CN110504988B - 一种时频域相结合的抗窄带干扰方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种时频域相结合的抗窄带干扰方法，包括以下步骤：S1、对ADC输入信号进行数字下变频处理成I、Q正交基带数据；S2、对N点基带数据进行加窗处理；S3、对加窗数据进行FFT运算得到FFT数据；S4、对FFT数据进行功率谱估计运算，并进行干扰谱线判决，进行频域权值生成得到0、1权值；S5、对步骤S3的FFT数据运用步骤S4得到的权值进行加权处理；S6、对加权处理后的数据进行IFFT运算得到时域数据；S7、将时域数据输入时域抗干扰模块进行时域LMS自适应滤波；S8、进行数据选择，然后输出信号。本发明通过频域处理与时域处理相结合的方式，充分结合了频率处理和时域处理的优点同时避开了两者的缺点，对抗干扰处理及高精度测量均达到较强的能力。

Description

一种时频域相结合的抗窄带干扰方法
技术领域
本发明涉及扩频通信与卫星导航信号处理领域，具体的涉及一种时频域相结合的抗窄带干扰方法。
背景技术
目前，抗干扰处理已经广泛应用于卫星导航、无线通信、雷达、声纳等系统中，其主要目的之一就是为接收机提供可靠的干扰抑制能力。传统的抗窄带干扰主要有时域处理与频域处理两种途径，但两种处理方法都有着各自缺点。总体而言，时域处理收敛快，对非平稳干扰适应性好，但引起的相关峰畸变大，导致测距偏差较大。频域处理频谱抑制精确，测距偏差小，但对非平稳干扰适应性差。一种典型情况是对于赫兹Hz量级的脉冲窄带干扰，频域处理则容易出现大量误码进而环路失锁，而时域处理收敛快仍可以正常工作；在开关干扰瞬间，频域方法容易出现误码，而时域处理方法不存在此问题。另外一种典型情况是，当干扰带宽超过信号带宽的10％时，时域处理引起较大测距偏差，而频域处理方法不存在此问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种抗干扰能力强的时频域相结合的抗窄带干扰方法。
本发明采用的技术方案是：
一种时频域相结合的抗窄带干扰方法，包括以下步骤：
S1、数字下变频单元对ADC输入信号进行数字下变频处理成I、Q正交基带数据并发送给频域抗干扰模块；
S2、频域抗干扰模块对N点基带数据进行加窗处理；
S3、频域抗干扰模块对加窗数据进行FFT运算得到FFT数据；
S4、频域抗干扰模块对FFT数据进行功率谱估计运算，并进行干扰谱线判决，进行频域权值生成得到0、1权值；
S5、频域抗干扰模块对步骤S3的FFT数据运用步骤S4得到的权值进行加权处理；
S6、频域抗干扰模块对加权处理后的数据进行I FFT运算得到时域数据；
S7、将时域数据输入时域抗干扰模块进行时域LMS自适应滤波；
S8、将频域抗干扰模块得到的时域数据与时域抗干扰模块得到的LMS自适应滤波后的时域数据输入数据选择模块进行数据选择，然后输出信号。
进一步的，所述步骤S8选择的依据为归一化数据功率，选择功率小的通道进行输出。
进一步的，所述步骤S4的详细步骤为：
S4a、频域抗干扰模块读取已生成的本地PN码功率谱密度数据，并设定每轮迭代的初始权值为全0；
S4b、计算初始等效载噪比CNR；
S4c、计算各个频点经过相关处理后的互功率谱密度，并进行降序排列；
S4d、依据互功率谱降序的排列顺序对本地PN码的功率谱密度值进行重新排列；
S4e、按步骤S4c中的排列顺序计算等效载噪比，并进行干扰谱线判决；
S4f、进行频域权值生成得到0、1权值，并输出抗干扰权值序列。
进一步的，所述步骤S4e中干扰谱线判决条件如下
如果剔除该谱线后CNR增加，则将与之对应排序前序号处权值置1，然后判断下一个谱线的影响，直到n达到谱估计的FFT点数N；如果剔除该谱线后CNR减小或不变，则结束该轮权值生成。
进一步的，所述步骤S7中时域LMS自适应滤波的详细步骤为：时域抗干扰模块利用LMS算法计算出滤波器的加权系数，通过前时刻的信号估计出当前信号，并在信号中减去估计值以减小接收信号中的窄带干扰分量。
本发明的有益效果在于：
本发明通过频域处理与时域处理相结合的方式，对非平稳干扰而言，利用了时域处理收敛快的优点，避免了误码、失锁问题。对于干扰带宽较大的干扰，则利用了频率处理对相关峰影响较小，实现高测量精度。本发明充分结合了频率处理和时域处理的优点同时避开了两者的缺点，对抗干扰处理及高精度测量均达到较强的能力。
附图说明
图1为本发明时频域相结合的抗窄带干扰方法的流程图；
图2为本发明时频域相结合的抗窄带干扰方法的原理图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
如图1-图2所示为本发明的一种时频域相结合的抗窄带干扰方法，包括以下步骤：
S1、数字下变频单元对ADC(模数转换器)输入信号进行数字下变频处理成I、Q正交基带数据并发送给频域抗干扰模块；
S2、频域抗干扰模块对N点基带数据进行加窗处理；
S3、频域抗干扰模块对加窗数据进行FFT(快速傅里叶变换)运算得到FFT数据，详细步骤为对输入的采样点序列划分数据块，每个数据块2L点采样数据，其中L为正整数。设第m个数据块I支路的第n个采样点的幅值为I(n)，Q支路第n个采样点的幅值为Q(n)，FFT运算公式为
Figure GDA0002214464090000041
S4、频域抗干扰模块对FFT数据进行功率谱估计运算，并进行干扰谱线判决，进行频域权值生成得到0、1权值；
其中，详细步骤如下
S4a、频域抗干扰模块读取已生成的本地PN码功率谱密度数据，本地本地PN码功率谱记为
Figure GDA0002214464090000042
并设定每轮迭代的初始权值为全0；
S4b、计算初始等效载噪比CNR，计算公式为
Figure GDA0002214464090000043
S4c、计算各个频点经过相关处理后的互功率谱密度，并进行降序排列
Figure GDA0002214464090000044
S4d、依据互功率谱降序的排列顺序对本地PN码的功率谱密度值进行重新排列
Figure GDA0002214464090000051
S4e、按步骤S4c中的排列顺序计算等效载噪比，并进行干扰谱线判决，判决条件为：如果剔除该谱线后CNR增加，则将与之对应排序前序号处权值置1，然后判断下一个谱线的影响，直到n达到谱估计的FFT点数N；如果剔除该谱线后CNR减小或不变，则结束该轮权值生成。
用公式表示为
Figure GDA0002214464090000052
若
Figure GDA0002214464090000053
则第p次判决的谱线剔除，并将与第p个排序后谱线对应的第p′个排序前的相应谱线的抗干扰权值
Figure GDA0002214464090000054
设为1，同时p加1进行下一次判决，直至p＝L-1，并停止判决；若
Figure GDA0002214464090000055
则判决停止。
S4f、进行频域权值生成得到0、1权值，并输出抗干扰权值序列
Figure GDA0002214464090000056
S5、频域抗干扰模块对步骤S3的FFT数据运用步骤S4得到的抗干扰权值进行加权处理；
S6、频域抗干扰模块对加权处理后的数据进行I FFT(逆向快速傅里叶变换)运算得到时域数据；
S7、将时域数据输入时域抗干扰模块进行时域LMS自适应滤波，时域抗干扰模块主要功能是实现噪声的估计和滤除，应用LMS算法计算出滤波器的加权系数，对相对带宽小于10％的干扰信号，通过前时刻的信号估计出当前信号，并在信号中减去估计值，减小接收信号中的窄带干扰分量，提高直接序列扩频系统的抗干扰能力。
其中，LMS自适应滤波的详细步骤为：时域抗干扰模块利用LMS算法计算出滤波器的加权系数，通过前时刻的信号估计出当前信号，并在信号中减去估计值以减小接收信号中的窄带干扰分量。
LMS算法基于梯度估计的最陡下降原理，信号表示成数字形式，阵列输出端的误差信号为
e(k)＝d(k)-y(k)＝d(k)-wH(k)x(k)
LMS算法的迭代公式如下
w(k+1)＝w(k)+μx(k)e*(k)
其中，μ为收敛因子，用于控制算法收敛速度，其取值必须满足0<μ<2/λmax才能保证算法收敛，λmax为Rxx的最大特征值。
S8、将频域抗干扰模块得到的时域数据与时域抗干扰模块得到的LMS自适应滤波后的时域数据输入数据选择模块进行数据选择，选择的依据为归一化数据功率，选择功率小的通道进行信号输出。
综上，本发明通过频域处理与时域处理相结合的方式，对非平稳干扰而言，利用了时域处理收敛快的优点，避免了误码、失锁问题。对于干扰带宽较大的干扰，则利用了频率处理对相关峰影响较小，实现高测量精度。本发明充分结合了频率处理和时域处理的优点同时避开了两者的缺点，对抗干扰处理及高精度测量均达到较强的能力。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种时频域相结合的抗窄带干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、数字下变频单元对模数转换ADC输入信号进行数字下变频处理成I、Q正交基带数据并发送给频域抗干扰模块；
S2、频域抗干扰模块对N点基带数据进行加窗处理；
S3、频域抗干扰模块对加窗数据进行快速傅里叶变换FFT运算得到FFT数据；
S4、频域抗干扰模块对FFT数据进行功率谱估计运算，并进行干扰谱线判决，进行频域权值生成得到0、1权值；
S5、频域抗干扰模块对步骤S3的FFT数据运用步骤S4得到的权值进行加权处理；
S6、频域抗干扰模块对加权处理后的数据进行IFFT运算得到时域数据；
S7、将时域数据输入时域抗干扰模块进行时域自适应滤波；
S8、将频域抗干扰模块得到的时域数据与时域抗干扰模块得到的自适应滤波后的时域数据输入数据选择模块进行数据选择，具体步骤为：首先对频域数据及时域数据的量纲进行调整，使其统一，最后选择功率小的通道进行信号输出；
所述步骤S4的详细步骤为：
S4a、频域抗干扰模块读取已生成的本地伪码功率谱密度数据，并设定每轮迭代的初始权值为全0；
S4b、计算初始等效载噪比CNR；
S4c、计算各个频点经过相关处理后的互功率谱密度，并进行降序排列；
S4d、依据互功率谱降序的排列顺序对本地伪码的功率谱密度值进行重新排列；
S4e、按步骤S4c中的排列顺序计算等效载噪比，并进行干扰谱线判决；
S4f、进行频域权值生成得到0、1权值，并输出抗干扰权值序列。
2.根据权利要求1所述的时频域相结合的抗窄带干扰方法，其特征在于：所述步骤S8选择的依据为归一化数据功率，选择功率小的通道进行输出。
3.根据权利要求1所述的时频域相结合的抗窄带干扰方法，其特征在于：所述步骤S4e中干扰谱线判决条件如下
如果剔除该谱线后载噪比CNR增加，则将与之对应排序前序号处权值置1，然后判断下一个谱线的影响，直到n达到谱估计的FFT点数N；如果剔除该谱线后CNR减小或不变，则结束该轮权值生成。
4.根据权利要求1所述的时频域相结合的抗窄带干扰方法，其特征在于：所述步骤S7中时域LMS自适应滤波的详细步骤为：时域抗干扰模块利用线性最小均方误差LMS算法计算出滤波器的加权系数，通过前时刻的信号估计出当前信号，并在信号中减去估计值以减小接收信号中的窄带干扰分量。
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