專利名稱：一種自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理領(lǐng)域，尤其涉及一種自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾裝置及方法。
背景技術(shù)：
直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)(以下稱為直擴(kuò)系統(tǒng))射頻信號帶寬比窄帶通信系統(tǒng)的射頻帶寬大得多，因此更容易受到同頻帶其它射頻信號的干擾，特別在軍事通信中還會受到敵方有意的干擾。當(dāng)這些干擾信號功率超過接收機(jī)能容許的最大干擾時，系統(tǒng)就無法正常工作。擴(kuò)頻通信技術(shù)本身具有強(qiáng)抗干擾能力，其抗干擾能力主要取決于擴(kuò)頻處理增益的大小。實際中，直擴(kuò)系統(tǒng)的處理增益往往受到帶寬和系統(tǒng)復(fù)雜度的限制。然而，直擴(kuò)信號的頻譜是具有偽隨機(jī)噪聲特性的寬帶信號，而干擾信號通常是窄帶信號，即干擾的總帶寬比擴(kuò)頻信號的帶寬小得多。利用這一區(qū)別，可以在擴(kuò)頻信號解擴(kuò)之前借助信號處理技術(shù)抑制窄帶干擾，使系統(tǒng)的干擾容限大幅度提聞。窄帶干擾抑制技術(shù)的研究起始于20世紀(jì)70年代末期，目前對窄帶干擾抑制的研究主要集中在時域自適應(yīng)濾波技術(shù)和變換域處理技術(shù)。其中時域自適應(yīng)濾波技術(shù)是基于擴(kuò)頻信號和熱噪聲信號都是寬帶信號，相關(guān)性及可預(yù)測性差；而窄帶干擾信號的相關(guān)性較強(qiáng)，其當(dāng)前值可由過去值估計得出，按照某種最優(yōu)準(zhǔn)則，如最小均方誤差準(zhǔn)則，可估計當(dāng)前窄帶干擾，從接收信號中減去該估計值，即可實現(xiàn)窄帶干擾抑制。變換域處理技術(shù)是利用擴(kuò)頻信號、熱噪聲和窄帶干擾在頻域上的不同表現(xiàn)特征來去除干擾信號。擴(kuò)頻信號和熱噪聲的頻譜相對比較平坦，而窄帶干擾信號的頻譜往往集中在某些頻點上，表現(xiàn)為單根或多根峰值，因此可以在變換域檢測窄帶干擾的譜線并相應(yīng)地消除干擾。現(xiàn)有技術(shù)中基于快速傅立葉變換FFT的頻域窄帶干擾抑制技術(shù)原理如圖I所示。先對沒有解擴(kuò)的擴(kuò)頻信號進(jìn)行FFT運算，轉(zhuǎn)化到頻域，然后在頻域上識別出窄帶干擾，去掉或鉗位干擾頻率點的功率，最后經(jīng)過IFFT模塊重新將頻域信號轉(zhuǎn)化到時域上，送給后續(xù)模塊處理。設(shè)輸入信號表示為r (η)，當(dāng)FFT的點數(shù)為Nft時，頻域輸出為R(k) = Y4 r(n)e-j2mn^，k = 0，l，2，···，Nft-I(I)
n=0從式⑴可以看出，F(xiàn)FT運算的結(jié)果包含了 Nft個頻率點，為fk = 2 Π k/NFT, k =
0,1,2-, NFT-1，頻率分辨率為2 Π /Nft。如果信號中的頻率分量沒有準(zhǔn)確地落在這些可分辨的頻率點上，信號的FFT變換就會有頻譜泄露的現(xiàn)象。FFT變換相當(dāng)于對時域信號作Nft點的截斷處理，在頻域相當(dāng)于信號頻譜與該截斷函數(shù)的頻譜卷積，這樣就造成頻譜泄露。因為截斷函數(shù)的功率譜為sine函數(shù)，其第一旁瓣只比主瓣低13. 46dB，對于比有用信號大幾十dB的干擾來說，其旁瓣仍然比信號大得多，整個信號頻域都被干擾污染。這樣，在進(jìn)行干擾抑制時，無法徹底消除干擾或不得不損失更多的有用信號來濾除干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了有效進(jìn)行干擾抑制，同時避免有用信號的損失，通過預(yù)先對輸入信號加入窗函數(shù)的方法，并通過估計中值門限快速濾除干擾。一種自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾裝置，所述自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾裝置包括依次相連的第一存儲器，快速傅立葉變換FFT單元，快速傅立葉逆變換IFFT單元，自動增益AGC單元，和第二存儲器，其特征在于，所述自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾裝置包括設(shè)置于所述第一存儲器前端的加窗單元，用于對輸入信號進(jìn)行加窗處理；位于FFT單元與IFFT單元間的干擾識別與抑制單元，所述干擾識別與抑制單元用于對FFT單元輸出的頻域信號進(jìn)行干擾識別和抑制，包括依次相連的第三存儲器和干擾消除單元，以及功率檢測單元和中值門限估計單元，所述功率檢測單元的輸入端與第三存儲器的輸入端相連，接收頻域信號，所述功率檢測單元的輸出端與中值門限估計單元的輸入端相連，所述中值門限估計單元的輸出端與干擾消除單元相連，所述干擾消除單元根據(jù)中 值門限消除頻域信號中的干擾后輸出。所述的加窗單元設(shè)置有窗函數(shù)，輸入信號與窗函數(shù)相乘，用于減輕FFT運算后的頻譜泄露。所述的功率檢測單元對輸入的頻域信號進(jìn)行功率計算，計算結(jié)果送入到所述的中值門限估計單元。所述中值門限估計單元根據(jù)功率計算結(jié)果，計算出中值門限。所述干擾消除模塊采用干擾歸零或干擾鉗位法處理干擾譜線。本發(fā)明還公開了一種自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾方法，用于直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)消除干擾，所述自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾方法包括步驟步驟I、將輸入信號加窗后進(jìn)行FFT變換；步驟2、對FFT變換后的信號進(jìn)行功率檢測，估計出中值門限；步驟3、根據(jù)中值門限對干擾譜線進(jìn)行處理；進(jìn)一步地，所述中值門限估計方法包括步驟步驟a、初始化，設(shè)置中值門限系數(shù)a。；步驟b、估計中值，設(shè)待估中值的數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)個數(shù)為D，數(shù)據(jù)類型為二進(jìn)制無符號整數(shù)，數(shù)據(jù)位數(shù)為Q，數(shù)據(jù)值按2的對數(shù)分段，其邊界值集合為{2°，21，22，. . .，20-1}，定義Q個變量Ia0, a1； a2，…，aQ_J，Bi表示序列中數(shù)值范圍為[2l,2i+1)的數(shù)據(jù)個數(shù)，O彡i彡Q-I ;步驟C、按照如下公式估計中值Xm :xM = 3 · 2rl其中q值滿足且；步驟d、對估計中值進(jìn)行微調(diào)，得到中值門限Th Th = 4/3 · α 0 · χΜ。所述根據(jù)中值門限對干擾譜線處理是采用干擾歸零或干擾鉗位法處理干擾譜線。進(jìn)一步地，將經(jīng)過干擾譜線處理后的信號進(jìn)行IFFT變換后，進(jìn)行自動增益控制處理，對處理后的信號緩存后將已在頻域上濾除干擾的信號輸出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果I)本發(fā)明采用了加窗處理，對輸入信號進(jìn)行加窗處理，平滑Nft點截斷序列的邊界不連續(xù)性，以減輕頻譜泄露；同時采用變換域處理技術(shù)，利用FFT和IFFT實現(xiàn)時頻域間的相互轉(zhuǎn)換，能有效地濾除接收機(jī)信號帶寬內(nèi)的窄帶干擾信號，抗干擾能力強(qiáng)。2)本發(fā)明數(shù)據(jù)處理的實時性強(qiáng)，雖然所述的FFT和IFFT模塊都是以數(shù)據(jù)塊形式處理，但是經(jīng)過存儲模塊緩存處理后，從整體上看是流水線形式的，即同一時間輸入和輸出的數(shù)據(jù)量相等，只是引入了一個固定的時延。3)本發(fā)明提出了自適應(yīng)中值門限算法，只考慮未受干擾頻譜統(tǒng)計特性，忽略干擾譜線統(tǒng)計特性，使得門限值始終隨著未受干擾譜線的變化而變化。同時本發(fā)明提出了二進(jìn)制對數(shù)分段的一趟掃描中值估計算法，在對每個數(shù)據(jù)從高位到低位完成一次掃描后就能得到估計的中值，只需用到少量的計數(shù)器和I位比較器，與傳統(tǒng)的冒泡法等相比顯著降低了運算時間復(fù)雜度和存儲空間需求，大大簡化了系統(tǒng)的運算量和存儲量，也更適合在數(shù)字器件上實現(xiàn)。


圖I是頻域窄帶干擾抑制原理示意圖；圖2是用于擴(kuò)頻接收機(jī)的自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾算法的框圖；圖3是加窗頻域窄帶干擾抑制原理示意圖；圖4是干擾消除與抑制模塊的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖5是FFT幅度概率密度分布與門限選取關(guān)系；圖6是FFT幅度中值概率密度分布曲線；圖7是FFT幅度概率密度分布和中值門限概率密度分布關(guān)系；圖8是實際擴(kuò)頻信號功率譜密度；圖9是二進(jìn)制對數(shù)分段示意圖；圖10是不同干信比情況下誤比特率仿真結(jié)果；圖11是流水線型實時數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)示意框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明，以下實施例不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。如圖I所示，一種自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾裝置可以在FPGA、CPLD、ASIC、DSP等數(shù)字器件上實現(xiàn)，對接收信號進(jìn)行預(yù)處理，濾除接收信號中的窄帶干擾信號后再送至偽碼和載波捕獲跟蹤t旲塊。所述頻域抗干擾算法包括窗函數(shù)模塊、存儲器A模塊、FFT模塊、干擾識別與抑制模塊、IFFT模塊、自動增益控制模塊、存儲器B模塊。其中窗函數(shù)模塊、存儲器A模塊、FFT模塊、干擾識別與抑制模塊、IFFT模塊、自動增益控制模塊以及存儲器B模塊依次相連。所述加窗函數(shù)模塊對輸入信號進(jìn)行加窗處理，用于平滑F(xiàn)FT運算時Nft點截斷序列的邊界不連續(xù)性，從而減輕FFT運算后的頻譜泄露。在進(jìn)行FFT變換之前增加一個合適的窗函數(shù)，如圖3所示，圖中窗函數(shù)的旁瓣應(yīng)盡可能地低。但旁瓣降低的同時，往往伴隨著主瓣寬度增加。從時域上看，窗函數(shù)的目的是平滑Nft點截斷序列的邊界不連續(xù)性，以減輕頻譜泄露，但同時對信號的系數(shù)加權(quán)也造成了有用信號的損失。不考慮窄帶干擾的影響，接收信號為r (n) = s (η) +η (η)(2)其中s(n)和n(n)分別是接收到的有用擴(kuò)頻信號和高斯白噪聲信號，設(shè)窗函數(shù)為w(n),n = 0，1，2. ..，NFT-1，則加窗后的信號為rw (η) = s (n) w (η) +η (η) w (η)(3)因此窗函數(shù)的噪聲增益，即噪聲方差增益，也叫非相干增益，為
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾裝置，所述自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾裝置包括依次相連的第一存儲器，快速傅立葉變換FFT單元，快速傅立葉逆變換IFFT單元，自動增益AGC單元，和第二存儲器，其特征在于，所述自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾裝置包括 設(shè)置于所述第一存儲器前端的加窗單元，用于對輸入信號進(jìn)行加窗處理； 位于FFT單元與IFFT單元間的干擾識別與抑制單元，所述干擾識別與抑制單元用于對FFT單元輸出的頻域信號進(jìn)行干擾識別和抑制，包括依次相連的第三存儲器和干擾消除單元，以及功率檢測單元和中值門限估計單元，所述功率檢測單元的輸入端與第三存儲器的輸入端相連，接收頻域信號，所述功率檢測單元的輸出端與中值門限估計單元的輸入端相連，所述中值門限估計單元的輸出端與干擾消除單元相連，所述干擾消除單元根據(jù)中值門限消除頻域信號中的干擾后輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾裝置，其特征在于，所述的加窗單元設(shè)置有窗函數(shù)，輸入信號與窗函數(shù)相乘，用于減輕FFT運算后的頻譜泄露。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾裝置，其特征在于，所述的功率檢測單元對輸入的頻域信號進(jìn)行功率計算，計算結(jié)果送入到所述的中值門限估計單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾裝置，其特征在于，所述中值門限估計單元根據(jù)功率計算結(jié)果，計算出中值門限。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾裝置，其特征在于，所述干擾消除模塊采用干擾歸零或干擾鉗位法處理干擾譜線。
6.一種自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾方法，用于直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)消除干擾，其特征在于，所述自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾方法包括步驟 步驟I、將輸入信號加窗后進(jìn)行FFT變換； 步驟2、對FFT變換后的信號進(jìn)行功率檢測，估計出中值門限； 步驟3、根據(jù)中值門限對干擾譜線進(jìn)行處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾方法，其特征在于，所述中值門限估計方法包括步驟 步驟a、初始化，設(shè)置中值門限系數(shù)Citl; 步驟b、估計中值，設(shè)待估中值的數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)個數(shù)為D，數(shù)據(jù)類型為二進(jìn)制無符號整數(shù)，數(shù)據(jù)位數(shù)為Q，數(shù)據(jù)值按2的對數(shù)分段，其邊界值集合為{2°，21，22，. . .，2°-1}，定義Q個變量{a0, a1； a2，…，aQ_J , Bi表示序列中數(shù)值范圍為[2l,2i+1)的數(shù)據(jù)個數(shù)，O彡i彡Q-I ; 步驟C、按照如下公式估計中值xM Xm = 3 · 2rl 其中q值滿足
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾方法，其特征在于，所述根據(jù)中值門限對干擾譜線處理是采用干擾歸零或干擾鉗位法處理干擾譜線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾方法，其特征在于，將經(jīng)過干擾譜線處理后的信號進(jìn)行IFFT變換后，進(jìn)行自動增益控制處理 ，對處理后的信號緩存后輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自適應(yīng)中值門限頻域抗干擾裝置及方法，通過時頻域間的相互轉(zhuǎn)換，濾除接收機(jī)信號帶寬內(nèi)的窄帶干擾信號，所述抗干擾裝置包括加窗單元，對輸入信號進(jìn)行加窗處理后進(jìn)行FFT變換，然后送入干擾識別與抑制單元，所述干擾識別與抑制單元用于對FFT單元輸出的頻域信號進(jìn)行干擾識別和抑制，包括依次相連的存儲器和干擾消除單元，以及功率檢測單元和中值門限估計單元，所述功率檢測單元的輸入端與存儲器的輸入端相連，接收頻域信號，所述功率檢測單元的輸出端與中值門限估計單元的輸入端相連，所述中值門限估計單元的輸出端與干擾消除單元相連，所述干擾消除單元根據(jù)中值門限消除頻域信號中的干擾后輸出，能夠快速有效的消除干擾。
文檔編號H04B1/71GK102664657SQ20121011644
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者張朝杰, 楊偉君, 袁鐵山, 金仲和, 金小軍 申請人:浙江大學(xué)