基于小型化衛(wèi)星導航終端的干擾信號檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于小型化衛(wèi)星導航終端的干擾信號檢測方法，對接收到的中頻數(shù)字信號進行FFT變換，轉換為頻域信號，在頻域計算檢測統(tǒng)計量，并設定干擾門限值，由判決器對檢測統(tǒng)計量和干擾門限值進行比較，輸出干擾存在性信息。本發(fā)明提高了干擾檢測的準確度，降低了算法復雜度，易于芯片化實現(xiàn)，減小了實現(xiàn)功耗?？捎糜谖覈行⌒臀淦髌脚_中衛(wèi)星導航系統(tǒng)的窄帶干擾信號檢測。
【專利說明】基于小型化衛(wèi)星導航終端的干擾信號檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于信號處理【技術領域】，特別涉及一種基于衛(wèi)星導航系統(tǒng)的干擾信號檢測方法，具體涉及應用于小型化衛(wèi)星導航終端的干擾信號檢測方法，可通過頻域干擾信號檢測技術實現(xiàn)小型化衛(wèi)星導航終端的干擾信號檢測需求。
【背景技術】
[0002]衛(wèi)星 導航信號到達接收天線的信號十分微弱，通常淹沒在噪聲之中，極易受到外來干擾信號和同頻諧波的干擾，嚴重時會導致衛(wèi)導系統(tǒng)無法正常使用。為了保證衛(wèi)星導航系統(tǒng)的安全、可靠，選擇干凈的頻譜信號進行傳輸，實時偵察頻譜中的干擾變得尤為重要。干擾檢測是衛(wèi)星導航系統(tǒng)抗干擾技術的重要環(huán)節(jié)，最大限度地降低干擾檢測算法復雜度是小型化衛(wèi)星導航終端抗干擾技術的迫切需求。
[0003]干擾檢測處理通常采用時域干擾信號檢測或頻域干擾信號檢測，采用時域干擾信號檢測需要對輸入信號實時檢測，使電路功耗較大，且檢測結果準確性低；傳統(tǒng)頻域干擾信號檢測的FFT變換部分采用并行或陣列處理算法，且門限因子的計算方式復雜，使電路規(guī)模較大，不易于芯片化實現(xiàn)；傳統(tǒng)頻域干擾信號檢測的數(shù)字域FFT的頻譜泄露嚴重，影響干擾檢測的準確性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種用于小型衛(wèi)星導航終端的干擾信號檢測方法，以偵察衛(wèi)星導航信號頻譜中是否存在干擾，給后續(xù)抗干擾處理提供必要信息，可同時滿足GPS、GL0NASS、北斗一代、北斗二代等衛(wèi)星導航系統(tǒng)的應用要求。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟:
[0006](I)接收兩路衛(wèi)星導航信號，分別經(jīng)下變頻后變?yōu)槟M中頻信號，A/D采樣兩路模擬中頻信號，輸出數(shù)字中頻信號；
[0007](2)對上述數(shù)字中頻信號中的一路直接進行FFT，另一路經(jīng)過1/2采樣周期延時后再進行FFT ;所述的采樣周期為2048點；
[0008](3)將兩路FFT的結果求平均值，輸出無頻譜泄露的頻域信號；
[0009](4)求該頻域信號的模平方以及模平方的平均值；
[0010](5)由公式Θ估算門限因子Θ，其中1-F(A)為設定的虛警概率，
F(A)取0.0001~0.000001，通過修正計算干擾門限值為Θ *a2，a2為步驟(4)計算出的模
平方；
[0011](6)將步驟(4)計算出的信號模平方的平均值和步驟(5)計算出的干擾門限值進行比較，若存在大于門限值的點，則認為有干擾，若不存在大于門限值的點，則認為無干擾。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:由于對數(shù)字域FFT采用1/2采樣周期延時算法減少了 FFT的頻譜泄露，提高了衛(wèi)星導航系統(tǒng)干擾檢測的準確性；由于將干擾門限值設為Θ *a2，并通過大量仿真試驗對門限因子進行修正，降低了門限值的計算復雜度，減少了算法實現(xiàn)的功耗；由于其FFT變換部分采用基2的順序處理、RAM同址運算，減小了 FFT部分的復雜度和功耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為傳統(tǒng)時域干擾檢測功能框圖；
[0014]圖2為傳統(tǒng)頻域干擾檢測功能框圖；
[0015]圖3為本發(fā)明基于小型化衛(wèi)星導航終端的干擾信號檢測方法應用實例框圖；
[0016]圖4為本發(fā)明基于小型化衛(wèi)星導航終端的干擾信號檢測方法功能框圖；
[0017]圖5為本發(fā)明基于小型化衛(wèi)星導航終端的干擾信號檢測方法FFT部分的功能框圖；
[0018]圖6為本發(fā)明基于小型化衛(wèi)星導航終端的干擾信號檢測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。
[0020]本發(fā)明的干擾信號檢測方法，對接收到的中頻數(shù)字信號進行FFT變換，轉換為頻域信號，在頻域計算檢測統(tǒng)計量，并設定干擾門限值為Θ *a2，由判決器對檢測統(tǒng)計量和干擾門限值進行比較，輸出干擾存在性信息。
[0021]如圖6所示，本發(fā)明方法的具體實施步驟為:
[0022](I)通過衛(wèi)星天線接收兩路衛(wèi)星導航信號，經(jīng)下變頻后變?yōu)槟M中頻信號，A/D采樣兩路中頻衛(wèi)星導航信號，輸出數(shù)字中頻信號；
[0023](2)對其中一路中頻信號直接進行FFT，另一路經(jīng)過1/2采樣周期延時(采樣周期為2048點)后再進行FFT ；
[0024](3)將兩路FFT的結果求平均值，輸出無頻譜泄露的頻域信號；
[0025](4)求該頻域信號模平方及其平均值；
[0026](5)計算干擾門限值0*a2，Θ由公式Θ =^/- M[1 - F(A)];算出粗略值，其中
1-F(A)為設定的虛警概率(F(A) = 0.0001-0.000001)，a2為步驟(4)計算出的模平方；[0027](6)將步驟(4)計算出的信號模平方的平均值和步驟(5)計算出的干擾門限值進行比較，存在大于門限值的點，則認為有干擾，不存在大于門限值的點則認為無干擾。
[0028]如圖4示，本發(fā)明的方法包括順序處理FFT變換41、求模平方42、求平均值43、判決器44、估算門限因子45、修正門限因子46和設定門限47。
[0029]該方法的工作原理如下:衛(wèi)星導航信號進入接收環(huán)路后，首先通過下變頻模塊轉換為模擬中頻信號，再由A/D轉換模塊將中頻模擬信號轉變?yōu)橹蓄l數(shù)字信號，在中頻數(shù)字信號部分進行干擾檢測，以提高干擾檢測的穩(wěn)定性；數(shù)字中頻信號進入該算法模塊后，首先進行FFT變換(該FFT采用順序處理、RAM同址運算的結構)，將信號從時域轉換到頻域，在頻域計算每一頻點的能量值，并求其平均值，由判決器對該平均值和門限值進行比較，若存在能量值大于門限值的頻點，則認為有干擾，輸出干擾存在的狀態(tài)信息，否則，輸出干擾不存在的狀態(tài)信息。
[0030] FFT變換是頻域干擾檢測算法的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)干擾檢測算法的FFT變換采用并行或陣列處理結構，雖能提高運算速度，但算法實現(xiàn)規(guī)模、功耗都較大，且FFT變換一般需要大量的RAM資源來存儲蝶形運算的中間數(shù)，使FFT的電路規(guī)模進一步增大，難以滿足低功耗干擾檢測的需求；該算法在對中頻數(shù)字信號進行FFT變換時，采用順序處理的結構，使整個FFT變換只用一個蝶形運算單元，大大減少了乘法器的規(guī)模；進行蝶形運算時，該算法采用倒序輸入、順序輸出的方式，使后一級蝶形運算的中間數(shù)可以覆蓋前一級的中間數(shù)，整個運算過程只需一塊RAM即可完成數(shù)據(jù)的存儲，極大地減少了所需RAM資源，進一步減少了FFT部分算法的實現(xiàn)規(guī)模。
[0031]由于在乘法運算后對信號進行了截位處理，使FFT的輸出存在一定的頻譜泄露現(xiàn)象，影響干擾檢測的效果。該算法用布萊克曼窗411對FFT的輸入信號濾波，并將FFT的輸入分為兩組，通過延時模塊412使兩組輸入相差1/2采樣周期(采樣周期為2048點)，對這兩組FFT變換413的輸出結果求平均值414，以該平均值作為FFT的結果，該算法極大地減小了頻譜泄露對干擾檢測結果的影響，提高了頻域干擾檢測的準確性。
[0032]門限值為0*a2，其中a2為輸入信號模平方的平均值，門限因子Θ由虛警概率公
式Θ Sp - FCAl算出粗略值，其中^f(A)為設定的虛警概率，再通過大量仿真試驗
進行修正。傳統(tǒng)頻域干擾檢測的門限因子計算結果準確度高，但計算公式復雜，該算法降低了計算門限因子公式的復雜度，并通過大量仿真試驗彌補準確性的不足，使最終的虛警概率和漏警概率滿足應用需求。
[0033]本發(fā)明的一個應用實例如圖3所示。它是在北斗二衛(wèi)星導航系統(tǒng)上的實際應用，圖3中北斗二陣列天線單元I輸出衛(wèi)星射頻信號，經(jīng)過下變頻2后輸出中頻模擬信號，經(jīng)過10位A/D3后輸出數(shù)字中頻信號，在中頻數(shù)字部分通過該算法4判斷其是否存在干擾，并輸出干擾存在性信息給抗干擾處理/直通5以決定是否啟動抗干擾處理部分，將不含干擾的衛(wèi)星導航信號輸出給衛(wèi)星導航接收機6。與【背景技術】中提到的傳統(tǒng)算法如圖1、圖2相比，傳統(tǒng)的干擾檢測復雜度高、準確度低，不易于小型化設計，如果應用于批量生產(chǎn)的小型衛(wèi)星導航終端，會帶來面積、功耗的急劇上升，不利于工程應用。
[0034]本發(fā)明方法采用輸入1/2采樣周期延時(采樣周期為2048點)、順序處理FFT結構，并簡化門限因子計算方法，使方法所實現(xiàn)的電路規(guī)模小，功耗低，滿足小型化衛(wèi)星導航終端的應用需求。
[0035]在某些特殊應用下，本發(fā)明的應用還可進一步擴展。由于本發(fā)明的干擾檢測范圍為5dB~IOOdB,也可將本發(fā)明用于大型設備上陣列抗干擾的干擾檢測。
【權利要求】
1.一種基于小型化衛(wèi)星導航終端的干擾信號檢測方法，其特征在于包括以下步驟: (1)接收兩路衛(wèi)星導航信號，分別經(jīng)下變頻后變?yōu)槟M中頻信號，A/D采樣兩路模擬中頻信號，輸出數(shù)字中頻信號； (2)對上述數(shù)字中頻信號中的一路直接進行FFT，另一路經(jīng)過1/2采樣周期延時后再進行 FFT ； (3)將兩路FFT的結果求平均值，輸出無頻譜泄露的頻域信號； (4)求該頻域信號的模平方以及模平方的平均值；(5)由公式Θ η[? — F(A)P估算門限因子Θ，其中1-F⑷為設定的虛警概率,通過修正計算干擾門限值為Θ *a2，a2為步驟(4)計算出的模平方； (6)將步驟(4)計算出的信號模平方的平均值和步驟(5)計算出的干擾門限值進行比較，若存在大于門限值的點，則認為有干擾，若不存在大于門限值的點，則認為無干擾。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于小型化衛(wèi)星導航終端的干擾信號檢測方法，其特征在于:所述的采樣周期為2048點。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于小型化衛(wèi)星導航終端的干擾信號檢測方法，其特征在于:所述的 F(A)取 0.0001 ~0.000001。
【文檔編號】G01S19/37GK103926595SQ201410163575
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權日:2014年4月22日
【發(fā)明者】郭藝, 張驊, 張琦, 張帆, 操煒鼎 申請人:中國電子科技集團公司第二十研究所