專利名稱：基于幅值域信號處理的擴(kuò)頻系統(tǒng)非高斯干擾抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種抗干擾方法，具體地說是一種基于幅值域信號處理的 擴(kuò)頻系統(tǒng)非高斯干擾抑制檢測器。(二) 背景技術(shù)擴(kuò)頻系統(tǒng)一般都是弱信號系統(tǒng)，低功率干擾尚能應(yīng)付，若干擾功率越來越高 的時候，會使相關(guān)解擴(kuò)降噪之后仍不能分辨信號，有中等功率的干擾信號就能壓 制它。這種功率壓制的干擾使得在相關(guān)及以后各環(huán)節(jié)的其他提高信噪比或者抗干 擾的技術(shù)都不能實(shí)施。直接影響系統(tǒng)正常工作。而隨著電磁環(huán)境的越來越惡劣， 有意無意的干擾功率相對于信號功率變得越來越大的時候，這種干擾造成的影響 將足以使接收機(jī)不能正常工作，針對這方面的研究就變得越來越迫切。然而在過 去二十多年間用于提高GPS接收機(jī)抗干擾能力和穩(wěn)定性的研究都主要的集中在軍 事領(lǐng)域的應(yīng)用上面，而對于民用的GPS或者CALILEO導(dǎo)航接收機(jī)以及大多數(shù)形式 的CDMA接收機(jī)的偶爾或者有意干擾卻鮮有技術(shù)能夠提供有效的抑制作用。而事實(shí) 上復(fù)雜的電磁環(huán)境大大影響了GPS等擴(kuò)頻接收機(jī)的正常工作，這樣就迫切需要一 種簡單易實(shí)施的相關(guān)前抗干擾方法來提高擴(kuò)頻系統(tǒng)的健壯性。 現(xiàn)有的針對擴(kuò)頻系統(tǒng)的主要抗干擾方法及其劣勢主要有-固定頻率濾波器對于帶內(nèi)干擾抑制效果很差。 自適應(yīng)頻率濾波器對于多干擾源需要非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。 COLT (continuous look through filter):計(jì)算速度太慢，對于寬帶干擾 無效。ATF (adaptive transversal filter):對其他干擾效果尚未研究。 ASNA (adaptive spatial nulling antenna):成本非常高，規(guī)模大，干擾 源難以確定。(三) 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種簡單易實(shí)施的提高擴(kuò)頻系統(tǒng)的健壯性的基于幅 值域信號處理的擴(kuò)頻系統(tǒng)非高斯干擾抑制方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的-將進(jìn)行濾波處理的由采樣值估算出來的自適應(yīng)非線性函數(shù)，從兩正交支路的 聯(lián)合估計(jì)計(jì)算，轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)單幅值估計(jì)計(jì)算。對估計(jì)得到的初始PDF使用FIR濾波器濾波，進(jìn)行平滑處理。本發(fā)明的具體步驟包括1、 從射頻到基帶轉(zhuǎn)換后的輸入信號s(o被解析成兩正交支路，經(jīng)過低通濾波器濾掉高頻分量之后為x,(/)、 ^G);2、 然后再將迪卡爾坐標(biāo)形式的、(/)、 x(f)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)的幅值/ 和相角^ 形式，并對幅值應(yīng)用自適應(yīng)非線性函數(shù)，由3、再將經(jīng)過非線性處理后的極坐標(biāo)形式信號轉(zhuǎn)換回迪卡爾坐標(biāo)系，經(jīng)過積 分器和平方之后與設(shè)定的檢測門限進(jìn)行比較來判定哪一種假設(shè)成立。上面的這個非線性函數(shù)就是基于AGC輸出的信號幅值的概率密度函數(shù)的。 因?yàn)閿U(kuò)頻輸入信號相對于干擾來說非常的小，所AGC輸出信號幅值的概率密度 函數(shù)幾近于干擾加噪聲的概率密度函數(shù)，也就是有這個假設(shè)使得本發(fā)明的檢測器在性能上接近Neyman-Pearson檢測器的性能，施 行上卻比它簡單的多。而g(r)函數(shù)對于高斯分布是保持線性的(除了零附近)，所以如果輸入在其線性區(qū)域則輸出保持高斯分布不變。經(jīng)過g(O函數(shù)處理過的幅值和僅僅經(jīng)過簡單延時來保持與幅值同步的相位 信息在重新轉(zhuǎn)換到笛卡爾坐標(biāo)系，就相當(dāng)于根據(jù)信號的PDF來給輸出的采樣信 號一個自適應(yīng)的權(quán)值，來實(shí)時的估計(jì)非高斯干擾信號，并提高信號的信噪比。這樣原來的非線性函數(shù)的形式就相應(yīng)的變成 )〃綜上所述，本發(fā)明采用幅值域信號處理方法對擴(kuò)頻系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾處理，它 可以消除擴(kuò)頻系統(tǒng)中的強(qiáng)非高斯干擾，它是全數(shù)字，自適應(yīng)的信號處理算法，能 夠簡單實(shí)施，相對于其他擴(kuò)頻系統(tǒng)抗干擾方法，在有用信號頻段有更明顯的效果。 能夠顯著提高相關(guān)前的系統(tǒng)的信噪比及系統(tǒng)總增益。有效提高擴(kuò)頻系統(tǒng)抗干擾性 能和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，較其它擴(kuò)頻系統(tǒng)抗干擾方法，其主要優(yōu)勢有a) 抗干擾能力強(qiáng)，對于各種類型的非高斯干擾均有明顯抑制作用。b) 因?yàn)橛杏眯盘柍矢咚狗植?，而幅值域非線性自適應(yīng)濾波器基本對高斯信 號透明，所以對有用信號衰減很小。c) 作為相關(guān)前千擾濾除方法，可直接作為一個獨(dú)立模塊，插入到變頻采樣后，相關(guān)之前，完全兼容現(xiàn)有擴(kuò)頻接收系統(tǒng)。d) 它是全數(shù)字自適應(yīng)的抗干擾實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)均比現(xiàn)有其他方法簡單 和容易很多，另外也不需要像空間濾波技術(shù)需要天線陣來實(shí)現(xiàn)一樣，需 要其他的很多輔助設(shè)備。最容易推廣。e) 適用范圍最廣，幾乎所有采用擴(kuò)頻體制工作的通信導(dǎo)航系統(tǒng)均可用幅 值域信號處理這種方式來提高系統(tǒng)信噪比和抗干擾。(四)


圖1為非線性函數(shù)應(yīng)用于正交檢測回路原理圖； 圖2為非線性函數(shù)應(yīng)用于信號幅值的檢測回路原理圖； 圖3為非線性濾波函數(shù)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述幅值域信號處理濾波方法是基于Capon和Neyman-Pearson所做工作的一種 統(tǒng)計(jì)檢測判決理論。經(jīng)典的檢測理論和Neyman-Pearson檢測器的描述可參見 [Steeven M. kay, Fundamentals of Statistical Signal Processing Volume II:Detection Theory, Publishing House of Electronics Industry.]典型的Neyman-Pearson檢測器的實(shí)際執(zhí)行和實(shí)施，則過于復(fù)雜，以致大多 數(shù)情況下并不能實(shí)現(xiàn)。在擴(kuò)頻體系的應(yīng)用中，接收端信噪比一般都很低，這時候 希望針對這種情況做一些特殊的處理。使得在相比于噪聲，信號很小的情形下，設(shè)計(jì)的檢測器有最優(yōu)的屬性。這樣的檢測器也可以用于信噪比大的情形。這在實(shí) 際中是很合理的，因?yàn)橹恍枰男盘栁⑷醯臅r候檢測器達(dá)到最優(yōu)就可以了，而當(dāng) 信號很強(qiáng)的時候，即使檢測器沒有達(dá)到最優(yōu)性能，信號也是可以被檢測到的。現(xiàn) 假定兩種基本假設(shè)為<formula>formula see original document page 6</formula>在假定信號存在的情形下，即/z,假設(shè)下，c[o]的概率密度為^00，其中e是未知參數(shù)信號的幅值，它是非常小幾近于零的變量；反之，在//。，即沒有信號 的情況下x[O]的概率密度函數(shù)為p。(;c)，則我們假定一些通常都滿足的關(guān)于 PeOc)的規(guī)則性條件對于所有x， 3;^(;c)/3e在-oo〈;c〈+oo，-a《0Sa,a〉O上連續(xù)，并且存在兩 個在(-oo， oo)可積的函數(shù)M。 (x)和M, (x)，滿足<formula>formula see original document page 6</formula>那么其中《是w維采樣空間中信號存在的判決域，相應(yīng)的所以就是要求得在前式i^的限制下尸^最大，上式表明了檢測概率與^的相關(guān)性。根據(jù)先前的規(guī)則性假設(shè)條件很容易得出，對于0>0,并且^很小的情況下，我們可以把尸^在0 = 0處用一階泰勒級數(shù)展開，于是6=0 = +6=0由于已經(jīng)給定了尸^，只有尸^(x)的導(dǎo)數(shù)與《有關(guān)，所以對于任意0，通過 使尸^(x)在^ = 0處的斜率最大而使尸^(;c)達(dá)到最大。現(xiàn)在為了在約束p^為常數(shù)的條件下使斜率達(dá)到最大，使用拉格朗日乘數(shù)因子， 得到而J《din6=0"v w /為了使f最大，如果或者則應(yīng)該在i ,中包含:c。din a(X)0=0>—義="這樣Neyman-Pearson檢測器就可在^ 0的情形下近似于; 0)〉"或者通過定義^/ = ^ 并且把鏈?zhǔn)揭?guī)則應(yīng)用在上式的估計(jì)當(dāng)中，則可以得到上面規(guī) 則的一個非常有用的實(shí)現(xiàn)。這就給出了 [參見S. A. Kaasam, 5Y卵a(bǔ)7 o^ect/o" i7 "o/j—fei/ssia" "oz.se, Springer-Verlag, New York, 1988.]其中<formula>formula see original document page 8</formula>這樣這個檢測器就是相關(guān)器的輸出，相關(guān)器的輸入就是觀測序列經(jīng)過一個非 線性函數(shù)轉(zhuǎn)換后的形式。具體到在擴(kuò)頻系統(tǒng)接收機(jī)中，首先，由擴(kuò)頻接收機(jī)接收到的信號可以寫成其中，KO為調(diào)制信號，WO有用數(shù)據(jù)信息，w(/)是包含潛在干擾的高斯白噪聲，P在
均勻分布。相應(yīng)的這里的檢測問題就是來判斷是 z(O = 6>) + w")還是z(O = vv")。提取出基帶信號的兩正交分量，對兩個支路義,，l;分別來應(yīng)用上面的最優(yōu)檢測 理論得出的非線性函數(shù)g",x)，即乂朋^肌將此非線性函數(shù)應(yīng)用于典型檢測回路的結(jié)構(gòu)如圖1所示這樣的結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用起來仍有困難，因?yàn)楸仨氁瑫r知道兩支路的聯(lián)合噪聲 分布函數(shù)厶"。為了將其實(shí)用化，本發(fā)明的幅值域信號處理方法根據(jù)輸入信號的統(tǒng)計(jì)判決理論對接收信號幅值(強(qiáng)干擾信號和有用信號的混合信號)進(jìn)行一個非 線性優(yōu)化處理來提高跟蹤環(huán)路輸入信號信噪比。本發(fā)明所采用的幅值域信號處理 的主要就是將這個的最優(yōu)檢測函數(shù)的應(yīng)用從笛卡爾坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到極坐標(biāo)系，這樣 就只需要對信號幅值i 作這個非線性處理而不是原來的兩個支路，大大簡化了運(yùn) 算和應(yīng)用復(fù)雜度，應(yīng)用這個思想的檢測回路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。 其具體步驟如下1、從射頻到基帶轉(zhuǎn)換后的輸入信號S(O被解析成兩正交支路，經(jīng)過低通濾波器濾掉高頻分量之后為;c,(,)， y,(。。2、 然后再將迪卡爾坐標(biāo)形式的A(,)， 乂G)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)的幅值及和相角e形式，并對幅值應(yīng)用自適應(yīng)非線性函數(shù)，可由/ = 20,力這樣原來的非線性函數(shù)的形式就相應(yīng)的變成了洲=一:^=斗巡)3、 再將經(jīng)過非線性處理后的極坐標(biāo)形式信號轉(zhuǎn)換回迪卡爾坐標(biāo)系，經(jīng)過積 分器和平方之后與設(shè)定的檢測門限進(jìn)行比較來判定哪一種假設(shè)成立。幅值域?yàn)V波器是應(yīng)用在輸入信號上的串行信號處理類型，通過基于滑動的連 續(xù)輸入的某個定長采樣輸入點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)估計(jì)量來決定輸入采樣信號的PDF，并對它進(jìn)行一系列的數(shù)學(xué)運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)連續(xù)的非線性函數(shù)g(0.如圖3所示首先，對PDF的估計(jì)可由統(tǒng)計(jì)來獲得，由統(tǒng)計(jì)得到的柱狀圖是很不規(guī)則不能 用的，需要對它進(jìn)行適當(dāng)?shù)臑V波和平滑處理。因?yàn)橛锌赡艹霈F(xiàn)除零的情況，為了避免這個問題，可以將原數(shù)據(jù)進(jìn)行分層遷 移，來遠(yuǎn)離零點(diǎn)，這個并不影響輸出信號。將計(jì)算得到的非線性函數(shù)存在查找表中，并以輸入采樣的地址來查詢以得到輸出信號，這些新的輸出信號就是經(jīng)過幅值域?yàn)V波得到的信號。此方法主要將原來需要的對兩正交之路采樣信號的聯(lián)合PDF估計(jì)，轉(zhuǎn)換到了 極坐標(biāo)，只對幅值域進(jìn)行估計(jì)處理，即將輸入信號幅值進(jìn)行非線性處理，而相位 進(jìn)行延遲，以和非線性函數(shù)g(O進(jìn)行同步，這個處理過程由PDF的估計(jì)，以及緊接著的非線性函數(shù)的求導(dǎo)組成，來給每個輸入采樣值重新賦給一個加權(quán)函數(shù)，然 后再和這些存儲的相位信息一起再轉(zhuǎn)換回正交坐標(biāo)系，來進(jìn)行最后的相關(guān)和檢 測。這個非線性函數(shù)的主要作用就是實(shí)時的消除非高斯干擾來提高性噪比的。
權(quán)利要求
1. 一種基于幅值域信號處理的擴(kuò)頻系統(tǒng)非高斯干擾抑制方法，其特征是將進(jìn)行濾波處理的由采樣值估算出來的自適應(yīng)非線性函數(shù)，從兩正交支路的聯(lián)合估計(jì)計(jì)算，轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)單幅值估計(jì)計(jì)算。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于幅值域信號處理的擴(kuò)頻系統(tǒng)非高斯干擾抑制方法，其特征是對估計(jì)得到的初始PDF使用FIR濾波器濾波，進(jìn)行平滑處理。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于幅值域信號處理的擴(kuò)頻系統(tǒng)非高斯干擾抑制方法，其特征是其具體步驟為(l)從射頻到基帶轉(zhuǎn)換后的輸入信號<0被解析成兩正交支路，經(jīng)過低通濾波器濾掉高頻分量之后為、G)、(2)然后再將迪卡爾坐標(biāo)形式的x, G) 、 y, (0轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)的幅值/ 和相角^ 形式，并對幅值應(yīng)用自適應(yīng)非線性函數(shù)，由這樣原來的非線性函數(shù)的形式就相應(yīng)的變成.(3)再將經(jīng)過非線性處理后的極坐標(biāo)形式信號轉(zhuǎn)換回迪卡爾坐標(biāo)系，經(jīng)過積 分器和平方之后與設(shè)定的檢測門限進(jìn)行比較來判定哪一種假設(shè)成立。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種基于幅值域信號處理的擴(kuò)頻系統(tǒng)非高斯干擾抑制方法。將進(jìn)行濾波處理的由采樣值估算出來的自適應(yīng)非線性函數(shù)，從兩正交支路的聯(lián)合估計(jì)計(jì)算，轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)單幅值估計(jì)計(jì)算。對估計(jì)得到的初始PDF使用FIR濾波器濾波，進(jìn)行平滑處理。本發(fā)明所采用的幅值域信號處理的主要就是將這個的最優(yōu)檢測函數(shù)的應(yīng)用從笛卡爾坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到極坐標(biāo)系，這樣就只需要對信號幅值R作這個非線性處理而不是原來的兩個支路，大大簡化了運(yùn)算和應(yīng)用復(fù)雜度。
文檔編號H04B1/707GK101267227SQ20081006437
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者楓 孫, 張清波, 徐定杰, 鋒 沈, 偉 王, 冰 薛, 趙丕杰, 郝燕玲, 韋金辰, 平 黃 申請人:哈爾濱工程大學(xué)