專利名稱：穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于民航地空通信的雙通道自適應(yīng)干擾抑制方法及系統(tǒng)。特別是涉 及一種能夠提高民航地空通信質(zhì)量，增強(qiáng)飛行安全系數(shù)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越的穩(wěn)健的 雙通道民航地空通信恒模干擾抑制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
民航VHF (甚高頻)地空通信在空中交通管理系統(tǒng)中擔(dān)任重要角色，其穩(wěn)定性和可靠 性直接影響著飛行安全。VHF地空通信電臺(tái)采用DSB-AM (帶載波雙邊帶幅度調(diào)制)、半 雙工通信的工作方式，工作頻率范圍為118.0MHz至136.975MHz，波道間隔為25KHz，可 提供760個(gè)通信信道，這些信道可以在廣闊的地域內(nèi)復(fù)用。由于國(guó)外無(wú)線電管理制度及 其嚴(yán)格，空管無(wú)線電干擾問(wèn)題不突出，所以他們生產(chǎn)的VHF地空通信設(shè)備都沒(méi)有考慮抗 干擾問(wèn)題。但在國(guó)內(nèi)隨著近年來(lái)我國(guó)民航企業(yè)以及電信事業(yè)的迅猛發(fā)展，民航無(wú)線電專 用頻率受干擾的程度也隨之呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。就干擾源來(lái)看，主要有尋呼臺(tái)發(fā)射機(jī)、大功 率無(wú)繩電話、鄉(xiāng)村的調(diào)頻廣播電臺(tái)、車載電臺(tái)等，這些干擾源具有恒包絡(luò)特性。目前， 民航一般通過(guò)改頻、監(jiān)測(cè)和清査等被動(dòng)的非技術(shù)手段加以解決，但都治標(biāo)不治本，無(wú)線 電干擾成為民航安全運(yùn)營(yíng)的一大隱患。專利申請(qǐng)200410075232. X中提出了用于調(diào)幅接收機(jī)抑制脈沖干擾的方法和裝置，但不適用于民航地空通信中相對(duì)脈沖干擾較為復(fù)雜的干擾抑制。北京航空航天大學(xué)科技園 研發(fā)出基于甚高頻數(shù)據(jù)鏈的自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可進(jìn)行VHF地空通信電臺(tái) 的干擾分析以及預(yù)新建VHF地空通信電臺(tái)、預(yù)指配頻率的干擾預(yù)測(cè)評(píng)估，從而給出一系 列可供指配的、合理的可用頻率。民航內(nèi)話系統(tǒng)采用的話音優(yōu)選技術(shù)是一種基于同頻異 址VHF語(yǔ)音信號(hào)一主、二備、三應(yīng)急配置的語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)，將各路同頻異址信號(hào)進(jìn) 行實(shí)時(shí)處理，從而獲得語(yǔ)音質(zhì)量參數(shù)，將獲得的質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行比較，選出最優(yōu)信號(hào)輸出 到管制員面板。這兩種技術(shù)都不能從本質(zhì)上去除民航地空通信中的干擾。在專利申請(qǐng)200710057268. 9的公開(kāi)說(shuō)明書中，提出了一種基于恒模陣列的民航地空 通信自適應(yīng)干擾抑制方法及系統(tǒng)，它是利用恒模陣列提取恒模信號(hào)，再將其作為自適應(yīng) 對(duì)消器的參考信號(hào)，進(jìn)行自適應(yīng)對(duì)消，從而得到地空通信信號(hào)。恒模陣列是一種盲自適 應(yīng)波束形成器，其權(quán)系數(shù)可利用恒模算法進(jìn)行更新，且具有收斂速度快、計(jì)算簡(jiǎn)單的性 能，并且信號(hào)恢復(fù)的性能對(duì)陣列的結(jié)構(gòu)不敏感。因此專利申請(qǐng)200710057268. 9從信號(hào)處 理的角度提出了一種能夠從本質(zhì)上消除民航地空通信中常見(jiàn)恒模干擾信號(hào)的方法。然而業(yè)已證明，如果非恒模信號(hào)的峰度小于2，則恒模陣列也會(huì)捕獲非恒模信號(hào)。在 地空通信中所采用的信號(hào)為帶載波雙邊帶幅度調(diào)制信號(hào)，其峰度小于2，因此恒模陣列有可能收斂到帶載波雙邊帶幅度調(diào)制信號(hào)而不是恒模信號(hào)，從而產(chǎn)生誤捕獲。恒模陣列捕 獲信號(hào)的性能與初始權(quán)向量和陣列輸出端信號(hào)的相對(duì)功率有關(guān)。對(duì)于源信號(hào)和陣元數(shù)均 為2的情況，恒模陣列有可能捕獲具有較大功率的信源，而不管這一信源是否具有恒模 的特性。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠提高民航地空通信質(zhì)量，保障飛行安 全，也可用于其它通信系統(tǒng)中，提高接收性能的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑 制方法及系統(tǒng)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制方法及 系統(tǒng)，其中方法包括有以下歩驟(1) 將通過(guò)雙天線陣列接收的兩路甚高頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為中頻信號(hào)；(2) 對(duì)被轉(zhuǎn)化的兩路中頻信號(hào)分別進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、濾波抽取；(3) 對(duì)濾波抽取后的兩路信號(hào)進(jìn)行正交變換，將實(shí)信號(hào)變?yōu)閺?fù)信號(hào)；(4) 將正交變換后的兩路復(fù)信號(hào)送入監(jiān)視模塊，判斷信號(hào)是否受到干擾，如無(wú)干擾 則取出其中一路無(wú)干擾的調(diào)幅信號(hào)轉(zhuǎn)入歩驟(6);如有干擾轉(zhuǎn)入步驟(5);(5) 將兩路受到干擾的信號(hào)送入到基于恒模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模塊，判斷陣列 輸出是恒模信號(hào)還是調(diào)幅信號(hào)，如輸出是調(diào)幅信號(hào)則轉(zhuǎn)入步驟(6)，如輸出是恒模信號(hào) 則將此恒模信號(hào)與步驟(4)輸出的一路受干擾的信號(hào)共同輸入到自適應(yīng)干擾對(duì)消模塊進(jìn) 行恒模干擾對(duì)消，輸出經(jīng)干擾抑制的調(diào)幅信號(hào)，再轉(zhuǎn)到步驟(6);(6) 對(duì)步驟(4)、歩驟(5) 二者之一所輸出的無(wú)干擾調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，再經(jīng)低通濾波器濾除高頻雜波，最后進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出音頻信號(hào)。其中第(1)步所述的將甚高頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為中頻信號(hào)是通過(guò)低噪音高頻放大器、三級(jí)混頻 器及自動(dòng)增益控制電路完成的。第(3)步所述的正交變換是將線性巻積混合模型轉(zhuǎn)換為便于恒模信號(hào)的提取線性瞬時(shí)混合模型。第(4)歩所述的將正交變換后的復(fù)信號(hào)送入監(jiān)視模塊進(jìn)行判斷是利用兩路復(fù)信號(hào)的 相關(guān)系數(shù)進(jìn)行判斷的，包括如下步驟計(jì)算兩路復(fù)信號(hào)的相關(guān)系數(shù)/ ;判斷相關(guān)系數(shù)是 否大于所設(shè)定的閾值A(chǔ)1;大于閾值A(chǔ)1則取其中一路無(wú)干擾信號(hào)送入解調(diào)器；否則將兩 路受干擾信號(hào)送入基于恒模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模塊。第(5)歩所述的進(jìn)入基于恒模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模塊進(jìn)行判斷，包括如下步驟 將兩路受到干擾的信號(hào)送入恒模陣列，同時(shí)其中一路送入載頻估計(jì)模塊，估計(jì)的載頻值 和恒模陣列輸出一起送入AM恒模判斷模塊進(jìn)行對(duì)陣列輸出信號(hào)屬性的判斷，如判斷陣列 輸出為恒模信號(hào)則進(jìn)行自適應(yīng)干擾對(duì)消，否則直接把輸出送入解調(diào)器。第(5)步所述的輸入到自適應(yīng)干擾對(duì)消模塊進(jìn)行恒模干擾對(duì)消，是利用自適應(yīng)濾波 方法進(jìn)行干擾對(duì)消的，具體做法是將判為恒模的恒模陣列輸出信號(hào)作為期望信號(hào)， 一路 受干擾信號(hào)作為輸入信號(hào)。第(6)歩所述的對(duì)無(wú)干擾調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，是采用包絡(luò)檢波的方法，解調(diào)后再經(jīng) 低通濾波器濾除高頻雜波。本發(fā)明的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制系統(tǒng)，包括有接收信號(hào)的雙天線 陣列；對(duì)雙天線陣列所接收的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理且依次相連的射頻處理組；模/數(shù)轉(zhuǎn)換組、 數(shù)字下變頻組及正交變換組；與正交變換組相連并對(duì)其輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行判別的監(jiān)視 模塊；對(duì)監(jiān)視模塊輸出的有干擾信號(hào)進(jìn)行干擾抑制的基于恒模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模 塊；對(duì)監(jiān)視模塊輸出的無(wú)干擾信號(hào)以及對(duì)基于恒模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模塊輸出的干 擾抑制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的解調(diào)器；與解調(diào)器的輸出相連的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器相 連的音頻輸出。 所述的雙天線陣列、射頻處理組、模/數(shù)轉(zhuǎn)換組、數(shù)字下變頻組分別由兩路參數(shù)一致 的天線、射頻處理單元、模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字下變頻單元組成。所述的射頻處理組包括有兩組依次相連的低噪聲放大器、帶通濾波放大電路、一 級(jí)混頻電路、帶通濾波放大電路、二級(jí)混頻電路、帶通濾波放大電路、壓控衰減器、中 放電路、三級(jí)混頻電路、帶通濾波放大電路，中放電路的輸出還連接檢波電路、檢波電 路還通過(guò)比較器與壓控衰減器相連，三級(jí)混頻電路還連接三本振電路；其中兩組之間的 三級(jí)混頻電路通過(guò)三本振電路相連， 一級(jí)混頻電路通過(guò)第一頻率合成器相連，二級(jí)混頻 電路通過(guò)第二頻率合成器相連；兩組中的低噪聲放大器分別連接天線和天線，而第一頻 率合成器和第二頻率合成器還分別連接晶振電路。本發(fā)明的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制方法，充分考慮到地空通信系統(tǒng) 常見(jiàn)干擾的恒模特性，而且同時(shí)受到兩個(gè)或兩個(gè)以上干擾的情況極少，此外噪聲功率遠(yuǎn) 低于干擾和有用信號(hào)的功率，可以忽略不計(jì)，因而采用雙通道接收系統(tǒng)。從干擾信號(hào)與 有用信號(hào)的統(tǒng)計(jì)獨(dú)立性出發(fā)，通過(guò)對(duì)兩路接收通道接收的信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)恒模干擾 的自適應(yīng)抑制。具體是采用如圖1所示的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制系統(tǒng)， 來(lái)自適應(yīng)抑制地空通信中的干擾，提高通信質(zhì)量，本發(fā)明的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制方法及系統(tǒng)，考慮到民航地空通 信在絕大多數(shù)情況下不會(huì)受到兩個(gè)或兩個(gè)以上的干擾，而且噪聲功率遠(yuǎn)低于干擾和有用 信號(hào)的功率，可以忽略不計(jì)，因而采用雙通道接收系統(tǒng)；其次，本發(fā)明利用恒模盲信號(hào) 處理技術(shù)和自適應(yīng)干擾對(duì)消技術(shù)，無(wú)需使用任何參考信號(hào)，即可消除嚴(yán)重影響VHF電臺(tái) 接收性能的外部恒模干擾，提高信干比；利用民航地空通信中信號(hào)的窄帶特點(diǎn)將線性巻 積混合模型轉(zhuǎn)換為線性瞬時(shí)混合模型，有效地簡(jiǎn)化了盲信號(hào)信號(hào)處理的復(fù)雜度；另外， 針對(duì)恒模陣列的誤捕獲非恒模信號(hào)的現(xiàn)象，本發(fā)明通過(guò)對(duì)恒模陣列輸出信號(hào)屬性進(jìn)行判斷后再執(zhí)行相應(yīng)操作的方法，巧妙地避免了恒模陣列誤捕獲到調(diào)幅信號(hào)，有效地提高了自適應(yīng)干擾抑制系統(tǒng)的穩(wěn)健性。本發(fā)明的方法實(shí)用性強(qiáng)、穩(wěn)健、成本低，并且可用于其 它調(diào)幅接收機(jī)中；不但能很好地解決民航地空通信中目前的干擾問(wèn)題，而且可根據(jù)未來(lái) 實(shí)際情況隨時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的升級(jí)和維護(hù)。


圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法所使用的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制系統(tǒng)框圖；圖2是射頻處理組構(gòu)成框圖；圖3是正交變換單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是監(jiān)視模塊工作流程圖；圖5是基于恒模陣列的自適應(yīng)干沐抑制模塊組成框圖；圖6是恒模陣列組成框圖；圖7是Goertzel算法遞推流程圖；圖8是AM恒模信號(hào)判斷模塊流程圖；圖9是自適應(yīng)干擾對(duì)消方框圖；圖10是恒模陣列輸出信號(hào)屬性判斷結(jié)果統(tǒng)計(jì)效果圖；圖lla是原始語(yǔ)音信號(hào)波形效果圖；圖llb是一路混合信號(hào)直接解調(diào)的語(yǔ)音波形效果圖；圖llc是使用申請(qǐng)200710057268. 9所公開(kāi)的方法和系統(tǒng)得到的語(yǔ)音波形效果圖； 圖lld是使用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)得到的語(yǔ)音波形效果圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制方 法及系統(tǒng)給予詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的方法，充分考慮到地空通信系統(tǒng)常見(jiàn)干擾的恒模特性，而且同時(shí)受到兩個(gè) 或兩個(gè)以上干擾的情況極少，此外噪聲功率遠(yuǎn)低于干擾和有用信號(hào)的功率，可以忽略不 計(jì)，因而采用雙通道接收系統(tǒng)。從干擾信號(hào)與有用信號(hào)具有不同的信號(hào)屬性出發(fā)，通過(guò) 對(duì)恒模陣列輸出信號(hào)屬性進(jìn)行判斷后再執(zhí)行相應(yīng)操作的方法，巧妙地避免了恒模陣列誤捕獲到調(diào)幅信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)健的自適應(yīng)恒模干擾抑制。具體是采用如圖1所示的穩(wěn)健的 雙通道民航地空通信恒模干擾抑制系統(tǒng)，來(lái)自適應(yīng)抑制地空通信中的干擾，提高通信質(zhì)量，包括以下步驟第一步，將通過(guò)雙天線陣列接收的兩路甚高頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為中頻信號(hào)。是采用如圖2所示的電路完成的，即，將陣列天線la和lb接收到的信號(hào)通過(guò)由低噪聲高頻放大器、 三級(jí)混頻器及自動(dòng)增益控制電路(圖2中虛框部分)組成的射頻處理組，無(wú)線電信號(hào)通 過(guò)射頻處理組后轉(zhuǎn)化為1. 25MHz中頻信號(hào)，以便后續(xù)信號(hào)處理。在本實(shí)施例中，所述的低噪聲高頻放大器、三級(jí)混頻器及自動(dòng)增益控制電路等電路均由現(xiàn)有的電路或原理實(shí)現(xiàn)。三級(jí)混頻后得到的三級(jí)中頻分別為465MHz、70MHz、 1. 25MHz。 第二歩，對(duì)射頻處理組輸出的兩路模擬中頻信號(hào)分別實(shí)施模數(shù)轉(zhuǎn)換及抽取濾波。通 過(guò)A/D轉(zhuǎn)換組射頻處理組輸出的模擬中頻信號(hào)實(shí)施數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換。為了降低對(duì)后 續(xù)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)要求，本實(shí)施例中模數(shù)轉(zhuǎn)換采用了過(guò)采樣的方案，實(shí)際使用的采樣 率為5MHz，采樣位數(shù)12bit。數(shù)字下變頻組對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸出的兩路數(shù)字信號(hào)分別進(jìn)行濾 波抽取，將數(shù)據(jù)率從5MSps下降到合適的程度，目的是提高實(shí)時(shí)性和降低后續(xù)信號(hào)處理 的運(yùn)算量。在本實(shí)施例中，使用了兩級(jí)帶通濾波抽取，每次抽取5倍，最后采樣率降到 200KSps，第三步，抽取濾波后的信號(hào)分別通過(guò)一正交變換單元，將實(shí)信號(hào)變?yōu)閺?fù)信號(hào)。目的 是將線性巻積混合模型轉(zhuǎn)換為線性瞬時(shí)混合模型，便于恒模信號(hào)的提取。線性巻積混合模型轉(zhuǎn)換為線性瞬時(shí)混合模型的原理是這樣的。如圖1中陣列天線la 和lb接收到的信號(hào)為源信號(hào)不同時(shí)延的線性混合即源信號(hào)的巻積混合，但由于在VHF地 空通信系統(tǒng)中，調(diào)幅信號(hào)傳播帶寬為25KHz，相對(duì)于信號(hào)的載頻('118. 00MHz 136. 975MHz) 很小，并且接收天線的間距設(shè)置為半波長(zhǎng)，此時(shí)信號(hào)到達(dá)兩個(gè)天線的時(shí)延沒(méi)有引起兩天 線接收信號(hào)包絡(luò)的變化，那么信號(hào)在不同天線之間的時(shí)延可以簡(jiǎn)化為相移，因此盲接收 信號(hào)的線性巻積混合模型可以簡(jiǎn)化為線性瞬時(shí)混合模型。由于陣元相隔比較近，而飛機(jī) 的飛行高度較高，那么飛機(jī)相對(duì)于兩個(gè)陣元天線的角度近似相等，因此信號(hào)到兩天線的 多普勒頻移一樣。又已知飛機(jī)在大部分飛行時(shí)段內(nèi)都是勻速飛行的，所以設(shè)信號(hào)的多普 勒頻率恒定厶(O =力。同時(shí)由于民航VHF通信系統(tǒng)具有高信噪比的特點(diǎn)，因此在干擾抑 制系統(tǒng)中不考慮噪聲的影響。假設(shè)陣元la為零時(shí)延參考陣元，那么陣元la、 lb接收到 信號(hào)的復(fù)數(shù)形式分別為<formula>formula see original document page 8</formula> (1)為觀測(cè)信號(hào)向量，s(0 =，j;w和s^)分別是有用和干擾信號(hào)的基帶信號(hào)，/。為載波頻率，A =為混合矩陣，^:a2代表兩個(gè)源信號(hào)的振幅混合比例，r,和^是陣元lb相對(duì)于兩信源的時(shí)延。由此看出，我 們?cè)趶?fù)數(shù)域?qū)⒚窈降乜胀ㄐ胖薪邮招盘?hào)的模型等效為線性瞬時(shí)混合模型。所述正交變換單元組成框圖如圖3所示，由兩個(gè)FIR濾波器組成，其中FIRQ為一 Hil'bert濾波器，其系數(shù)滿足<formula>formula see original document page 8</formula> (2)式(2)中，M為濾波器階數(shù)，w(")為Blackman窗，滿足下式<formula>formula see original document page 8</formula> (3)圖3中的FIRI為一延時(shí)器，延時(shí)A/72個(gè)單元，在本實(shí)施例中M取88。 濾波抽取輸出的兩路信號(hào)x,(")、 12(")通過(guò)FIRI和FIRQ.后形成同相分量^(n)、 x^O)和正交分量x,y(w)、 x2( 0)，最后合并成復(fù)信號(hào)Xw(") 、 A20):<formula>formula see original document page 9</formula>
第四步，將正交變換后的兩路復(fù)信號(hào)送入監(jiān)視模塊，判斷信號(hào)是否受到干擾，如無(wú) 干擾則取出其中一路無(wú)干擾的調(diào)幅信號(hào)轉(zhuǎn)入歩驟六；如有干擾轉(zhuǎn)入歩驟五。所述監(jiān)視模塊其工作流程如圖4所示，包括如下步驟輸入兩路復(fù)信號(hào)x^和;^;計(jì)算兩路信號(hào)的相關(guān)系數(shù)p;判斷/ 是否大于閾值A(chǔ)l;大于閾值A(chǔ)1則進(jìn)行解調(diào)，否則進(jìn) 入基于恒模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模塊。具體工作流程為利用下式計(jì)算兩信號(hào)的相關(guān)(6)式(6)中p為兩路信號(hào)Xw和^2的相關(guān)系數(shù)，()'表示共軛運(yùn)算，￡()表示統(tǒng)計(jì)期望值。 當(dāng)計(jì)算出的相關(guān)系數(shù)/ 小于設(shè)定的閾值rW時(shí)認(rèn)為有干擾，將信號(hào)送入基于恒模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模塊；大于A1時(shí)認(rèn)為信號(hào)沒(méi)有受到干擾，將一路無(wú)干擾信號(hào)直接送入解調(diào)器。實(shí)際中^1設(shè)為一接近于1的數(shù)，本實(shí)施例中設(shè)為0.9901。第五步，將兩路受到干擾的信號(hào)送入如圖5所示的基于恒模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模塊，進(jìn)行恒模干擾信號(hào)的抑制，輸出經(jīng)過(guò)干擾抑制的調(diào)幅信號(hào)。包括如下步驟將兩路受到干擾的信號(hào)送入恒模陣列，同時(shí)其中一路送入載頻估計(jì)模塊，估計(jì)的載頻值和恒模陣列輸出一起送入AM恒模判斷模塊進(jìn)行對(duì)陣列輸出信號(hào)屬性的判斷，如判斷陣列輸出為恒模信號(hào)則進(jìn)行自適應(yīng)干擾對(duì)消，否則直接把輸出送入解調(diào)器。所述恒模陣列的組成框圖如圖6所示。經(jīng)前面的正交變換處理，記到達(dá)恒模陣列的 離散信號(hào)為x;X")，經(jīng)過(guò)自適應(yīng)更新的權(quán)向量w(")加權(quán)求和，得到恒模干擾輸出為-7謂(")-w"("K(") (7) 式(7)中xA(w) = [&(w),j^(")F為監(jiān)視模塊判斷有干擾的輸出復(fù)信號(hào)，w(w) = w2(w)]t為恒模陣列的權(quán)向量，采用恒模算法對(duì)權(quán)向量進(jìn)行更新。本實(shí)施例中采用l-2型最陡下降 恒模算法，權(quán)向量更新公式為<formula>formula see original document page 9</formula>
u為步長(zhǎng)因子， 一般取一個(gè)比較小的數(shù)。本實(shí)施例中設(shè)為0. 002。所述載頻估計(jì)模塊是在調(diào)幅信號(hào)載頻頻率范圍已知的基礎(chǔ)上，對(duì)其中一路受干擾的 信號(hào)進(jìn)行載頻估計(jì)的。本實(shí)施例中，對(duì)監(jiān)視模塊輸出的有干擾信號(hào)&(")利用Goertzel 算法進(jìn)行載頻估計(jì)，目的是為am恒模判斷模塊提供一個(gè)頻率初始值力皿，以提高對(duì)恒模陣列輸出信號(hào)屬性判斷的準(zhǔn)確度。其中載頻估計(jì)模塊采用的Goertzel算法是利用旋轉(zhuǎn)因子『；二e—^""的周期性『/w=1，將dft (離散傅里葉變換)運(yùn)算表示成線性濾波運(yùn)算，差分運(yùn)算的形式使得其遞推性更好。圖7給出了Goertzel算法遞推流程圖，其遞推表達(dá)式為<formula>formula see original document page 10</formula>(9)<formula>formula see original document page 10</formula> (10) 在本實(shí)施例中，式(9)、式(10)中的JV取200K， A為需搜索頻率區(qū)間的頻率點(diǎn)，式(9) 的初始條件設(shè)為^(-1) = ^(-2) = 0," = 0,1，...,^， M取iV/10(即20K) ， A,(")為濾波抽取模塊輸出的數(shù)字信號(hào)，輸出力(")是對(duì)應(yīng)頻率點(diǎn)A的頻譜。本實(shí)施例采用基于Goertzel算法載頻估計(jì)的具體流程為(1) 在每個(gè)頻率點(diǎn)"對(duì)"=0,1,...,^迭代計(jì)算式(9)，然后在w-iV,計(jì)算式(10)，從而得到丄個(gè)頻率點(diǎn)的頻譜(本實(shí)施例中，頻率點(diǎn)A位于以載頻估計(jì)初始值即50KHz為中心 土500Hz的頻率區(qū)間內(nèi)，丄取皿，即頻率點(diǎn)之間間隔10Hz);(2) 求z個(gè)頻率點(diǎn)頻譜y;(iv,)中幅度最大對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)/^^ (即對(duì)丄個(gè)點(diǎn)的人(M)取模，求這些模值中的最大值)，并以此載頻估計(jì)值/,_為中心更新頻率區(qū)間為(3) 對(duì)更新的頻率區(qū)間使用新的采樣數(shù)據(jù)重新開(kāi)始Z個(gè)頻率點(diǎn)的頻譜計(jì)算，在采樣點(diǎn) 再次達(dá)到a^時(shí)求i:個(gè)頻率點(diǎn)頻譜中幅度最大對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)九，M，以此時(shí)得到的_4, 為am 恒模判斷模塊的頻率初始值。所述am恒模判斷模塊流程圖如圖8所示，依據(jù)的原理是am信號(hào)能量集中于載頻，載 頻處頻譜的幅度遠(yuǎn)大于其他副瓣幅度，而諸如fm等的恒模信號(hào)能量在整個(gè)頻帶里頭分布 是比較均勻的。具體工作為，首先按照載頻估計(jì)模塊的方法以載頻估計(jì)模塊輸出的頻率值A(chǔ)^為中心 計(jì)算恒模陣列輸出信號(hào)y^—段樣本的一段頻譜值，在本實(shí)施例中選取了 10000點(diǎn)的恒模 陣列輸出樣本點(diǎn)，以10Hz為間隔計(jì)算以/4_為中心的101個(gè)頻點(diǎn)的頻譜，所用頻譜計(jì)算 方法與載頻估計(jì)模塊使用的Geortzel方法相同。在所得頻譜上搜索，得到主峰值P^，然 后將主峰和主峰附近4個(gè)頻點(diǎn)的頻譜置零，重新搜索得到次峰《。"計(jì)算主峰與次峰的比，如果比值大于閾值A(chǔ)2認(rèn)為J^是AM信號(hào)，否則認(rèn)為是恒模信號(hào)。為了提高判斷的準(zhǔn)確度， 前述過(guò)程可以進(jìn)行多次，然后在多次運(yùn)行結(jié)果的基礎(chǔ)上再來(lái)判斷尺，是否恒模信號(hào)。在本 實(shí)施例中運(yùn)行12次，大于閾值的次數(shù)發(fā)生超過(guò)7次就認(rèn)為恒模陣列誤收斂到了 AM，否 則認(rèn)為恒模陣列正確收斂，輸出恒模信號(hào)。閾值A(chǔ)2為一大于2的數(shù)，本實(shí)施例中閾值A(chǔ)2 設(shè)為4。所述自適應(yīng)對(duì)消如圖9所示。當(dāng)恒模陣列收斂到恒模信號(hào)時(shí)，需要進(jìn)行自適應(yīng)對(duì)消。 自適應(yīng)對(duì)消器采用式(7)所得的恒模陣列輸出作為參考輸入，結(jié)合監(jiān)視模塊輸出的一路受干擾信號(hào)進(jìn)行恒模干擾對(duì)消從而得到民航地空通信所需的有用信號(hào)，記為e(")、(")-(11)式(11)中，"(w)為對(duì)消器的自適應(yīng)權(quán)系數(shù)，采用自適應(yīng)算法對(duì)權(quán)向量進(jìn)行更新。本實(shí)施 例采用復(fù)數(shù)遞推最小二乘(CRLS)算法完成權(quán)值更新。 CRLS的代價(jià)函數(shù)為=尤義"I—"("j謹(jǐn)("|2 (12)式(12)中，0</1<1稱為遺忘因子，在本實(shí)施例中取為0.9999。在此，針對(duì)恒模信號(hào)的特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)的CRLS進(jìn)行改進(jìn)以簡(jiǎn)化運(yùn)算。具體為先對(duì)恒模信 號(hào)作歸一化處理-式(13)中，/ 0)代表恒模信號(hào)的復(fù)相位。從而自適應(yīng)對(duì)消器的權(quán)值更新為-一-1 1)式(14)中=義W(" — 1) + e-成"V岸)=義及(M -1) +1;=義K" — 1) + & (/)e腐")。第六步，對(duì)步驟四輸出的無(wú)干擾信號(hào)或步驟五輸出的經(jīng)干擾抑制的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)， 再經(jīng)低通濾波器濾除高頻雜波，最后進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換輸出清晰的音頻信號(hào)。對(duì)自適應(yīng)恒模干擾抑制模塊輸出的經(jīng)干擾抑制的信號(hào)或從監(jiān)視模塊直接輸出的無(wú)干 擾信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，采用包絡(luò)檢波方法，并利用D/A (數(shù)/模)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，就 可輸出清晰的音頻信號(hào)。圖10給出了在不同AM有用信號(hào)和FM干擾信號(hào)功率比的混合情況下恒模陣列輸出信 號(hào)屬性判斷結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖，由輸出信號(hào)解調(diào)后與原調(diào)制信號(hào)的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行判斷，判斷結(jié) 果以恒模陣列收斂到AM信號(hào)和FM信號(hào)的概率來(lái)表示。可以看出在FM功率較大時(shí)恒模陣 列可以準(zhǔn)確無(wú)誤的收斂到恒模信號(hào)，但是隨著AM信號(hào)功率的增加，恒模陣列收斂到非恒 模AM信號(hào)的概率也隨著增加，從而出現(xiàn)了誤捕獲現(xiàn)象，導(dǎo)致干擾抑制系統(tǒng)的不穩(wěn)定。在 與圖IO所示實(shí)驗(yàn)相同條件下，本發(fā)明所采用的AM恒模判斷模塊可以準(zhǔn)確地判斷出恒模陣列輸出信號(hào)屬性，因此本發(fā)明采用的對(duì)恒模陣列輸出信號(hào)屬性進(jìn)行判斷后再執(zhí)行相應(yīng) 操作的方法可以100%的消除誤捕獲現(xiàn)象。本實(shí)施例中對(duì)AM有用信號(hào)和FM干擾信號(hào)發(fā)射功率相同時(shí)進(jìn)行干擾抑制實(shí)驗(yàn)，得到 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖lla、 llb、 llc、 lld給出了有無(wú)干擾抑制處理的效果對(duì)比圖。其中圖lla為原語(yǔ) 音信號(hào)波形圖，圖lib為對(duì)其中一路混合信號(hào)直接解調(diào)的語(yǔ)音波形圖，圖llc是專利申 請(qǐng)為200710057268.9中所提方法得到的語(yǔ)音波形圖，而圖lid為經(jīng)本發(fā)明得到的語(yǔ)音波 形圖，可見(jiàn)圖lld最接近原語(yǔ)音信號(hào)波形圖，充分體現(xiàn)了本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)和實(shí)用價(jià)值。如圖1所示，本發(fā)明的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制系統(tǒng)，包括有接收 信號(hào)的雙天線陣列l(wèi)a、 lb;對(duì)雙天線陣列l(wèi)a、 lb所接收的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理且依次相連 的射頻處理組2、模/數(shù)轉(zhuǎn)換組3、數(shù)字下變頻組4及正交變換組5;與正交變換組5相連 并對(duì)其輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行判別的監(jiān)視模塊6;對(duì)監(jiān)視模塊6輸出的有干擾信號(hào)進(jìn)行干擾 抑制的基于恒模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模塊7;對(duì)監(jiān)視模塊6輸出的無(wú)干擾信號(hào)和基于恒 模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模塊7輸出的干擾抑制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的解調(diào)器8;與解調(diào)器8 的輸出相連的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器9和與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器9相連的音頻輸出10。上述的雙天線陣列l(wèi)a、 lb、射頻處理組2、模/數(shù)轉(zhuǎn)換組3、數(shù)字下變頻組4分別由 兩路參數(shù)一致的天線、射頻處理單元、模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字下變頻單元組成。如圖2所示，其中所述的射頻處理組3包括有兩組依次相連的LNA (低噪聲放大器) 11、 BPF (帶通濾波)放大電路12、 一級(jí)混頻電路13、 BPF放大電路14、 二級(jí)混頻電路15、 BPF放大電路16、壓控衰減器17、中放電路18、三級(jí)混頻電路19、 BPF放大電路20,中 放電路18的輸出還連接檢波電路22、檢波電路22還通過(guò)比較器21與壓控衰減器17相連， 三級(jí)混頻電路19還連接三本振電路23;其中兩組之間的三級(jí)混頻電路19通過(guò)三本振電 路23相連， 一級(jí)混頻電路13通過(guò)第一頻率合成器24相連，二級(jí)混頻電路15通過(guò)第二頻 率合成器26相連；兩組中的LNA (低噪聲放大器)11分別連接天線la和天線lb，而第一 頻率合成器24和第二頻率合成器26還分別連接晶振電路25。
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制方法，其特征在于，包括有以下步驟(1)將通過(guò)雙天線陣列接收的兩路甚高頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為中頻信號(hào)；(2)對(duì)被轉(zhuǎn)化的兩路中頻信號(hào)分別進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、濾波抽取；(3)對(duì)濾波抽取后的兩路信號(hào)進(jìn)行正交變換，將實(shí)信號(hào)變?yōu)閺?fù)信號(hào)；(4)將正交變換后的兩路復(fù)信號(hào)送入監(jiān)視模塊，判斷信號(hào)是否受到干擾，如無(wú)干擾則取出其中一路無(wú)干擾的調(diào)幅信號(hào)轉(zhuǎn)入步驟(6)；如有干擾轉(zhuǎn)入步驟(5)；(5)將兩路受到干擾的信號(hào)送入到基于恒模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模塊，判斷陣列輸出是恒模信號(hào)還是調(diào)幅信號(hào)，如輸出是調(diào)幅信號(hào)則轉(zhuǎn)入步驟(6)，如輸出是恒模信號(hào)則將此恒模信號(hào)與步驟(4)輸出的一路受干擾的信號(hào)共同輸入到自適應(yīng)干擾對(duì)消模塊進(jìn)行恒模干擾對(duì)消，輸出經(jīng)干擾抑制的調(diào)幅信號(hào)，再轉(zhuǎn)到步驟(6)；(6)對(duì)步驟(4)、步驟(5)二者之一所輸出的無(wú)干擾調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，再經(jīng)低通濾波器濾除高頻雜波，最后進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出音頻信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制方法，其特征在 于，第(1)步所述的將甚高頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為中頻信號(hào)是通過(guò)低噪音高頻放大器、三級(jí)混頻 器及自動(dòng)增益控制電路完成的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制方法，其特征在 于，第(3)步所述的正交變換是將線性巻積混合模型轉(zhuǎn)換為便于恒模信號(hào)的提取線性瞬 時(shí)混合模型。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制方法，其特征在 于，第(4)步所述的將正交變換后的復(fù)信號(hào)送入監(jiān)視模塊進(jìn)行判斷是利用兩路復(fù)信號(hào)的 相關(guān)系數(shù)進(jìn)行判斷的，包括如下步驟計(jì)算兩路復(fù)信號(hào)的相關(guān)系數(shù)p;判斷相關(guān)系數(shù)是 否大于所設(shè)定的閾值A(chǔ)1;大于閾值A(chǔ)1則取其中一路無(wú)干擾信號(hào)送入解調(diào)器；否則將兩 路受干擾信號(hào)送入基于恒模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模塊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制方法，其特征在 于，第(5)步所述的進(jìn)入基于恒模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模塊進(jìn)行判斷，包括如下步驟 將兩路受到干擾的信號(hào)送入恒模陣列，同時(shí)其中一路送入載頻估計(jì)模塊，估計(jì)的載頻值 和恒模陣列輸出一起送入AM恒模判斷模塊進(jìn)行對(duì)陣列輸出信號(hào)屬性的判斷，如判斷陣列 輸出為恒模信號(hào)則進(jìn)行自適應(yīng)干擾對(duì)消，否則直接把輸出送入解調(diào)器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制方法，其特征在 于，第(5)步所述的輸入到自適應(yīng)干擾對(duì)消模塊進(jìn)行恒模干擾對(duì)消，是利用自適應(yīng)濾波 方法進(jìn)行干擾對(duì)消的，具體做法是將判為恒模的恒模陣列輸出信號(hào)作為期望信號(hào)， 一路 受干擾信號(hào)作為輸入信號(hào)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制方法，其特征在 于，第(6)步所述的對(duì)無(wú)干擾調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，是采用包絡(luò)檢波的方法，解調(diào)后再經(jīng) 低通濾波器濾除高頻雜波。于，第(6)歩所述的對(duì)無(wú)干擾調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，是采用包絡(luò)檢波的方法，解調(diào)后再經(jīng) 低通濾波器濾除高頻雜波。
8. —種穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制系統(tǒng)，其特征在于，包括有接收信 號(hào)的雙天線陣列(la、 lb);對(duì)雙天線陣列(la、 lb)所接收的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理且依次相連的射頻處理組(2);模/數(shù)轉(zhuǎn)換組(3)、數(shù)字下變頻組(4)及正交變換組(5);與正交變換組(5)相連并對(duì)其輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行判別的監(jiān)視模塊(6);對(duì)監(jiān)視模塊(6)輸出的有干擾信號(hào)進(jìn)行干擾抑制的基于恒模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模塊(7);對(duì)監(jiān)視模塊(6)輸出的無(wú)干擾信號(hào)以及對(duì)基于恒模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模塊(7)輸出 的干擾抑制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的解調(diào)器(8);與解調(diào)器(8)的輸出相連的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(9) 和與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(9)相連的音頻輸出(10)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制系統(tǒng)，其特征在 于，所述的雙天線陣列(la、 lb)、射頻處理組(2)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換組(3)、數(shù)字下變頻 組(4)分別由兩路參數(shù)一致的天線、射頻處理單元、模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字下變頻單元 組成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制系統(tǒng)，其特 征在于，所述的射頻處理組(2)包括有兩組依次相連的低噪聲放大器(11)、帶通濾 波放大電路(12)、 一級(jí)混頻電路(13)、帶通濾波放大電路(14) 、 二級(jí)混頻電路(15)、 帶通濾波放大電路(16)、壓控衰減器(17)、中放電路(18)、三級(jí)混頻電路(19)、 帶通濾波放大電路(20)，中放電路(18)的輸出還連接檢波電路(22)、檢波電路(22) 還通過(guò)比較器(21)與壓控衰減器(17)相連，三級(jí)混頻電路(19)還連接三本振電路(23);其中兩組之間的三級(jí)混頻電路(19)通過(guò)三本振電路(23)相連， 一級(jí)混頻 電路(13)通過(guò)第一頻率合成器(24)相連，二級(jí)混頻電路(15)通過(guò)第二頻率合成器(26)相連;兩組中的低噪聲放大器(11)分別連接天線(la)和天線(lb)，而第一 頻率合成器(24)和第二頻率合成器(26)還分別連接晶振電路(25)。
全文摘要
一種穩(wěn)健的雙通道民航地空通信恒模干擾抑制方法及系統(tǒng)，包括將雙天線陣列接收的兩路甚高頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為中頻數(shù)字信號(hào)；對(duì)兩路中頻數(shù)字信號(hào)分別進(jìn)行濾波抽取、正交變換；把正交變換后的兩路復(fù)信號(hào)送入監(jiān)視模塊進(jìn)行判斷，如無(wú)干擾則取其中一路無(wú)干擾信號(hào)輸出，如有干擾則將兩路信號(hào)送入基于恒模陣列的自適應(yīng)干擾抑制模塊進(jìn)行干擾抑制，判斷恒模陣列輸出的信號(hào)屬性并采取相應(yīng)的動(dòng)作，如陣列輸出為調(diào)幅信號(hào)則直接輸出，否則進(jìn)行自適應(yīng)干擾對(duì)消后再輸出；對(duì)上述步驟輸出的無(wú)干擾信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后濾除高頻噪聲，送入D/A轉(zhuǎn)換器輸出音頻信號(hào)。本發(fā)明對(duì)恒模陣列輸出信號(hào)屬性進(jìn)行判斷后再執(zhí)行相應(yīng)操作的方法，避免了恒模陣列的誤捕獲，有效地提高了自適應(yīng)干擾抑制系統(tǒng)的穩(wěn)健性。
文檔編號(hào)H04B1/10GK101232292SQ20081005208
公開(kāi)日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月16日
發(fā)明者吳仁彪, 王淑艷, 石慶研, 胡鐵喬, 鐘倫瓏 申請(qǐng)人:中國(guó)民航大學(xué)