加窗处理；

(4)加窗处理以后的数据进行FFT变换，得到频率域数据，频率域数据被送到干扰抑制单元；

(5)FFT变换得到频率域数据在干扰抑制单元利用AGC环路送来的门限参数，完成窄带干扰抑制处理，去除干扰的扩频数据进入IFFT；

(6)扩频数据在IFFT中完成频域至时域的变换，IFFT变换以后的数据送到信号调整单元；

(7)送到信号调整单元的数据在信号调整单元中完成信号幅度的指数调整；

(8)经指数调整的两路扩频数据被送入求和单元进行求和，求和后的扩频数据进入信号恢复模块；

第三步，信号恢复处理，

(1)从干扰抑制模块输入的扩频信号经过D/A转换成模拟基带信号；

(2)模拟基带信号经过低通滤波器、衰减器与上变频器处理，恢复成射频信号；

(3)射频信号再次经过带通滤波处理后由射频接口输出。

所述第二步步骤(2)AGC环路完成信号功率的自动控制通过以下步骤实现，

A、AGC环路利用公式(4)得到I、Q基带信号近似信号幅度A_ENV，

$A_{ENV}=\left\{\begin{array}{cc}X+\frac{1}{8}Y& X\&GreaterEqual;3Y\\ \frac{7}{8}X+\frac{1}{2}Y& X<3Y\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，X＝MAX(|I|，|Q|)，Y＝MIN(|I|，|Q|)，I，Q是下变频处理的信号经过A/D采集后的基带数字复信号；

B、根据公式(5)对近似信号幅度A_ENV进行幅度平滑处理，得到信号功率参数S_AMP，

$S_{AMP}=\frac{1}{M-1}\&lsqb;\underset{i=0}{\overset{M}{\&Sigma;}}{A}_{ENV}\&rsqb;---\left(5\right)$

其中，M是平均处理的数据个数，M＝A/D采集率除以1000；

C、将AGC控制环路的信号功率参数S_AMP作为干扰抑制的门限的计算条件，通过公式(6)得到门限参数J_threshold，

J_threshold＝4×S_AMP (6)。

所述第二步步骤(3)采用Barthann窗函数W(k)如公式(3)，

$W\left(k\right)=128\&times;\&lsqb;0.62-0.48\&times;\left|\left(\frac{k-1}{N-1}-0.5\right)\right|+0.38\&times;cos\left(2\mathrm{\&pi;}\left(\frac{k-1}{N-1}-0.5\right)\right)\&rsqb;---\left(3\right)$

其中，N是FFT变换点数，N＝512，1＜k＜N。

所述第二步步骤(5)窄带干扰抑制处理，将进行FFT变换得到频率域数据与AGC环路送来的门限参数进行比较，当送入的频率域数据大于门限参数时，干扰抑制单元将送入的频率域数据置零，当送入的频率域数据小于等于门限参数时，干扰抑制单元将送入的频率域数据送入IFFT。

所述第二步步骤(4)通过公式(1)对加窗处理以后的数据进行FFT变换，

$X\&lsqb;m\&rsqb;=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}w\left(k\right)x\left(k\right)e^{(-j2\mathrm{\&pi;}km)/N},m=0,1,...N-1---\left(1\right)$

其中，W(k)是窗函数，x(k)是A/D采集后得到的基带复信号，N是FFT变换点数，N＝512，X[m]是FFT变换后的频率域数据。

所述第二步步骤(6)扩频数据在IFFT中通过公式(2)完成频域至时域的变换，

$x\left(n\right)=\frac{1}{N}\underset{m=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}X\&lsqb;m\&rsqb;e^{\left(j2\mathrm{\&pi;}nm\right)/N},n=0,1,...N-1---\left(2\right)$

其中，X[m]是FFT变换后的频率域数据，x(n)是IFFT处理后的基带复信号。

本发明原理：

1)变换域双路重叠方法降低了信号损耗

扩频信号的频谱接近于一个噪声谱，如果在扩频信号中存在窄带干扰，经过如式子(1)的FFT变换以后，窄带信号的频谱与扩频谱具有明显的区别，如果干扰信号功率较强，干扰信号的频谱结构相对于扩频信号而言，信号功率相对集中，器频谱形状明显区别于扩频谱。

$X\&lsqb;m\&rsqb;=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}w\left(k\right)x\left(k\right)e^{(-j2\mathrm{\&pi;}km)/N},m=0,1,...N-1---\left(1\right)$

其中，W(k)是窗函数，x(k)是A/D采集后得到的基带复信号，N是FFT变换点数，N＝512，X[m]是FFT变换后的频率域数据。

对上面分析计算的频谱数据通过判别门限，可以将区别于扩频信号较多的干扰信号滤除，然后经过式子(2)进行IFFT变换以后得到干扰抑制后的扩频信号，完成窄带干扰抑制功能。

$x\left(n\right)=\frac{1}{N}\underset{m=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}X\&lsqb;m\&rsqb;e^{\left(j2\mathrm{\&pi;}nm\right)/N},n=0,1,...N-1---\left(2\right)$

其中，X[m]是FFT变换后的频率域数据，x(n)是IFFT处理后的基带复信号。

扩频信号经过频域变换干扰抑制处理以后，存在一定的损耗，特别是存在干扰信号时，由于干扰频谱滤除的影响该问题更加严重。为了降低信号变换的影响，降低干扰抑制后对扩频信号的影响，采用双路重叠处理技术，将A/D采集的信号分成A、B两路信号，然后同时做变换域干扰抑制处理；其中，B路信号相对于A路信号需要延迟N/2个数据，保持两路信号N/2重叠，当信号的两路变换处理完成以后，为保持数据的同步，对A路数据增加N/2延迟，然后两路信号求和。利用双路重叠求和处理技术，提高了信号恢复的性能。

2)增加Barthann窗函数防止信号频谱泄露

由于采用普通的FFT变换等价于对数据加了一个矩形窗，矩形窗存在频谱泄露比较严重的问题，使得信号进行IFFT变换后恢复原始信号存在误差，为了降低该误差的影响，可以采用对数据加具有一定特性的窗函数方法，大大降低频谱泄漏的影响。本发明采用Barthann窗函数，该窗函数的计算方法如式子(3)该窗具有较好的信号恢复性能。

$W\left(k\right)=128\&times;\&lsqb;0.62-0.48\&times;\left|\left(\frac{k-1}{N-1}-0.5\right)\right|+0.38\&times;cos\left(2\mathrm{\&pi;}\left(\frac{k-1}{N-1}-0.5\right)\right)\&rsqb;---\left(3\right)$

1＜k＜N

其中，N是FFT变换点数，N＝512，W(k)是窗函数。

3)信号幅度近似的AGC环路控制与简化的干扰门限计算

AGC控制是接收机信号接收链路中必然存在的一个环节，可以保持接收信号的功率恒定，AGC控制环路的采用数字模拟混合方式，该发明采用了信号包络的近似，其近似计算公式见(4)

$A_{ENV}=\left\{\begin{array}{cc}X+\frac{1}{8}Y& X\&GreaterEqual;3Y\\ \frac{7}{8}X+\frac{1}{2}Y& X<3Y\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，X＝MAX(|I|，|Q|)，Y＝MIN(|I|，|Q|)，I，Q为A/D采集的基带复信号。信号真实幅度计算方法为上述近似计算方法相对于信号幅度真值有一定误差，但误差较小，具有很好的估计精度，但是计算简便。

利用(4)计算的近似幅度数据需要经过式子(5)做幅度平滑处理，得到比较稳定的信号包络参数，为完成AGC环路闭环负反馈控制功能提供信号幅度反馈。

$S_{AMP}=\frac{1}{N-1}\&lsqb;\underset{i=0}{\overset{N}{\&Sigma;}}{A}_{ENV}\&rsqb;---\left(5\right)$

其中，N是平均处理的数据个数，信号平滑到1KHz左右，因此一般情况下N取A/D采集率除以1000得到该数据。

此外，该参数作为后面的干扰抑制信号功率参数，需要将AGC控制环路的信号功率作为干扰抑制门限的计算条件，并且门限计算公式见(6)。

J_threshold＝4×S_AMP (6)

其中，S_AMP是AGC环路输出的信号幅度平滑参数。

4)具有信号恢复上变频处理功能，构成完整的抗干扰装置

基带扩频信号经过窄带干扰抑制处理以后，为了恢复原始的射频信号，构造一个完整的窄带干扰抑制装置，需要增加信号恢复上变频处理功能。基带信号经过D/A变换、低通滤波处理与上变频后得到恢复的射频信号，与前面的两部分构成完整的扩频信号窄带干扰抑制装置。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明采用双路重叠频域处理方法可以降低抗干扰信号损失，减小了信号抗干扰损耗，提高了信号恢复性能；

(2)本发明采用AGC控制环路设定抗干扰门限，利用了已有的数据参数，降低了干扰门限计算工作量，同时可以跟随信号功率调整干扰门限数值；

(3)本发明增加Barthann窗函数可以降低矩形窗效应，信号进行FFT变换之前通过加窗处理，降低了信号频谱泄露的影响；

(4)本发明增加了信号上变频恢复处理模块，使从干扰抑制模块输入的扩频信号经过上变频器处理，恢复成射频信号输出；

(5)本发明采用逻辑切换模块，实现了多种工作模式的自由切换。

附图说明

图1为本发明的功能组成结构框图；

图2为本发明射频处理模块结构框图；

图3为本发明的干扰抑制模块框图；

图4为本发明单路加窗变换域抗干扰结构图；

图5为本发明采用Barthann窗函数曲线；

图6为本发明AGC控制环路结构框图；

图7为本发明信号恢复模块结构框图；

图8为本发明模式控制单元结构框图。

具体实施方式

本发明如图1所示，包括射频处理模块、干扰抑制模块和信号恢复模块，从接收天线接收到射频扩频信号，依次经过射频处理模块的下变频处理、干扰抑制模块的窄带干扰抑制处理和和信号恢复模块的信号恢复过程恢复成射频信号输出。

射频处理模块如图2所示，包括低噪声放大器LNA、射频滤波器、放大器、下变频器、可增益放大器、基带信号滤波器、晶体振荡器和频率综合器。从接收天线接收到射频扩频信号以后，经LNA放大，射频滤波器滤除射频干扰等射频处理，然后再经一个射频放大器补偿滤波器差损，最后经过下变频器变成频率较低的低中频信号，该中频信号通过可增益放大器和基带信号滤波器处理后输出到干扰抑制模块。可变增益放大器与干扰抑制模块的AGC控制共同构成AGC环路，基带信号滤波器完成下变频器基带频率以上的干扰频率信号。晶体振荡器分别向频率综合器、干扰抑制模块和信号恢复模块输出，该信号作为时钟基准信号，频率综合器分别向下变频器和信号恢复模块的上变频器输出上、下变频器应用的载波信号。

干扰抑制模块如图3所示，包括A/D、AGC环路、第一、第二路干扰抑制通路A、B、求和单元和延时补偿单元。

第一、第二路干扰抑制通路A、B结构相同，如图4所示，包括加窗、FFT、干扰抑制单元和信号调整单元。

干扰抑制单元采用比较器，对比AGC环路送来的门限参数与FFT送入的频率域数据，当FFT送入的频率域数据大于门限参数时，干扰抑制单元将FFT送入的频率域数据置零，当送入的FFT频率域数据小于等于门限参数时，干扰抑制单元将FFT送入的频率域数据送入IFFT。

求和单元采用加法器，将第一、第二路干扰抑制通路A、B的扩频数据进行求和。

延时补偿单元采用先入先出存储器(FIFO存储器)，完成干扰抑制信号处理的处理时间补偿处理。

信号调整单元是一个数字可变增益放大器，主要完成干扰抑制处理的信号功率调整，保持干扰抑制处理后信号输出幅度基本恒定。

A/D采集时钟频率为40MHz，该频率也是FFT变换、IFFT变换与D/A的主时钟。

AGC环路如图6所示，AGC环路利用信号功率控制功能，完成信号功率的自动控制，将作为干扰抑制的门限参数的信号功率分别输出给第一、第二路干扰抑制通路A、B的干扰抑制单元，参与干扰抑制单元的比较。AGC控制环路采用数字与模拟混合工作模式，环路设计成I型系统，带宽为10Hz。A/D采集的中频信号经过数字下变频得到I、Q基带信号，利用信号幅度近似计算式(4)得到信号幅度，该幅度与信号功率设定值求差，得到误差信号，完成信号功率的负反馈控制。AGC环路输出的信号功率同时作为干扰抑制的门限参数，按照上面分析的公式(6)为干扰抑制提供门限计算参数。

具体处理过程：经射频处理模块下变频处理的信号经过干扰抑制模块的A/D采集后得到I、Q基带复信号，I、Q基带复信号分别输入到AGC环路、第一、第二路干扰抑制通路A、B和延时补偿单元，I、Q基带信号利用AGC环路的信号功率控制功能，完成信号功率的自动控制，同时AGC环路输出作为干扰抑制的门限参数的信号功率分别传送给第一、第二路干扰抑制通路A、B的干扰抑制单元，输入到第一、第二路干扰抑制通路A、B的I、Q基带复信号首先经过窗函数进行加窗处理，加窗处理以后的数据随后进行FFT变换，得到频率域数据，频率域数据被送到干扰抑制单元，干扰抑制单元利用AGC环路送来的门限参数与送入的频率域数据比较，当送入的频率域数据大于门限参数时，干扰抑制单元将送入的频率域数据置零，当送入的频率域数据小于等于门限参数时，干扰抑制单元将送入的频率域数据送入IFFT，完成频域至时域的变换，IFFT变换以后的数据送到信号调整单元，完成信号幅度的指数调整，经指数调整的两路扩频数据被送入求和单元进行求和，求和后的扩频数据进入信号恢复模块，信号恢复模块将两路求和的扩频信号恢复恢复成射频信号输出。

为了满足信号抗干扰延时补偿、双路单路抗干扰、FFT与IFFT测试等多种工作模式，提高装置的灵活性，干扰抑制模块设置模式切换控制模块，模式切换控制模块包括切换控制按钮和第一、二、三切换开关A、B、C，第一、二切换开关A、B分别设置在第一、第二路干扰抑制通路A、B中，第三切换开关C设置在求和单元后，三个切换开关通过切换控制按钮实现干扰抑制装置的无抗干扰模式、单路抗干扰模式、双路重叠抗干扰模式与测试模式四种，如图3所示。工作模式的转换通过切换按钮完成切换功能，切换工作通过两个按钮完成，切换控制结构框图参看图8，图中自锁按钮输出的信号经过2-4线译码器得到模式切换控制信号，完成切换功能，输出的4个控制信号全部使用。

无抗干扰模式，即扩频信号内没有干扰的工作模式，通过切换控制按钮切换到第三切换开关C，经过射频处理模块下变频处理的扩频基带信号经过A/D采集，然后经过延迟补偿单元后，直接经过第三切换开关C输出。

单路抗干扰模式，即存在干扰，并且需要进行抗干扰单双路对比情形下，先后通过切换控制按钮切换到第一、第二切换开关A、B，经过射频处理模块的下变频处理的扩频基带信号经过A/D采集后，进入第一、第二路干扰抑制通路A、B，进行干扰抑制处理后通过第三切换开关C输出，再将第一、第二路干扰抑制通路A、B分别输出的信号对比，判断第一、第二路干扰抑制通路A、B是否畅通。

双路重叠抗干扰模式，即干扰抑制装置的主要工作状态，装置从上电开始，如果没有模式切换将一直工作于双路重叠抗干扰状态下，经过射频处理模块的下变频处理的扩频基带信号经过A/D采集后分别送到第一、第二路干扰抑制通路A、B两路，分别经过FFT处理、干扰抑制、第一、第二切换开关A与B、信号调整、双路求和、第三切换开关C后，将干扰信号在设定门限条件下滤除。

测试模式，即进行信号的FFT变换与IFFT变换的测试，经过射频处理模块的下变频处理的扩频基带信号经过A/D采集后，先分别进行FFT变换，然后直接经过第一、第二切换开关A与B，将信号进行IFFT变换，正常情况下，信号应该能够无损耗恢复，否则需要进行链路的测试于调整，将工作模式切换到无抗干扰模式，以满足正常信号链路接收要求。

信号恢复模块如图7所示，包括D/A、低通滤波器、衰减器、上变频器和滤波器，从干扰抑制模块输入的扩频信号经过D/A转换成模拟基带信号，模拟基带信号经过低通滤波器、衰减器与上变频器处理，恢复成射频信号，射频信号再次经过滤波处理后由射频接口输出。其中，低通滤波器将D/A输出的模拟信号的高频分量滤除。衰减器完成射频信号的功率衰减，使得输出射频信号满足接收机信号电平要求。射频带通滤波器滤除射频带外干扰，将射频信号输出至信号输出接口。

本发明窄带干扰抑制方法，通过以下步骤实现：

1、下变频处理

(1)从接收天线接收到射频扩频信号经LNA放大；

(2)经LNA放大的信号经射频滤波器滤波后再经放大器放大后，经下变频器变频成频率较低的IF中频信号；

(3)IF中频信号经可增益放大器和滤波器处理后输出到干扰抑制模块；

(4)晶振振荡器分别向频率综合器、干扰抑制模块和信号恢复模块输出作为时钟基准的时钟信号，频率综合器分别向下变频器和信号恢复模块的上变频器输出载波信号。

2、干扰抑制处理

(1)经第一步下变频处理的信号经过干扰抑制模块的A/D采集后得到I、Q基带复信号，I、Q基带复信号分别输入到AGC环路、第一、第二路干扰抑制通路A、B和延时补偿单元。

(2)输入到AGC环路的I、Q基带信号利用AGC环路的信号功率控制功能，完成信号功率的自动控制，同时AGC环路输出作为干扰抑制的门限参数的信号功率分别传送给第一、第二路干扰抑制通路A、B的干扰抑制单元；

(2.1)AGC环路利用公式(4)得到I、Q基带信号近似信号幅度A_ENV，

$A_{ENV}=\left\{\begin{array}{cc}X+\frac{1}{8}Y& X\&GreaterEqual;3Y\\ \frac{7}{8}X+\frac{1}{2}Y& X<3Y\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，X＝MAX(|I|，|Q|)，Y＝MIN(|I|，|Q|)，I，Q是下变频处理的信号经过A/D采集后的基带复信号；

(2.2)根据公式(5)对近似信号幅度A_ENV进行幅度平滑处理，得到信号功率参数S_AMP，

$S_{AMP}=\frac{1}{M-1}\&lsqb;\underset{i=0}{\overset{M}{\&Sigma;}}{A}_{ENV}\&rsqb;---\left(5\right)$

其中，M是平均处理的数据个数，M＝A/D采集率/1000；

(2.3)将AGC控制环路的信号功率参数S_AMP作为干扰抑制的门限的计算条件，通过公式(6)得到门限参数J_threshold，

J_threshold＝4×S_AMP (6)。

(3)输入到第一、第二路干扰抑制通路A、B的I、Q基带复信号经过窗函数进行如图5所示的加窗处理，采用Barthann窗函数W(k)如公式(3)，

$W\left(k\right)=128\&times;\&lsqb;0.62-0.48\&times;\left|\left(\frac{k-1}{N-1}-0.5\right)\right|+0.38\&times;cos\left(2\mathrm{\&pi;}\left(\frac{k-1}{N-1}-0.5\right)\right)\&rsqb;---\left(3\right)$

其中，N是FFT变换点数，N＝512，1＜k＜N-1。

(4)加窗处理以后的数据进行如公式(1)的FFT变换，得到频率域数据，频率域数据被送到干扰抑制单元；

$X\&lsqb;m\&rsqb;=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}w\left(k\right)x\left(k\right)e^{(-j2\mathrm{\&pi;}km)/N},m=0,1,...N-1---\left(1\right)$

其中，W(k)是窗函数，x(k)是A/D采集后得到的基带复信号，N是FFT变换点数，N＝512，X[m]是FFT变换后的频率域数据；

(5)FFT变换得到频率域数据在干扰抑制单元利用AGC环路送来的门限参数，完成窄带干扰抑制处理，去除干扰的扩频数据进入IFFT。

将进行FFT变换得到频率域数据与AGC环路送来的门限参数进行比较，当送入的频率域数据大于门限参数时，干扰抑制单元将送入的频率域数据置零，当送入的频率域数据小于等于门限参数时，干扰抑制单元将送入的频率域数据送入IFFT。

(6)扩频数据在IFFT中完成如公式(2)的频域至时域的变换，IFFT变换以后的数据送到信号调整单元；

$x\left(i\right)=\frac{1}{N}\underset{m=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}X\&lsqb;m\&rsqb;e^{\left(j2\mathrm{\&pi;}im\right)/N},i=0,1,...N-1---\left(2\right)$

其中，X[m]是FFT变换后的频率域数据，x(i)是IFFT处理后的基带复信号。

(7)送到信号调整单元的数据在信号调整单元中完成信号幅度的指数调整。

(8)经指数调整的两路扩频数据被送入求和单元进行求和，求和后的扩频数据进入信号恢复模块。

3、信号恢复恢复处理

(1)从干扰抑制模块输入的扩频信号经过D/A转换成模拟基带信号；

(2)模拟基带信号经过低通滤波器、衰减器与上变频器处理，恢复成射频信号；

(3)射频信号再次经过带通滤波处理后由射频接口输出。

为更好说明本发明，下面结合一个具体实例来说明。

设输入扩频信号为1.023MHz，A/D采样频率为40MHz，采样量化后的数字信号为8比特，则经过式子(4)计算得到的信号功率约为180，然后利用式子(5)计算平均信号功率，其中平均参数M＝40000000/1000＝40000，最后经过式子(6)计算得到需要的门限值约为720，根据该门限数值对经过FFT处理的扩频信号进行处理，超过门限的数据设置为0，否则保留原数据不变，从而完成干扰抑制处理操作。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.直接序列扩频接收机窄带干扰抑制装置，其特征在于：包括射频处理模块、干扰抑制模块和信号恢复模块，从接收天线接收到射频信号，依次经过射频处理模块的下变频处理、干扰抑制模块的窄带干扰抑制处理和信号恢复模块的信号恢复过程恢复成射频信号输出；

其中干扰抑制模块包括A/D、AGC环路、第一、第二路干扰抑制通路A、B、求和单元和延时补偿单元，第一、第二路干扰抑制通路A、B结构相同，包括加窗、FFT、干扰抑制单元和信号调整单元；

经射频处理模块下变频处理的信号经过干扰抑制模块的A/D采集后得到I、Q基带复信号，I、Q基带复信号分别输入到AGC环路、第一、第二路干扰抑制通路A、B和延时补偿单元，I、Q基带复信号利用AGC环路的信号功率控制功能，完成信号功率的自动控制，同时AGC环路输出作为干扰抑制的门限参数的信号功率分别传送给第一、第二路干扰抑制通路A、B的干扰抑制单元，输入到第一、第二路干扰抑制通路A、B的I、Q基带复信号首先经过窗函数进行加窗处理，加窗处理以后的数据随后进行FFT变换，得到频率域数据，频率域数据被送到干扰抑制单元，干扰抑制单元利用AGC环路送来的门限参数与送入的频率域数据比较，当送入的频率域数据大于门限参数时，干扰抑制单元将送入的频率域数据置零，当送入的频率域数据小于等于门限参数时，干扰抑制单元将送入的频率域数据送入IFFT，完成频域至时域的变换，IFFT变换以后的数据送到信号调整单元，完成信号幅度的指数调整，经指数调整的两路扩频信号被送入求和单元进行求和，求和后的扩频信号进入信号恢复模块，信号恢复模块将两路求和的扩频信号恢复成射频信号输出。

2.根据权利要求1所述的直接序列扩频接收机窄带干扰抑制装置，其特征在于：所述的射频处理模块包括低噪声放大器LNA、射频滤波器、放大器、下变频器、可增益放大器、滤波器、晶体振荡器和频率综合器，从接收天线接收到射频信号经LNA放大，经射频滤波器滤波后再经放大器放大后，被下变频器变频成频率较低的IF中频信号，IF中频信号再经可增益放大器和滤波器处理后输出到干扰抑制模块，晶体振荡器分别向频率综合器、干扰抑制模块和信号恢复模块输出作为时钟基准的时钟信号，频率综合器分别向下变频器和信号恢复模块的上变频器输出载波信号。

3.根据权利要求1所述的直接序列扩频接收机窄带干扰抑制装置，其特征在于：所述的信号恢复模块包括D/A、低通滤波器、衰减器、上变频器和滤波器，从干扰抑制模块输入的扩频信号经过D/A转换成模拟基带信号，模拟基带信号经过低通滤波器、衰减器与上变频器处理，恢复成射频信号，射频信号再次经过滤波处理后由射频接口输出。

4.根据权利要求1所述的直接序列扩频接收机窄带干扰抑制装置，其特征在于：所述的干扰抑制模块还包括模式切换控制模块，模式切换控制模块包括切换控制按钮和第一、二、三切换开关A、B、C，第一、二切换开关A、B分别设置在第一、第二路干扰抑制通路A、B中，第三切换开关C设置在求和单元后，三个切换开关通过切换控制按钮实现干扰抑制装置的无抗干扰模式、单路抗干扰模式、双路重叠抗干扰模式与测试模式四种工作模式的转换；

无抗干扰模式，即扩频信号内没有干扰的工作模式，通过切换控制按钮切换到第三切换开关C，经过射频处理模块下变频处理的信号经过A/D采集，然后经过延时补偿单元后，直接经过第三切换开关C输出；

单路抗干扰模式，即存在干扰，并且需要进行抗干扰单双路对比情形下，先后通过切换控制按钮切换到第一、第二切换开关A、B，经过射频处理模块下变频处理的信号经过A/D采集后，进入第一、第二路干扰抑制通路A、B，进行干扰抑制处理后通过第三切换开关C输出，再将第一、第二路干扰抑制通路A、B分别输出的信号对比，判断第一、第二路干扰抑制通路A、B是否畅通；

双路重叠抗干扰模式，即干扰抑制装置的主要工作状态，装置从上电开始，如果没有模式切换将一直工作于双路重叠抗干扰状态下，经过射频处理模块下变频处理的信号经过A/D采集后分别送到第一、第二路干扰抑制通路A、B两路，分别经过FFT处理、干扰抑制、第一、第二切换开关A与B、信号调整、双路求和、第三切换开关C后，将干扰信号在设定门限条件下滤除；

测试模式，即进行信号的FFT变换与IFFT变换的测试，经过射频处理模块的下变频处理的信号经过A/D采集后，先分别进行FFT变换，然后直接经过第一、第二切换开关A与B，将信号进行IFFT变换，正常情况下，信号应该能够无损耗恢复，否则需要进行链路的测试与调整，将工作模式切换到无抗干扰模式，以满足正常信号链路接收要求。

5.直接序列扩频接收机窄带干扰抑制方法，其特征在于通过以下步骤实现：

第一步，下变频处理，

(1)从接收天线接收到射频信号经LNA放大；

(2)经LNA放大的信号经射频滤波器滤波后再经放大器放大后，经下变频器变频成频率较低的IF中频信号；

(3)IF中频信号经可增益放大器和滤波器处理后输出到干扰抑制模块；

(4)晶体振荡器分别向频率综合器、干扰抑制模块和信号恢复模块输出作为时钟基准的时钟信号，频率综合器分别向下变频器和信号恢复模块的上变频器输出载波信号；

第二步，干扰抑制处理，

(1)经第一步下变频处理的信号经过干扰抑制模块的A/D采集后得到I、Q基带复信号，I、Q基带复信号分别输入到AGC环路、第一、第二路干扰抑制通路A、B和延时补偿单元；

(2)输入到AGC环路的I、Q基带复信号利用AGC环路的信号功率控制功能，完成信号功率的自动控制，同时AGC环路输出作为干扰抑制的门限参数的信号功率分别传送给第一、第二路干扰抑制通路A、B的干扰抑制单元；

(3)输入到第一、第二路干扰抑制通路A、B的I、Q基带复信号经过窗函数进行加窗处理；

(4)加窗处理以后的数据进行FFT变换，得到频率域数据，频率域数据被送到干扰抑制单元；

(5)FFT变换得到频率域数据在干扰抑制单元利用AGC环路送来的门限参数，完成窄带干扰抑制处理，去除干扰的扩频信号进入IFFT；

(6)扩频信号在IFFT中完成频域至时域的变换，IFFT变换以后的数据送到信号调整单元；

(7)送到信号调整单元的数据在信号调整单元中完成信号幅度的指数调整；

(8)经指数调整的两路扩频信号被送入求和单元进行求和，求和后的扩频信号进入信号恢复模块；

第三步，信号恢复处理，

(1)从干扰抑制模块输入的扩频信号经过D/A转换成模拟基带信号；

(2)模拟基带信号经过低通滤波器、衰减器与上变频器处理，恢复成射频信号；

(3)射频信号再次经过带通滤波处理后由射频接口输出。

6.根据权利要求5所述的直接序列扩频接收机窄带干扰抑制方法，其特征在于：所述第二步步骤(2)AGC环路完成信号功率的自动控制通过以下步骤实现，

A、AGC环路利用公式(4)得到I、Q基带复信号近似信号幅度A_ENV，

$A_{ENV}=\left\{\begin{array}{cc}X+\frac{1}{8}Y& X\&GreaterEqual;3Y\\ \frac{7}{8}X+\frac{1}{2}Y& X<3Y\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，X＝MAX(|I|，|Q|)，Y＝MIN(|I|，|Q|)，I，Q是下变频处理的信号经过A/D采集后的基带复信号；

B、根据公式(5)对近似信号幅度A_ENV进行幅度平滑处理，得到信号功率参数S_AMP，

$S_{AMP}=\frac{1}{M-1}\&lsqb;\underset{i=0}{\overset{M}{\&Sigma;}}{A}_{ENV}\&rsqb;---\left(5\right)$

其中，M是平均处理的数据个数，M＝A/D采集率除以1000；

C、将AGC控制环路的信号功率参数S_AMP作为干扰抑制的门限的计算条件，通过公式(6)得到门限参数J_threshold，

J_threshold＝4×S_AMP (6)。

7.根据权利要求5所述的直接序列扩频接收机窄带干扰抑制方法，其特征在于：所述第二步步骤(3)采用Barthann窗函数W(k)如公式(3)，

$W\left(k\right)=128\&times;\&lsqb;0.62-0.48\&times;\left|(\frac{k-1}{N-1}-0.5)\right|+0.38\&times;cos\left(2\mathrm{\&pi;}\right(\frac{k-1}{N-1}-0.5\left)\right)\&rsqb;---\left(3\right)$

其中，N是FFT变换点数，N＝512，1＜k＜N。

8.根据权利要求5所述的直接序列扩频接收机窄带干扰抑制方法，其特征在于：所述第二步步骤(5)窄带干扰抑制处理，将进行FFT变换得到频率域数据与AGC环路送来的门限参数进行比较，当送入的频率域数据大于门限参数时，干扰抑制单元将送入的频率域数据置零，当送入的频率域数据小于等于门限参数时，干扰抑制单元将送入的频率域数据送入IFFT。

9.根据权利要求5所述的直接序列扩频接收机窄带干扰抑制方法，其特征在于：所述第二步步骤(4)通过公式(1)对加窗处理以后的数据进行FFT变换，

$X\&lsqb;m\&rsqb;=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}w\left(k\right)x\left(k\right)e^{(-j2\mathrm{\&pi;}km)/N},m=0,1,...N-1---\left(1\right)$

其中，w(k)是窗函数，x(k)是A/D采集后得到的基带复信号，N是FFT变换点数，N＝512，X[m]是FFT变换后的频率域数据。

10.根据权利要求9所述的直接序列扩频接收机窄带干扰抑制方法，其特征在于：所述第二步步骤(6)扩频信号在IFFT中通过公式(2)完成频域至时域的变换，

$x\left(n\right)=\frac{1}{N}\underset{m=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}X\&lsqb;m\&rsqb;e^{\left(j2\mathrm{\&pi;}nm\right)/N},n=0,1,...N-1---\left(2\right)$

其中，X[m]是FFT变换后的频率域数据，x(n)是IFFT处理后的基带复信号。