本公开涉及雷达及通信技术领域，具体而言，涉及一种频域抗干扰装置及方法。
背景技术：
随着无线电通信技术的发展，对频率资源的开发与利用越来越深入，固有频段的信号面临越来越多的干扰。以p波段雷达信号为例，雷达接收机在p波段内还可能接收到模拟电视、调频广播、数字广播电视、无线通信等非目标信号，且通常以连续波干扰、非同步干扰、有源干扰等各种形式阻碍雷达信号的正常接收，对雷达的检测精度造成很大影响。
现有p波段雷达的抗干扰方案多数是通过空域滤波、频域滤波以及时域干扰对消等来实现的，对于单阵元形式的雷达天线，无法进行空域滤波，则频域滤波成为抗干扰设计的主要方式，但是由于单阵元雷达接收到的回波信号中各种干扰信号的数量较多，当接收机中滤波通道的增益较高时容易造成通道饱和，进而导致信号的畸变或失真，对接收机的抗干扰性能产生较大影响。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现要素：
本公开的目的在于提供一种频域抗干扰装置及方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的频域滤波中滤波通道增益较高时易饱和的问题。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
根据本公开的一个方面，提供一种频域抗干扰装置，包括依次连接的预选滤波器、开关滤波组件、模数转换器及数字滤波器；其中，所述预选滤波器用于利用一预选通带对输入信号滤波；所述开关滤波组件包括第一开关通带、第二开关通带……及第n开关通带，所述第一开关通带、第二开关通带……及第n开关通带为所述预选通带中按照中心频率从低到高依次设置的子通带，n为大于1的自然数，所述开关滤波组件用于选择其中的一个开关通带进行滤波。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一开关通带、第二开关通带……及第n开关通带的频率范围相等，并且相邻的两个开关通带有重合的频率区域。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一开关通带的下截止频率为所述预选通带的下截止频率，所述第n开关通带的上截止频率为所述预选通带的上截止频率。
在本公开的一种示例性实施例中，所述装置还包括：信号分析模块，设置于所述预选滤波器与所述开关滤波组件之间，用于确定输入所述开关滤波组件的信号中噪声功率最小的目标频点，并根据所述目标频点选择所述开关滤波组件的开关通带。
在本公开的一种示例性实施例中，所述装置还包括：限幅器，设置于所述预选滤波器与所述信号分析模块之间。
在本公开的一种示例性实施例中，所述装置还包括：低噪音放大器，设置于所述限幅器与所述信号分析模块之间。
在本公开的一种示例性实施例中，所述装置还包括：补偿放大器，设置于所述开关滤波组件与所述模数转换器之间。
在本公开的一种示例性实施例中，所述装置还包括：末级滤波器，设置于所述补偿放大器与所述模数转换器之间。
在本公开的一种示例性实施例中，所述开关滤波组件包括n个lc滤波器。
根据本公开的一个方面，提供一种频域抗干扰方法，包括：利用预选滤波器的预选通带对输入信号滤波，获得第一输出信号；根据所述第一输出信号选择开关滤波组件中一开关通带为目标通带，并利用所述目标通带对所述第一输出信号滤波，获得第二输出信号；利用模数转换器将所述第二输出信号转换为数字输出信号；以及利用数字滤波器对所述数字输出信号滤波，获得目标输出信号。
本公开的示例性实施例具有以下有益效果：
根据本公开提供的频域抗干扰装置及方法，通过预选滤波器、开关滤波组件及数字滤波器的至少三级滤波组件以滤除输入信号中的干扰信号。其中，开关滤波组件设置中心频率依次升高的子通带，可对输入信号实现分频段滤波，能够减少输出到后段的干扰信号数量，改善滤波通道增益较高时通道易饱和的情况。另一方面，由于增设开关滤波组件，能够进一步抑制带外干扰，防止相邻频带的干扰信号折叠到目标通带内影响输出的信噪比，以及抑制后段模数转换采样的镜像频谱，提高整个装置的抗干扰性能。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
通过参照附图来详细描述其示例实施例，本公开的上述和其他特征及优点将变得更加明显。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1示出本公开示例性实施例中一种频域抗干扰装置的结构图；
图2示出本公开示例性实施例中一种预选通带及开关通带的示意图；
图3示出本公开示例性实施例中另一种频域抗干扰装置的结构图；
图4示出本公开示例性实施例中一种频域抗干扰方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。
在本公开的示例性实施例中，提供了一种频域抗干扰装置，可以应用于无线电信号的接收机中，并位于接收机中连接接收天线的前端，通过对接收到的无线电输入信号进行频域滤波，以滤除目标信号中的干扰信号，以便于接收机中的后续处理模块(例如解调器、数字处理机等)进一步解析出具体的定位信息、音频、图像等。其中，无线电信号可以是p波段雷达信号、广播信号、电视信号、远距离通信信号等，本示例性实施例的装置对于频率低于1000mhz的无线电信号有较好的适用性。如图1所示，该频域抗干扰装置可以包括依次设置并连接的预选滤波器、开关滤波组件、模数转换器及数字滤波器。
所述预选滤波器用于滤除输入信号中处于预选通带以外的干扰信号。
其中，输入信号为外部输入的初始信号，包含了目标信号与各种干扰信号，可以由图1所示的接收机天线获得。预选滤波器可以构成该频域抗干扰装置的第一级滤波组件，预选通带为预选滤波器的设定参数，可以是与目标信号频率匹配并允许其通过的滤波频段，对于p波段雷达，预选通带的带宽可以是20mhz～100mhz，例如预选通带可以为210mhz±20mhz；对于调频广播，预选通带的带宽可以是2mhz～40mhz等。预选滤波器可以通过预选通带对输出信号进行杂波抑制，对于雷达信号来说，云雨、鸟群、海浪、大气扰动或金属箔条等无用目标产生的干扰信号即为杂波，对接收机系统的影响较大。预选滤波器可以采用功率较大且插入损耗较小的腔体滤波器，也可以采用对带外信号有较好抑制效果的声表面波滤波器等。
所述开关滤波组件包括第一开关通带、第二开关通带……及第n开关通带，所述第一开关通带、第二开关通带……及第n开关通带为所述预选通带中按照中心频率从低到高依次设置的子通带，n为大于1的自然数，所述开关滤波组件用于选择其中的一个开关通带为目标通带，并滤除所述目标通带以外的干扰信号。
开关滤波组件可以构成该频域抗干扰装置的第二级滤波组件，通常可以由第一开关滤波器、第二开关滤波器……及第n开关滤波器组成，其滤波通带分别为第一开关通带、第二开关通带…及第n开关通带。该n个开关通带为预选通带的子通带，是指开关通带的频率范围包含于预选通带的频率范围之内。第一开关滤波器、第二开关滤波器等通常可以选用lc滤波器(无源滤波器)，适用于对高频信号滤波，通带内线性度及一致性好，矩形系数较高。在其他实施例中也可以选用rc滤波器(有源滤波器)，适用于对低频信号滤波，同时具有信号放大功能。子通带的带宽可以根据输入信号的频段特性设定，例如对于p波段雷达信号，可以将带宽设置为10mhz，对于调频广播信号，可以将带宽设置为0.5mhz等。
模数转换器可用于对雷达信号进行模数采样，以输出数字信号。对于p波段雷达信号，本示例性实施例中，模数转换器可以采用射频直接采样，其采样率较高，使得信号后续处理中可以通过数字正交解调、抽取滤波来获得于瞬时信号带宽相匹配的基带iq(同相/正交)信号。
数字滤波器可以构成该频域抗干扰装置的第三级滤波组件，用于对模数转换器输出的数字信号进行滤波，以进一步抑制带外干扰。
本示例性实施例中，通过包括预选滤波器、开关滤波组件、数字滤波器的至少三级滤波组件对输入信号滤波，以滤除其中的干扰信号。其中，开关滤波组件设置中心频率依次升高的子通带，可对输入信号实现分频段滤波，能够减少输出到后段的干扰信号数量，改善滤波通道增益较高时通道易饱和的情况。另一方面，由于增设开关滤波组件，能够进一步抑制带外干扰，防止相邻频带的干扰信号折叠到目标通带内影响输出的信噪比，以及抑制后段模数转换采样的镜像频谱，提高整个装置的抗干扰性能。再一方面，开关滤波组件可通过体积较小的lc滤波器或rc滤波器集成实现，有利于装置的小型化，并减小适用该装置的接收机的体积。
开关滤波组件中各开关通带的频率范围可以不同，以适用于频宽随频段变化的输入信号，例如可以设置靠近预选通带中心频率区域的开关通带较大的频率范围，靠近预选通带截止频率区域的开关通带较小的频率范围等。考虑到一些输入信号可能在各频段具有稳定的频宽，则各开关通带的频率范围也可以相同，在一示例性实施例中，开关滤波组件的第一开关通带、第二开关通带……及第n开关通带的频率范围相等，并且相邻的两个开关通带可以有重合的频率区域。进一步的，在一示例性实施例中，所述第一开关通带的下截止频率可以为所述预选通带的下截止频率，所述第n开关通带的上截止频率可以为所述预选通带的上截止频率。如图2所示，以预选通带为190mhz～230mhz为例，上下两侧的截止频率可能有1.5mhz左右的误差，以图中预选通带上下的虚线部分示出。可以将预选通带划分为5个开关通带，其频带可以分别为190mhz～200mhz，197mhz～207mhz，205mhz～215mhz，213mhz～223mhz以及220mhz～230mhz，即相邻两个开关通带有2～3mhz的频带交叠，有利于目标信号的中心频率落在两个开关通带之间时信号的通过，并且开关通带覆盖了预选通带的整个区域，有利于目标信号的中心频率落在预选通带近截止频率区域时信号的通过。在其他实施例中，当输入信号的频段及预选通带不同时，开关通带的划分情况也相应的不同，例如对于90mhz～92mhz的调频信号预选通带，各开关通带可以为90mhz～90.5mhz，90.4mhz～90.9mhz，90.8mhz～91.3mhz，91.2mhz～91.7mhz以及91.5mhz～92.0mhz，以实现对调频信号的分频段滤波。本实施例对于相邻开关通带之间重合的频率区域大小不做特别限定。
为了便于根据信号的受干扰情况自动切换开关滤波组件所选用的开关通带，在一示例性实施例中，该频域抗干扰装置还可以包括信号分析模块，设置于所述预选滤波器与所述开关滤波组件之间，可用于确定输入所述开关滤波组件的信号中噪声功率最小的工作频点，并根据所述工作频点选择所述开关滤波组件的开关通带。
信号分析模块的工作流程如下：在当前的cpi周期(计算机指令执行周期)内，接收从预选滤波器输出的第一输出信号，判断输入信号的目标频点f0是否受到干扰，若未受到干扰，则当前cpi周期内f0为开关滤波组件的工作频点，根据f0确定开关通带。若判断f0受到干扰，对所有频点进行干扰噪声功率排序，选出噪声功率最小的f1频点，确定为当前cpi周期内的目标频点，并根据f1切换开关滤波组件的开关通带。下一个cpi周期内，在干扰噪声功率排序后，若f0频点不再受到干扰，则工作频点回到f0，并切换开关通带；反之，则判断f1频点是否受到干扰，若f1频点未被干扰，则仍以f1频点为工作频点，若f1频点被干扰，则可以重新确定噪声功率最小的f2为工作频点，并切换开关通带。在选择开关通带时，可以使工作频点靠近位于该开关通带的中心频率，例如，若确定目标频点为200mhz，则可以选择开关滤波组件中的197mhz～207mhz开关通带工作，比190mhz～200mhz开关通带的通过性更好。以上分析第一输出信号及选择开关通带的过程可以通过信号分析模块中的软件实现。
当接收到的信号具有较高的功率时，可能造成滤波器的通道饱和，对于模数转换器，当信号超过满量程时可能导致失真，影响模数转换器的杂波抑制功能。因此，在一示例性实施例中，该频域抗干扰装置还可以包括限幅器，设置于所述预选滤波器与所述信号分析模块之间，用于限制预选滤波器输出的信号幅度，以保护后段的各级滤波组件。
在一示例性实施例中，该频域抗干扰装置还可以包括低噪音放大器，设置于所述限幅器与所述信号分析模块之间。低噪音放大器主要用于放大微弱信号，同时其自身的噪声系数较低，不会对系统造成太大的干扰。
在一示例性实施例中，该频域抗干扰装置还可以包括补偿放大器，设置于所述开关滤波组件与所述模数转换器之间。开关滤波组件输出的信号直接输入模数转换器时，其功率可能过低，影响模数转换器输出的信号强度与精度，因此可以通过补偿放大器
进一步的，为了减少模数转换器的输入信号中补偿放大器产生的噪声影响，在一示例性实施例中，该频域抗干扰装置还可以包括：末级滤波器，设置于所述放大器与所述模数转换器之间，可用于对补偿放大器输出的信号滤波，以降低噪声干扰，限制信号带宽，保证模数转换器的输出信号质量。
图3示出了本示例实施方式中包括以上各组件的频域抗干扰装置的结构，该装置包括预选滤波器、开关滤波组件、末级滤波器以及数字滤波器的多级滤波组件结构。下面以应用于p波段雷达信号接收机中的频域抗干扰装置为例，对图3中的各组件进行示例性说明。在图3所示的频域抗干扰装置中，预选滤波器可以选用bp210-40-10cs型号的大功率腔体滤波器，其中心频率为210mhz，带宽为40mhz±1.5mhz，可以实现在±40mhz带宽内抑制30db，其插入损耗为0.35db。限幅器可以选用rf限幅器，插入损耗为0.5db。低噪音放大器可以选用hmc616lp3e型号，其在190mhz～230mhz范围内的增益为23db，噪声系数为0.5db。开关滤波组件可以选用lc滤波器，各开关通带分别为190mhz～200mhz，197mhz～207mhz，205mhz～215mhz，213mhz～223mhz，220mhz～230mhz，可满足偏离中心频率±20mhz处的抑制达到-60db，插入损耗为1.5db。信号分析模块可以通过数字开关选择开关滤波组件中合适的开关通带。补偿放大器可以选用era-3sm，其增益为20db。末级滤波器可以选用lc带通滤波器，其插入损耗为1db。模数转换器可以选用adc16dv160芯片，由于采用射频直接采样，要求模数转换器的输入带宽至少为40mhz，其信噪比可达到76db，因此模数转换器的实际噪声系数为：
nf＝pfs(dbm)+174dbm–snr-10·lgb＝
10dbm+174dbm-76db-76db＝32db
其中，pfs(dbm)为模数转换器的满量程输入功率，b为输入带宽。
数字滤波器可以选用基于fpga(现场可编程门阵列)的多速率信号处理滤波器，可以采用一次21频点的下变频，抽取输出数据率为1.5msps，其类型可以为具有线性相位的fir(有限脉冲响应)低通滤波器，为了保证具有陡峭的截止特性，可以为近似的矩形滤波器，滤波器带宽为1.5mhz，滤波器阶数为448阶，滤波器衰减为80db。
根据以上各组件的具体参数，可计算该频域抗干扰装置的噪声系数：
其中，n1、n2……nn为各级的插入损耗，g1、g2……gn-1为各级的增益。可见，该频域抗干扰装置的噪声系数小于3db，可满足系统指标要求。
需要说明的是，以上频域抗干扰装置中各组件所选用的型号、参数等仅作为示例性说明，不是对本示例实施方式的具体限定，具备相同或相似功能的其他型号或参数的组件，同样属于本公开的保护范围。
在一示例性实施例中，补偿放大器的后端可以设置两极π型衰减器，以进一步改善末级输出功率；模数转换器的前端还可以设置rc低通滤波器，以进一步限制输入模数转换器的信号频率范围。
在本公开的示例性实施例中，还提供了一种频域抗干扰方法，可以应用于无线电信号的接收机中，对接收到的输入信号进行频域滤波，以获取干扰较小的目标输出信号，目标输出信号可被接收机中的后续模块(例如解调器、数字处理机等)解析为具体的定位、音频、图像等。其中，无线电信号可以是p波段雷达信号、广播信号、电视信号、远距离通信信号等，本示例性实施例的方法对于频率低于1000mhz的无线电信号有较好的适用性。如图所示，该频域抗干扰方法可以包括：步骤s410，利用预选滤波器滤除输入信号中处于预选通带以外的干扰信号，获得第一输出信号；步骤s420，根据所述第一输出信号选择开关滤波组件中一开关通带为目标通带，并利用所述开关滤波组件滤除所述第一输出信号中处于所述目标通带以外的干扰信号，获得第二输出信号；步骤s430，利用模数转换器将所述第二输出信号转换为数字输出信号；以及步骤s440，利用数字滤波器滤除所述数字输出信号中的干扰信号，获得目标输出信号。
其中，第一输出信号、第二输出信号为接收机中相应的各级滤波组件输出的信号，可以成为后段模块或组件的输入信号。数字输出信号为模数转换器输出的信号，可以成为后段数字滤波器的输入信号。开关通带为预选通带中的子通带，开关滤波组件可以具有多个可选的开关通带。在选择哪个开关通带作为目标通带时，可以依据第一输出信号的频率特性，也可以参考第一输出信号的噪声分析结果，还可以根据目标输出信号的解析结果对目标通带进行调整，本实施例对此不做特别限定。本实施例中方法的其他细节已经在装置部分的实施例中有详细说明，此处不再赘述。
需要说明的是，本公开中，用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”、“设置”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象数量的限制。
此外，附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。