專利名稱：二維自適應(yīng)濾波窄帶干擾抑制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于擴(kuò)頻通信領(lǐng)域，更具體的，涉及一種多輸入信號(hào)通道的多窄帶干擾抑制裝置。
背景技術(shù)：
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)為用戶提供定位導(dǎo)航服務(wù)，已廣泛應(yīng)用于消費(fèi)、交通、電力、國(guó)防等領(lǐng)域。GNSS包括美國(guó)的全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯的格魯納斯系統(tǒng)(GL0NASS)、歐盟的伽利略系統(tǒng)(Galileo)、中國(guó)的北斗系統(tǒng)(BD)以及其他一些增強(qiáng)系統(tǒng)。當(dāng)前的多模GNSS接收機(jī)(以下簡(jiǎn)稱接收機(jī))會(huì)同時(shí)接收多個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)來(lái)提高性能。不同系統(tǒng)的衛(wèi)星信號(hào)一般處于不同的頻率段，所以接收機(jī)會(huì)有多個(gè)輸入信號(hào)通道。地面接收到的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)強(qiáng)度在_130dBm左右，遠(yuǎn)在噪聲功率 之下。其他通信設(shè)備泄露到全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)頻段的干擾會(huì)嚴(yán)重降低接收機(jī)的性能，甚至導(dǎo)致接收機(jī)無(wú)法工作。其中最常見(jiàn)的干擾類型是連續(xù)波干擾(Continue WaveInterference),它屬于窄帶干擾。多個(gè)窄帶干擾隨機(jī)的分布在多個(gè)輸入信號(hào)通道中，窄帶干擾抑制裝置就需要同時(shí)在輸入信號(hào)通道和每個(gè)通道中抑制干擾數(shù)目?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行檢測(cè)。目前的窄帶干擾抑制技術(shù)主要列舉如下?；陬l率域的窄帶干擾抑制技術(shù)。需要使用快速傅里葉變換(FFT)及其逆變換(IFFT)，在頻率域內(nèi)消除窄帶干擾。如《用于窄帶干擾消除的接收機(jī)》，申請(qǐng)?zhí)?00580013652. 8?！稊U(kuò)頻接收機(jī)前端頻域?yàn)V波抗干擾裝置及其實(shí)現(xiàn)方法》，申請(qǐng)?zhí)?01010610524.4。缺點(diǎn)是由于使用FFT需要大量計(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，成本過(guò)大。自適應(yīng)FIR濾波器的窄帶干擾抑制技術(shù)。FIR濾波器+自適應(yīng)算法，即自適應(yīng)FIR濾波器?！赌芟瓗Ц蓴_的盲自適應(yīng)濾波裝置及其應(yīng)用》，申請(qǐng)?zhí)?01010199697. I。缺點(diǎn)是為了抑制多個(gè)干擾要較多的濾波器階數(shù)，自適應(yīng)算法計(jì)算量大，設(shè)計(jì)完成后即固定，不可根據(jù)干擾的個(gè)數(shù)自動(dòng)配置。檢測(cè)與消除裝置配合的窄帶干擾抑制技術(shù)。首先檢測(cè)窄帶干擾的頻率、相位、幅度等特點(diǎn)，然后使用參數(shù)可調(diào)的濾波器(陷波器)濾除干擾；或者產(chǎn)生參考本地信號(hào)與輸入信號(hào)相減完成窄帶干擾抑制?！侗３执嬖谡瓗Ц蓴_的寬帶系統(tǒng)的性能質(zhì)量》，申請(qǐng)?zhí)?0803299. 8。缺點(diǎn)是控制復(fù)雜，跟蹤信號(hào)變化能力弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種二維自適應(yīng)濾波窄帶干擾抑制裝置，多個(gè)二維自適應(yīng)IIR (無(wú)限沖擊響應(yīng))濾波器級(jí)聯(lián)，最終以最少的自適應(yīng)IIR濾波器數(shù)目實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)輸入信號(hào)通道多個(gè)窄帶干擾的抑制。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述二維自適應(yīng)濾波窄帶干擾抑制裝置，包括級(jí)聯(lián)的多個(gè)二維自適應(yīng)IIR濾波器模塊，所述二維自適應(yīng)IIR濾波器模塊包括依次連接的輸入選擇器、自適應(yīng)IIR濾波器、輸出選擇器；所述自適應(yīng)IIR濾波器包括IIR濾波器、檢測(cè)及自適應(yīng)算法模塊，IIR濾波器的信號(hào)輸入端和信號(hào)輸出端連接到檢測(cè)及自適應(yīng)算法模塊的輸入端，檢測(cè)及自適應(yīng)算法模塊的輸出端連接到IIR濾波器的權(quán)重系數(shù)輸入端；所述檢測(cè)及自適應(yīng)算法模塊包括檢測(cè)模塊和自適應(yīng)算法模塊，其中檢測(cè)模塊檢測(cè)輸入信號(hào)中是否存在窄帶干擾，自適應(yīng)算法模塊自動(dòng)計(jì)算和調(diào)整IIR濾波器的權(quán)重向量，直到IIR濾波器穩(wěn)定收斂，使IIR濾波器正確實(shí)現(xiàn)抑制窄帶干擾的功能。以所述二維自適應(yīng)IIR濾波器模塊為基本單元，通過(guò)多級(jí)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)二維平面，SP輸入維和級(jí)聯(lián)維的窄帶干擾抑制；假設(shè)M個(gè)輸入信號(hào)中隨機(jī)分布著N個(gè)窄帶干擾；在第一級(jí)，輸入選擇器首先將第I個(gè)通道的輸入信號(hào)接入自適應(yīng)IIR濾波器，檢測(cè)及自適應(yīng)算法模塊檢測(cè)是否存在窄帶干擾；若存在，則通過(guò)輸入選擇器和輸出選擇器將該級(jí)自適應(yīng)IIR濾波器分配給第I個(gè)通道，即第I個(gè)通道的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)自適應(yīng)IIR濾波器后輸出，同時(shí)設(shè)置其他通道的輸出選擇器直接輸出各自通道的輸入信號(hào)；若未檢測(cè)到窄帶干擾，則設(shè)置第I通道的輸出選擇器直接輸出該通道輸入信號(hào)；然后通過(guò)輸入選擇器將第2通道的輸入信 號(hào)接入自適應(yīng)IIR濾波器，重復(fù)以上操作；最后直到對(duì)M個(gè)通道都重復(fù)完成以上操作；當(dāng)?shù)贜+1級(jí)的自適應(yīng)IIR濾波器模塊依次檢測(cè)M個(gè)中頻數(shù)字信號(hào)通道都沒(méi)有檢測(cè)到窄帶干擾時(shí)，說(shuō)明M個(gè)輸入通道的N個(gè)窄帶干擾都已經(jīng)被抑制；從該N+1級(jí)開(kāi)始將M個(gè)中頻數(shù)字信號(hào)通道的信號(hào)直接輸出給接收機(jī)基帶進(jìn)行處理。所述IIR濾波器采用I階、2階、3階或更高階IIR濾波器結(jié)構(gòu)，階數(shù)越高，所能抑制的窄帶干擾數(shù)量也越多。所述IIR濾波器穩(wěn)定時(shí)，其傳遞函數(shù)表現(xiàn)為在干擾頻率處的細(xì)小阻帶，即陷波器。所述自適應(yīng)算法模塊可以使用最小均方LMS自適應(yīng)算法、最小二乘RLS自適應(yīng)算法或卡爾曼Kalman自適應(yīng)算法。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明是基于多級(jí)的級(jí)聯(lián)自適應(yīng)IIR濾波器技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)窄帶干擾抑制能力，同時(shí)由于輸入、輸出選擇器的使用，使各級(jí)自適應(yīng)IIR濾波器模塊可以在二維(通道維和級(jí)數(shù)維)平面自由分配。從而達(dá)到充分利用資源，以最少的自適應(yīng)IIR濾波器模塊實(shí)現(xiàn)多輸入通道多窄帶干擾的抑制。


圖I是具有窄帶干擾抑制的多模衛(wèi)星接收機(jī)接收處理信號(hào)示意圖。圖2是某一受窄帶干擾的中頻數(shù)字信號(hào)功率譜密度示意圖。圖3是自適應(yīng)IIR濾波器結(jié)構(gòu)圖。圖4是自適應(yīng)IIR濾波器效果示意圖。其中，圖4(a)是輸入信號(hào)功率譜密度；圖4(b)是經(jīng)過(guò)自適應(yīng)IIR濾波器后輸出信號(hào)的功率譜密度；圖4(c)是穩(wěn)定之后的IIR濾波器傳輸函數(shù)；圖4(d)是自適應(yīng)IIR濾波器的權(quán)重隨時(shí)間變化的曲線。圖5是級(jí)聯(lián)的一維自適應(yīng)IIR濾波器模塊結(jié)構(gòu)圖。圖6是級(jí)聯(lián)的二維自適應(yīng)IIR濾波器模塊結(jié)構(gòu)圖。圖7是級(jí)聯(lián)的二維自適應(yīng)IIR濾波器模塊輸出選擇器選擇使能示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖I是本發(fā)明實(shí)施例的具有窄帶干擾抑制的多模衛(wèi)星接收機(jī)接收處理信號(hào)示意圖。如圖I所示，不同類型的衛(wèi)星101a，101b，101c，分屬于不同類型的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(如GPS系統(tǒng)、GL0NASS系統(tǒng)、GaliIeo系統(tǒng)、北斗系統(tǒng)或其他全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))。這些衛(wèi)星信號(hào)與窄帶干擾信號(hào)102同時(shí)被寬帶天線103所接收并傳輸給具有窄帶干擾抑制的多模導(dǎo)航衛(wèi)星定位接收機(jī)104進(jìn)行處理。接收機(jī)104首先使用多個(gè)射頻或一個(gè)射頻的多個(gè)通道105(射頻通道的個(gè)數(shù)取決于接收機(jī)104所支持的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)種類數(shù)，此處以3個(gè)為例)分別對(duì)不同系統(tǒng)的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行放大、下變頻、采樣、量化等操作，產(chǎn)生多個(gè)中頻數(shù)字信號(hào)106a、106b、106c (每種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)占用一個(gè)通道)。傳統(tǒng)不具備窄帶干擾抑制能力的接收機(jī)直接將中頻數(shù)字信號(hào)106a、106b、106c傳輸給接收機(jī)基帶109進(jìn)行處理。本發(fā)明自適應(yīng)濾波的二維窄帶干擾抑制裝置107放置于射頻105與基帶109之間，對(duì)多個(gè)通道的中頻數(shù)字信號(hào)106a、106b、106c進(jìn)行檢測(cè)，識(shí)別出多個(gè)窄帶干擾并抑制。最后將窄帶干擾抑制后的信號(hào)108a、108b、108c輸出給多模導(dǎo)航衛(wèi)星定位接收機(jī)基帶109進(jìn)行捕獲、跟蹤、測(cè)量、解算，實(shí)現(xiàn)定位與導(dǎo)航功能，使接收機(jī)104具有抑制窄帶干擾的能力?！D2是本發(fā)明實(shí)施例的某一受窄帶干擾的中頻數(shù)字信號(hào)功率譜密度示意圖。未受窄帶干擾的中頻數(shù)字信號(hào)106a、106b、106c其功率譜密度201在帶寬范圍內(nèi)具有平坦的幅度值，當(dāng)有能量很大的窄帶干擾進(jìn)入時(shí)，就會(huì)在功率譜密度圖上產(chǎn)生窄小而幅度很大的峰202a、202b、202c。本發(fā)明使用多級(jí)級(jí)聯(lián)的二維自適應(yīng)IIR濾波器，對(duì)上述多通道多窄帶干擾峰202a、202b、202c進(jìn)行抑制。所述的二維自適應(yīng)濾波窄帶干擾抑制裝置包括多個(gè)級(jí)聯(lián)的二維自適應(yīng)IIR濾波器模塊，所述的二維自適應(yīng)IIR濾波器模塊包括依次連接的輸入選擇器、自適應(yīng)IIR濾波器、輸出選擇器。圖3是本發(fā)明實(shí)施例的自適應(yīng)IIR濾波器結(jié)構(gòu)圖。自適應(yīng)IIR濾波器301主要由兩部分組成=IIR濾波器302和檢測(cè)及自適應(yīng)算法模塊303。IIR濾波器302的信號(hào)輸入端和信號(hào)輸出端連接到檢測(cè)及自適應(yīng)算法模塊303的輸入端，檢測(cè)及自適應(yīng)算法模塊303的輸出端連接到IIR濾波器302的權(quán)重系數(shù)輸入端。IIR濾波器有兩種輸入，一種是信號(hào)，一種是濾波器權(quán)重系數(shù)，權(quán)重系數(shù)的輸入用來(lái)控制IIR濾波器。IIR濾波器模塊302可以使用I階或2階結(jié)構(gòu)，越高階的結(jié)構(gòu)，能抑制越多的窄帶干擾，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致控制復(fù)雜度上升，濾波器穩(wěn)定性變差。以2階IIR濾波器來(lái)說(shuō)明其工作原理。2階IIR濾波器的傳遞函數(shù)
,、I + b, z zI _ 2cos(^)z -J- z ~\Zj ——I_2 — 1 ~ , ,、—I 2 -2
XjT Q1lZ + CI1Z I— 2 a cos( (l))z + A Z(Ij可得關(guān)系式 b1=-2cos ( co )，b2=lax=-2 A cos ( co ), a2= A 2 (2)其中ai，a2，b1 b2表示IIR濾波器的權(quán)重系數(shù)，co表示窄帶干擾頻率，A是小于I的系數(shù)。
檢測(cè)及自適應(yīng)算法模塊303可以自適應(yīng)地計(jì)算和調(diào)整IIR濾波器模塊302的權(quán)重系數(shù)使其滿足(2)式，最終使IIR濾波器302實(shí)現(xiàn)抑制一個(gè)頻率為《的窄帶干擾的功能；同時(shí)根據(jù)IIR濾波器權(quán)重系數(shù)的收斂特點(diǎn)，可以判斷是否存在窄帶干擾，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)窄帶干擾的功能。自適應(yīng)算法模塊303可以使用最小均方(LMS)自適應(yīng)算法,最小二乘(RLS)自適應(yīng)算法，卡爾曼(Kalman)自適應(yīng)算法等，以最小均方(LMS)自適應(yīng)算法說(shuō)明其工作原理。首先定義的合成權(quán)向量可表達(dá)為濾波器權(quán)重系數(shù)的組合w(n) = [a0, a1； a2, b0, b1； b2]T (3)代價(jià)函數(shù)定義為誤差信號(hào)的瞬時(shí)功率，誤差信號(hào)定義為期望響應(yīng)與實(shí)際濾波器輸出之差e (n) =d (n) -y (n)
權(quán)利要求
1.二維自適應(yīng)濾波窄帶干擾抑制裝置，其特征是包括級(jí)聯(lián)的多個(gè)二維自適應(yīng)IIR濾波器模塊，所述二維自適應(yīng)IIR濾波器模塊包括依次連接的輸入選擇器、自適應(yīng)IIR濾波器(301)、輸出選擇器；所述自適應(yīng)IIR濾波器(301)包括IIR濾波器(302)、檢測(cè)及自適應(yīng)算法模塊(303)，IIR濾波器(302)的信號(hào)輸入端和信號(hào)輸出端連接到檢測(cè)及自適應(yīng)算法模塊(303)的輸入端，檢測(cè)及自適應(yīng)算法模塊(303)的輸出端連接到IIR濾波器(302)的權(quán)重系數(shù)輸入端；所述檢測(cè)及自適應(yīng)算法模塊(303)包括檢測(cè)模塊和自適應(yīng)算法模塊，其中檢測(cè)模塊檢測(cè)輸入信號(hào)中是否存在窄帶干擾，自適應(yīng)算法模塊自動(dòng)計(jì)算和調(diào)整IIR濾波器的權(quán)重向量，直到IIR濾波器穩(wěn)定收斂，使IIR濾波器正確實(shí)現(xiàn)抑制窄帶干擾的功能。
2.如權(quán)利要求I所述二維自適應(yīng)濾波窄帶干擾抑制裝置，其特征是，以所述二維自適應(yīng)IIR濾波器模塊為基本單元，通過(guò)多級(jí)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)二維平面，即輸入維和級(jí)聯(lián)維的窄帶干擾抑制；假設(shè)M個(gè)輸入信號(hào)中隨機(jī)分布著N個(gè)窄帶干擾；在第一級(jí)，輸入選擇器首先將第 I個(gè)通道的輸入信號(hào)接入自適應(yīng)IIR濾波器，檢測(cè)及自適應(yīng)算法模塊檢測(cè)是否存在窄帶干擾；若存在，則通過(guò)輸入選擇器和輸出選擇器將該級(jí)自適應(yīng)IIR濾波器分配給第I個(gè)通道， 即第I個(gè)通道的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)自適應(yīng)IIR濾波器后輸出，同時(shí)設(shè)置其他通道的輸出選擇器直接輸出各自通道的輸入信號(hào)；若未檢測(cè)到窄帶干擾，則設(shè)置第I通道的輸出選擇器直接輸出該通道輸入信號(hào)；然后通過(guò)輸入選擇器將第2通道的輸入信號(hào)接入自適應(yīng)IIR濾波器， 重復(fù)以上操作；最后直到對(duì)M個(gè)通道都重復(fù)完成以上操作；當(dāng)?shù)贜+1級(jí)的自適應(yīng)IIR濾波器模塊依次檢測(cè)M個(gè)中頻數(shù)字信號(hào)通道都沒(méi)有檢測(cè)到窄帶干擾時(shí)，說(shuō)明M個(gè)輸入通道的N個(gè)窄帶干擾都已經(jīng)被抑制；從該N+1級(jí)開(kāi)始將M個(gè)中頻數(shù)字信號(hào)通道的信號(hào)直接輸出給接收機(jī)基帶進(jìn)行處理。
3.如權(quán)利要求I所述二維自適應(yīng)濾波窄帶干擾抑制裝置，其特征是，所述IIR濾波器采用I階、2階、3階或更高階IIR濾波器結(jié)構(gòu)，階數(shù)越高，所能抑制的窄帶干擾數(shù)量也越多。
4.如權(quán)利要求I所述二維自適應(yīng)濾波窄帶干擾抑制裝置，其特征是，所述IIR濾波器穩(wěn)定時(shí)，其傳遞函數(shù)表現(xiàn)為在干擾頻率處的細(xì)小阻帶，即陷波器。
5.如權(quán)利要求I所述二維自適應(yīng)濾波窄帶干擾抑制裝置，其特征是，所述自適應(yīng)算法模塊使用最小均方LMS自適應(yīng)算法、最小二乘RLS自適應(yīng)算法或卡爾曼Kalman自適應(yīng)算法。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種二維自適應(yīng)濾波窄帶干擾抑制裝置，包括多級(jí)二維自適應(yīng)IIR濾波器。多個(gè)輸入通道中隨機(jī)分布多個(gè)窄帶干擾時(shí)，對(duì)于每一級(jí)二維自適應(yīng)IIR濾波器多路輸入信號(hào)通過(guò)輸入選擇器依次進(jìn)入該級(jí)自適應(yīng)IIR濾波器，若檢測(cè)模塊檢測(cè)到窄帶干擾，該通道的輸出選擇器將自適應(yīng)IIR濾波器的輸出作為該級(jí)的輸出；若不存在干擾，該通道的輸出選擇器將輸入信號(hào)仍作為該級(jí)的輸出。同時(shí)該級(jí)自適應(yīng)IIR濾波器自動(dòng)調(diào)權(quán)重向量，抑制一個(gè)或多個(gè)窄帶干擾。多級(jí)二維自適應(yīng)IIR濾波器級(jí)聯(lián)，可以在二維平面以最少的自適應(yīng)IIR濾波器模塊實(shí)現(xiàn)多輸入通道多窄帶干擾抑制。本發(fā)明可自動(dòng)識(shí)別并抑制多個(gè)輸入通道的多個(gè)窄帶干擾，實(shí)現(xiàn)二維的窄帶干擾抑制，組合靈活，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)H04B1/71GK102710284SQ201210193530
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者何文濤, 李尤, 翟昆朋, 藺曉龍, 金亮良 申請(qǐng)人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心