專利名稱：基于北斗一代衛(wèi)星信號接收的干擾抑制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號的干擾抑制方法，具體地說是涉及北斗一代衛(wèi)星信號的干擾抑制 方法。
背景技術(shù)：
北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)屬于衛(wèi)星無線電測定業(yè)務(wù)(RDSS)，其衛(wèi)星空對地信號工作 在S頻段(2483. 5MHz 2500MHz)，采用直接序列擴(kuò)頻(DS-SS)技術(shù)。而2. 4G ISM為全球 通用的免許可頻段，該頻段存在Wi-Fi、藍(lán)牙和ZigBee等多種無線通信標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)干擾源繁 雜，對于北斗信號的捕獲、跟蹤存在嚴(yán)重影響。因此，需要對接收的信號進(jìn)行干擾抑制處理， 通常采用自適應(yīng)天線技術(shù)，射頻帶外濾波技術(shù)、窄帶干擾抑制技術(shù)，碼輔助技術(shù)等。其中窄帶干擾抑制技術(shù)又可分為時域處理技術(shù)和變化域處理技術(shù)。時域技術(shù)主要是預(yù)測濾波算法，利用寬帶信號和窄帶干擾相關(guān)性的差異預(yù)測估計 窄帶干擾。該技術(shù)存在迭代收斂問題，適合抑制慢變干擾，而北斗信號接收環(huán)境中的干擾多 為動態(tài)干擾。變換域技術(shù)是利用數(shù)學(xué)變換，將信號變換到其他域，利用信號和干擾在該域的差 別來實現(xiàn)干擾抑制。其中頻域技術(shù)實現(xiàn)流程簡單，適合的干擾類型廣泛，另一方面，該技術(shù) 存在頻譜泄露問題，而相應(yīng)的加窗處理雖可以減少泄露，但又需考慮重構(gòu)條件及計算量大 等問題。目前常見的窄帶干擾抑制方法，多是基于移動通信領(lǐng)域的應(yīng)用而設(shè)計，如3G基站 設(shè)備。此類通信系統(tǒng)相關(guān)的軟硬件技術(shù)成熟，有專用的處理器可以實現(xiàn)復(fù)雜算法，即可以通 過使用高端的處理器保證干擾抑制算法的性能，相對的對于算法的復(fù)雜度和運(yùn)算量不是特 別敏感。北斗一代衛(wèi)星的靜態(tài)應(yīng)用設(shè)備，對信號接收部分電路的體積、功耗，以及信號處理 的實時性有嚴(yán)格要求，而目前北斗專用芯片的發(fā)展仍處于起步階段，其功能、性能還無法滿 足工程應(yīng)用需要。絕大多數(shù)的北斗產(chǎn)品，還是選擇通用的低端處理器芯片。因此需要設(shè)計 一種適合北斗應(yīng)用的干擾抑制方法和裝置，使其在保證功能、性能的前提下，盡可能的優(yōu)化 處理流程和簡化運(yùn)算復(fù)雜度，降低運(yùn)算量，滿足工程應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對北斗一代衛(wèi)星的單向靜態(tài)應(yīng)用，提供一種簡單有效地提高接收性能、 保障應(yīng)用安全性與可靠性的北斗一代信號接收干擾抑制方法，并提供采用這種干擾抑制方 法的北斗一代信號接收裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明中，一種基于北斗一代衛(wèi)星信號接收的干擾抑制方法，包括以下步驟①接收N· (1-θ )個北斗數(shù)字中頻數(shù)據(jù)，同時緩存前Ν· θ個采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，其中， N為FFT、IFFT變換長度，θ為重疊比例；
②選擇窗長為N的窗函數(shù)；對接收到的N · (1- θ )個北斗數(shù)字中頻數(shù)據(jù)和前N · θ 個采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)按照時間先后順序組合為N個待分析數(shù)據(jù)，將N個待分析數(shù)據(jù)與N個窗函數(shù) 系數(shù)依次相乘；③對加窗處理后的N個數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換，并對經(jīng)FFT變換后的N個頻點(diǎn)的實部 數(shù)據(jù)和虛部數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；④計算經(jīng)FFT變換后各個頻點(diǎn)的模值；⑤根據(jù)無干擾環(huán)境下的模值均值和本批數(shù)據(jù)的模值計算門限值，從而可得到干擾 頻點(diǎn)位置；⑥計算干擾頻點(diǎn)對應(yīng)的衰減系數(shù)；⑦根據(jù)計算所得的干擾頻點(diǎn)位置和衰減系數(shù)對其實部和虛部進(jìn)行衰減；⑧對干擾抑制后的頻域信號作IFFT變換，轉(zhuǎn)換為時域信號。在步驟①中，重疊比例θ為25% 50%，變換長度N取2的整數(shù)次方，且N的取 值范圍為256 1204。在步驟②中，窗函數(shù)為布萊克曼窗。 在步驟④中，各個頻點(diǎn)的模值!·為r = V max(|4H)+7min(ja|刺)，其中a
為頻點(diǎn)的實部數(shù)據(jù)，b為頻點(diǎn)的虛部數(shù)據(jù)。
+ ε
N
Nf 在步驟⑤中，門限值Ti為Τ, :Τ_ +ε^ym，其中Tmin是無干擾時N個頻點(diǎn)的幅
F W=I a
ik
值均值，Nf為N個頻點(diǎn)中幅值小于上次門限IV1的頻點(diǎn)數(shù)，rm為小于門限值IV1的頻點(diǎn)m的 幅值，ε為門限控制因子。
在步驟⑥中，衰減系數(shù)aik為 '1，0 < rtk < Ti
1/4， T1 < r, < 4T, 1/16, AT <r, <16T
'Λ …'k …，其中rik為第i次頻譜分析時頻點(diǎn)k的模值，Ti 1/64, 16T < rik < 64Tt
1/256, 647； < r,k < 2567；
1/1024, 2567；. < r,k
為門限值。本發(fā)明中，一種采用上述干擾抑制方法的北斗一代衛(wèi)星信號接收裝置，它包括射頻單元，它接收北斗衛(wèi)星信號，經(jīng)過濾波、低噪聲放大和下變頻得到北斗模擬中 頻信號；ADC單元，其與射頻單元相連接，所述的ADC單元將北斗模擬中頻信號轉(zhuǎn)化為北斗
數(shù)字中頻信號；干擾抑制單元，其與ADC單元相連接，采用如權(quán)利要求1中的干擾抑制方法對擴(kuò)頻 窄帶干擾和單頻干擾進(jìn)行抑制；通道接收單元，其與干擾抑制單元相連接，實時處理經(jīng)過干擾抑制的北斗數(shù)字中 頻信號，實現(xiàn)信號跟蹤、捕獲、解調(diào)、幀同步及解調(diào)處理，輸出各通道對應(yīng)的衛(wèi)星信息；衛(wèi)星信息處理單元，其與通道接收單元相連接，它接收衛(wèi)星信息進(jìn)行定時/定位解算，提供時頻信號/定位信息和裝置的狀態(tài)信息；時鐘單元，其均與射頻單元、ADC單元、干擾抑制單元、通道接收單元和衛(wèi)星信息處 理單元相連接。在射頻單元中，采用二次下變頻得到北斗模擬中頻信號。上述的ADC單元位寬為IObit 14bit。上述的ADC采用欠采樣方式，其采樣時鐘頻率大于北斗信號帶寬的2倍；且ADC單 元輸入的中頻信號的載頻至少為碼時鐘的3倍。采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，充分利用北斗中頻信號功率穩(wěn)定特征，取無干擾譜 線進(jìn)行門限自適應(yīng)調(diào)整。當(dāng)干擾帶寬或者干擾功率突然增大時，傳統(tǒng)門限計算方法容易造 成干擾誤判。該門限設(shè)置方法能夠適應(yīng)干擾動態(tài)變化環(huán)境，有效防止誤判發(fā)生，能夠充分抑 制干擾而不降低信噪比。本發(fā)明中的衰減模塊兼顧信號完好性和算法簡潔性，利用6個衰減系數(shù)實現(xiàn)干擾 抑制。通過比較干擾強(qiáng)度可快速得到相應(yīng)衰減系數(shù)，且衰減系數(shù)取值為2的負(fù)整數(shù)次冪，移 位后即可完成衰減。整體而言，本發(fā)明，結(jié)構(gòu)簡單，集成度高，實時性好、復(fù)雜度低、資源消耗少，便于實 現(xiàn)和優(yōu)化。仿真結(jié)果表明，該干擾抑制裝置能夠有效抑制頻點(diǎn)和能量動態(tài)變化的多個窄帶 擴(kuò)頻及單音干擾，增強(qiáng)了北斗接收機(jī)的抗干擾能力。


圖1為本發(fā)明中北斗信號接收裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為圖1中干擾抑制單元的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本發(fā)明中干擾抑制方法的流程圖；圖4為無干擾時信號頻譜圖；圖5為加入窄帶擴(kuò)頻干擾后信號頻譜圖；圖6為采用本發(fā)明干擾抑制方法后的信號頻譜圖。
具體實施例方式DSSS擴(kuò)頻調(diào)制本身具有一定的抗干擾能力，通常影響北斗接收裝置工作的窄帶干 擾信號其功率明顯高于北斗信號。由于采用自動增益控制，北斗中頻功率穩(wěn)定，分析中頻信 號頻譜可以明顯識別干擾信號和有用信號。實際操作中可采用無干擾信號頻譜幅值作為干 擾判斷依據(jù)，如頻譜中值、均值等?；诒倍芬淮盘柟β史€(wěn)定的特征，本發(fā)明提供了一種 簡潔高效的自適應(yīng)門限計算方法，結(jié)合無干擾時頻譜均值及實施更新的門限均值進(jìn)行門限 進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。具體地說如圖2、圖3所示，本發(fā)明中，基于北斗一代衛(wèi)星信號接收的干擾抑制方法，包括以 下步驟①在采樣數(shù)據(jù)存儲模塊中，干擾抑制單元實時接收ADC單元輸出的Ν· (l-θ)個 北斗數(shù)字中頻數(shù)據(jù)，同時緩存前Ν· θ個采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，其中，N為FFT、IFFT變換長度，N的選 取需綜合考慮頻率分辨率、FFT快速計算及硬件資源等因素，通常N取2的整數(shù)次方，例如 N = 256，512，10M等等。θ為重疊比例，θ越高，信號完整性越好，但同時計算量也急劇上升，當(dāng)取θ = 50%時，整體性能最優(yōu)。另外，重疊比例θ還可以取12. 5%、25%、30%、 40%、45%、50% 等等。②分析信號頻譜需對采樣后信號進(jìn)行截短處理，而截短不可避免帶來頻譜泄露效 應(yīng)，容易造成干擾誤判。為防止頻譜泄露，在時頻變換前進(jìn)行加窗處理。在加窗處理時，首先 選擇窗長為N的窗函數(shù)，且在窗函數(shù)系數(shù)存儲模塊中存放窗函數(shù)系數(shù)，需要說明的是，窗長 與FFT點(diǎn)數(shù)N —致，且窗函數(shù)類型及窗長一旦選取即不再改變。然后，對接收到的N · (1- θ ) 個北斗數(shù)字中頻數(shù)據(jù)和前Ν· θ個采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)按照時間先后順序組合為N個待分析數(shù)據(jù)， 將N個待分析數(shù)據(jù)與N個窗函數(shù)系數(shù)依次相乘，這樣加入的數(shù)據(jù)重疊單元能改善干擾抑制 后信號的質(zhì)量，從而保證了時頻逆變換后信號的完整性。本發(fā)明中的加窗處理主要用于抑制FFT變換引起的頻譜泄露，增加主副瓣比。因 此，窗函數(shù)的選擇需綜合考慮旁瓣泄露及數(shù)據(jù)失真兩方面的因素折中選擇。由于布萊克曼 窗的頻率識別精度低，且幅度識別精度高，所以本發(fā)明中以采用布萊克曼窗為最佳實施方 式，另外還可以采用漢寧窗、海明窗、凱賽窗、三角窗等等。③對加窗處理后的N個數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換，在FFT變換的過程中，為提高運(yùn)算速 度，可以采用蝶形算法實現(xiàn)快速運(yùn)算。然后對經(jīng)FFT變換后的N個頻點(diǎn)的實部數(shù)據(jù)和虛部 數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，供干擾抑制模塊使用。上述的FFT變換、蝶形算法均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 所熟知的技術(shù)。④計算經(jīng)FFT變換后各個頻點(diǎn)的模值。該模值r的計算可采用公式 r = VTT^t。但是為了降低資源消耗及計算復(fù)雜度，本發(fā)明中可以采用如下近似計算
r = ^ja2+b2 maX()4H)+|mi4#|)，其中，a為頻點(diǎn)的實部數(shù)據(jù)，b為頻點(diǎn)的虛部數(shù)據(jù)。該
近似計算方法的模值有平均0. 6 %的誤差，在實部、虛部絕對值相等時誤差最大，僅為真實 值的88. 4%。但是考慮到實際環(huán)境中干信比通常20dB以上，因此，采用近似計算不會對干 擾判斷造成影響。需要說明的是，此步驟可與存儲FFT變換后的N個頻點(diǎn)的實部數(shù)據(jù)和虛部數(shù)據(jù)同 時進(jìn)行。⑤根據(jù)無干擾環(huán)境下的模值均值和本批數(shù)據(jù)的模值計算門限值，作為本次干擾檢 測的門限，將各個頻點(diǎn)的模值與門限比較，從而可以得到干擾頻點(diǎn)位置。本發(fā)明采用一種自
適應(yīng)門限設(shè)定方法，廠二“H
W I: //7 = 1其中，Tmin是無干擾時N點(diǎn)幅值均值，Nf為N個頻點(diǎn)中幅值小于上次門限IV1的頻 點(diǎn)數(shù)，rm某個小于Ti的頻點(diǎn)m的幅值，ε為門限控制因子，需根據(jù)干擾幅值進(jìn)行微調(diào)，一般 取0.01左右。⑥衰減系數(shù)計算模塊，用于檢測受到窄帶干擾影響的頻點(diǎn)和干擾強(qiáng)度，計算干擾 頻點(diǎn)對應(yīng)的衰減系數(shù)。為了降低運(yùn)算量，以及便于后端干擾抑制模塊的運(yùn)算，本發(fā)明采用了 一種基于數(shù)據(jù)移位思想的衰減系數(shù)法，是一種近似的干擾嵌位法，公式如下
權(quán)利要求
1.一種基于北斗一代衛(wèi)星信號接收的干擾抑制方法，其特征在于它包括以下步驟①接收N·(1-θ )個北斗數(shù)字中頻數(shù)據(jù)，同時緩存前Ν· θ個采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，其中，N為 FFT、IFFT變換長度，θ為重疊比例；②選擇窗長為N的窗函數(shù)；對接收到的N·(1-θ )個北斗數(shù)字中頻數(shù)據(jù)和前Ν· θ個 采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)按照時間先后順序組合為N個待分析數(shù)據(jù)，將N個待分析數(shù)據(jù)與N個窗函數(shù)系 數(shù)依次相乘；③對加窗處理后的N個數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換，并對經(jīng)FFT變換后的N個頻點(diǎn)的實部數(shù)據(jù) 和虛部數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；④計算經(jīng)FFT變換后各個頻點(diǎn)的模值；⑤根據(jù)無干擾環(huán)境下的模值均值和本批數(shù)據(jù)的模值計算門限值，從而可得到干擾頻點(diǎn) 位置；⑥計算干擾頻點(diǎn)對應(yīng)的衰減系數(shù)；⑦根據(jù)計算所得的干擾頻點(diǎn)位置和衰減系數(shù)對其實部和虛部進(jìn)行衰減；⑧對干擾抑制后的頻域信號作IFFT變換，轉(zhuǎn)換為時域信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于北斗一代衛(wèi)星信號接收的干擾抑制方法，其特征在于 在所述的步驟①中，重疊比例θ為25% 50%，變換長度N取2的整數(shù)次方，且N的取值 范圍為256 1204。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于北斗一代衛(wèi)星信號接收的干擾抑制方法，其特征在于 在所述的步驟②中，窗函數(shù)為布萊克曼窗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于北斗一代衛(wèi)星信號接收的干擾抑制方法，其特征在于在所述的步驟④中，各個頻點(diǎn)的模值r為riW =maX(|4K)+去minHH)，其中a為頻點(diǎn)的實部數(shù)據(jù)，b為頻點(diǎn)的虛部數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于北斗一代衛(wèi)星信號接收的干擾抑制方法，其特征在于在所述的步驟⑤中，門限值Ti為T1 = Tmm “H，其中Tmin是無干擾時N個頻點(diǎn)的幅值m = \均值，Nf為N個頻點(diǎn)中幅值小于上次門限IV1的頻點(diǎn)數(shù)，rm為小于門限值IV1的頻點(diǎn)m的幅 值，ε為門限控制因子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于北斗一代衛(wèi)星信號接收的干擾抑制方法，其特征在于'1,0 < rik < Ti1/4, W 471/16, 4 W 167；在所述的步驟⑥中，衰減系數(shù)知為 = I1^1 KT …，其中rik為第i次頻1/64, 167^ < rik < 6AT,1/256， 647； < r,k < 256^1/1024, 2567； <rik譜分析時頻點(diǎn)k的模值，Ti為門限值。
7.一種采用如權(quán)利要求1所述干擾抑制方法的北斗一代衛(wèi)星信號接收裝置，其特征在 于，它包括射頻單元，它接收北斗衛(wèi)星信號，經(jīng)過濾波、低噪聲放大和下變頻得到北斗模擬中頻信號；ADC單元，其與射頻單元相連接，所述的ADC單元將北斗模擬中頻信號轉(zhuǎn)化為北斗數(shù)字 中頻信號；干擾抑制單元，其與ADC單元相連接，采用如權(quán)利要求1中的干擾抑制方法對擴(kuò)頻窄帶 干擾和單頻干擾進(jìn)行抑制；通道接收單元，其與干擾抑制單元相連接，實時處理經(jīng)過干擾抑制的北斗數(shù)字中頻信 號，實現(xiàn)信號跟蹤、捕獲、解調(diào)、幀同步及解調(diào)處理，輸出各通道對應(yīng)的衛(wèi)星信息；衛(wèi)星信息處理單元，其與通道接收單元相連接，它接收衛(wèi)星信息進(jìn)行定時/定位解算， 提供時頻信號/定位信息和裝置的狀態(tài)信息；時鐘單元，其均與射頻單元、ADC單元、干擾抑制單元、通道接收單元和衛(wèi)星信息處理單 元相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的北斗一代衛(wèi)星信號接收裝置，其特征在于在所述的射頻單 元中，采用二次下變頻得到北斗模擬中頻信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的北斗一代衛(wèi)星信號接收裝置，其特征在于所述的ADC單元 位寬為IObit 14bit。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的北斗一代衛(wèi)星信號接收裝置，其特征在于所述的ADC采用 欠采樣方式，其采樣時鐘頻率大于北斗信號帶寬的2倍；且ADC單元輸入的中頻信號的載頻 至少為碼時鐘的3倍。
全文摘要
一種基于北斗一代衛(wèi)星信號接收的干擾抑制方法，步驟①接收N·(1-θ)個北斗數(shù)字中頻數(shù)據(jù)，緩存前N·θ個采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)；②選擇窗長為N的窗函數(shù)；對接收到的N·(1-θ)個北斗數(shù)字中頻數(shù)據(jù)和前N·θ個采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)按照時間先后順序組合為N個待分析數(shù)據(jù)，將N個待分析數(shù)據(jù)與N個窗函數(shù)系數(shù)依次相乘；③對加窗處理后的N個數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換，并對經(jīng)FFT變換后的N個頻點(diǎn)的實部數(shù)據(jù)和虛部數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；④計算經(jīng)FFT變換后各個頻點(diǎn)的模值；⑤根據(jù)無干擾環(huán)境下的模值均值和本批數(shù)據(jù)的模值計算門限值；⑥計算干擾頻點(diǎn)對應(yīng)的衰減系數(shù)；⑦根據(jù)計算所得的干擾頻點(diǎn)位置和衰減系數(shù)進(jìn)行衰減；⑧對干擾抑制后的頻域信號作IFFT變換。
文檔編號G01S19/21GK102121991SQ201010030130
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者吳淑琴, 孫進(jìn)卿, 張筱南, 賈小波, 陳煜聰 申請人:鄭州威科姆科技股份有限公司