一種閾值處理和空頻自適應(yīng)算法結(jié)合的導(dǎo)航抗干擾算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航通信領(lǐng)域，特別涉及衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中抗干擾算法的優(yōu)化，具 體的講是將信號(hào)用FFT變換到頻域，首先在頻域用一種門限算法進(jìn)行預(yù)處理，然后用一種 兩路數(shù)據(jù)加窗重疊的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)空頻抗干擾算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 人類進(jìn)入信息社會(huì)后，對(duì)地理信息的需求非常普遍。衛(wèi)星定位系統(tǒng)已成為繼通信、 互聯(lián)網(wǎng)之后的第三個(gè)IT新增長(zhǎng)點(diǎn)，全球衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS)的應(yīng)用也日益廣泛。"全球定 位系統(tǒng)"（GPS)在民用以及軍用領(lǐng)域都發(fā)揮了重要作用，其應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)展中。
[0003] 導(dǎo)航衛(wèi)星通常被設(shè)計(jì)成發(fā)射功率僅有幾毫瓦的弱信號(hào)衛(wèi)星，這對(duì)于衛(wèi)星降低造價(jià) 和延長(zhǎng)使用壽命是需要的。但由于衛(wèi)星信號(hào)弱，所以非常容易受到干擾。除了在戰(zhàn)爭(zhēng)中可 能面對(duì)敵方專門的干擾機(jī)的故意干擾，一些頻率較高的電視臺(tái)、航空衛(wèi)星通信和機(jī)動(dòng)衛(wèi)星 系統(tǒng)終端都可能削弱導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，而且自然界所發(fā)生的一些現(xiàn)象也會(huì)引起信號(hào)干擾。
[0004] -旦衛(wèi)星信號(hào)被干擾就可能中斷其使用，使定位誤差增大甚至完全無法實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航 功能。目前，社會(huì)生活甚至戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)導(dǎo)航技術(shù)的依賴越來越大，導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾性能的要求 也越來越高，專門針對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)的抗干擾技術(shù)的研宄就具有了現(xiàn)實(shí)意義。
[0005] 目前針對(duì)導(dǎo)航抗干擾采取的主要方法是空時(shí)自適應(yīng)信號(hào)處理（STAP，Space Time Adaptive Processing)的辦法，該方法是在空域?yàn)V波器的基礎(chǔ)上在每個(gè)陣元后面增加時(shí)域 抽頭。不同陣元的相同延遲節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的空域?yàn)V波器可以對(duì)不同來向的空間干擾形成分辨能 力，對(duì)于每個(gè)天線陣元來說，增加的延時(shí)抽頭數(shù)可構(gòu)成時(shí)域?yàn)V波器，可對(duì)不同頻率的干擾源 形成分辨能力。STAP算法由于增加了時(shí)域自由度，相比單純的空域?yàn)V波性能有了明顯的提 高，然而其計(jì)算復(fù)雜度也相應(yīng)增加。對(duì)于M個(gè)陣元P個(gè)延遲節(jié)點(diǎn)的STAP，往往要進(jìn)行MP XMP 維的矩陣處理，運(yùn)算量過大。
[0006] 因此，另外一種算法空頻自適應(yīng)信號(hào)處理（SFAP，Space Frequency Adaptive Processing)(如圖1所示）成為了導(dǎo)航抗干擾領(lǐng)域開始研宄的算法。
[0007] SFAP算法首先是將每個(gè)陣元的輸入數(shù)據(jù)截取K段，對(duì)每段數(shù)據(jù)進(jìn)行J點(diǎn)的FFT (快 速傅里葉變換）運(yùn)算，獲得每個(gè)陣元分別在J個(gè)頻點(diǎn)的信息，最后得到K組窄帶頻率分量， 每組有J點(diǎn)數(shù)據(jù)。然后通過這K組數(shù)據(jù)分別在這J個(gè)頻點(diǎn)中進(jìn)行自適應(yīng)濾波抑制干擾，最 后將濾波后的J個(gè)頻點(diǎn)的值進(jìn)行IFFT (快速傅里葉反變換），得到輸出值。
[0008] 但是，F(xiàn)FT變換隱含了對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行周期延拓，截?cái)嗪蟮妮斎胄盘?hào)進(jìn)行周期延拓 后在截?cái)嗟倪呇靥幉皇沁B續(xù)的，并且這種不連續(xù)非常突然，這樣會(huì)造成很嚴(yán)重的頻譜泄露， 從而影響其它頻點(diǎn)的頻譜估計(jì)。如果直接對(duì)原始輸入信號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算，相當(dāng)于給原始輸 入信號(hào)加了一個(gè)矩形窗，矩形窗的第一旁瓣電平僅僅比主瓣電平低13. 46dB，而一般干擾信 號(hào)功率比導(dǎo)航信號(hào)功率要高幾十dB，它的旁瓣電平比導(dǎo)航信號(hào)電平大很多，嚴(yán)重影響了其 它頻點(diǎn)的譜線值。所以，若要準(zhǔn)確的估計(jì)每個(gè)頻點(diǎn)的功率，就必須減少頻譜泄露，通常的處 理方法是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行加窗，使截?cái)嗪蟮妮斎胄盘?hào)經(jīng)過周期延拓后在邊沿變得更平滑。
[0009] 設(shè)x(n)為輸入信號(hào)，w(n)為窗函數(shù)，則加窗后的信號(hào)表達(dá)式為：
[0010] xw(n) = x(n)w(n) (1)
[0011] 通過對(duì)輸入信號(hào)加窗處理后頻譜泄漏的影響可以得到很好的改善，但是由于窗函 數(shù)的處理，輸入信號(hào)會(huì)部分失真。
[0012] 為了在不增加陣元個(gè)數(shù)的情況下提高SFAP的性能，可以在SFAP處理之前對(duì)窄帶 干擾進(jìn)行濾除。由于SFAP需要先將信號(hào)變換到頻域進(jìn)行處理，所以在SFAP處理前先在頻 域進(jìn)行一次預(yù)處理成為一種選擇。
[0013] 一般在頻域進(jìn)行干擾抑制的方法可以用門限處理算法，一般門限處理算法有歸零 法和鉗位法兩種。其中歸零法把幅值高于門限的譜線置零，而鉗位法是將幅值高于門限的 譜線值降到門限值。歸零抗干擾的信噪比損失會(huì)隨著干擾信號(hào)的帶寬增大而增大；為了在 抑制干擾的同時(shí)盡可能的保留有用信號(hào)，可以采用鉗位處理法，其處理方法是將受到干擾 的譜線幅度降低并保留其相位特性。
[0014] 門限處理算法只對(duì)幅值大于門限的譜線進(jìn)行處理，當(dāng)輸入信號(hào)無干擾存在時(shí)，不 會(huì)有幅值大于門限值的譜線，門限檢測(cè)法不會(huì)對(duì)譜線進(jìn)行任何處理直接輸出，所以不會(huì)對(duì) 導(dǎo)航信號(hào)帶來失真的影響。由于導(dǎo)航干擾信號(hào)相對(duì)導(dǎo)航信號(hào)是一種強(qiáng)干擾信號(hào)，所以選取 合適的門限值，經(jīng)過門限處理后可以很好地濾除掉強(qiáng)的窄帶干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明提出了一種閾值處理和空頻自適應(yīng)算法結(jié)合的導(dǎo)航抗干擾算法，首先用門 限處理算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，然后用兩路數(shù)據(jù)加窗重疊的方法進(jìn)行空頻自適應(yīng)算法實(shí) 現(xiàn)。本發(fā)明很好地降低了頻譜泄漏的影響，進(jìn)一步提高了該算法抗干擾的性能。
[0016] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
[0017] a.將每個(gè)陣元的輸入信號(hào)進(jìn)行分塊處理作為第一路信號(hào)，即選取輸入數(shù)據(jù)的連續(xù) J個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)數(shù)據(jù)塊處理；將第一路信號(hào)的數(shù)據(jù)延遲半個(gè)數(shù)據(jù)塊，延遲后的信號(hào)作為第 二路信號(hào)，然后進(jìn)行與第一路相同的分塊處理。
[0018] b.將a中的第一路和第二路信號(hào)分別進(jìn)行加窗處理，即將第一路和第二路的輸入 數(shù)據(jù)與窗函數(shù)相乘得到加窗后的輸入數(shù)據(jù)。
[0019] c.將b中經(jīng)過加窗處理后的信號(hào)進(jìn)行FFT處理，即對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行J個(gè)點(diǎn)的FFT 變換，得到輸入數(shù)據(jù)在各個(gè)頻點(diǎn)的信息。
[0020] d.將c中得到的信號(hào)進(jìn)行門限處理，即可以根據(jù)歸零法或者鉗位法，選擇剔除或 者削掉某一頻點(diǎn)的值。
[0021] e.將d中處理之后的信號(hào)傳入空頻抗干擾模塊在每個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行抗干擾處理，即在 每個(gè)頻點(diǎn)通過自適應(yīng)抗干擾算法得到權(quán)值，再將權(quán)值與輸入信號(hào)相乘得到抗干擾后的每個(gè) 頻點(diǎn)的輸出。
[0022] f.將e中得到的每個(gè)頻點(diǎn)的輸出值按順序排列后，作為一個(gè)數(shù)據(jù)塊，傳入IFFT模 塊，得到時(shí)域的輸出信號(hào)，即將每個(gè)數(shù)據(jù)塊在每個(gè)頻點(diǎn)的抗干擾后的輸出值進(jìn)行J個(gè)點(diǎn)的 IFFT，得到該數(shù)據(jù)塊的時(shí)域輸出值。
[0023]g.將f?中得到的第一路時(shí)域信號(hào)輸出信號(hào)延遲半個(gè)數(shù)據(jù)塊的時(shí)間，再將第一路時(shí) 域信號(hào)與第二路時(shí)域信號(hào)相加，得到最終的時(shí)域輸出信號(hào)。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT處理后先進(jìn)行門限處理，然后再進(jìn)行 SFAP算法處理的方式，有效提高了系統(tǒng)抗干擾的效果。同時(shí)通過采取兩路數(shù)據(jù)加窗重疊的 方法，在抑制頻譜泄漏的同時(shí)，減少了