一种阈值处理和空频自适应算法结合的导航抗干扰算法
【技术领域】
[0001] 本发明属于卫星导航通信领域，特别涉及卫星导航系统中抗干扰算法的优化，具 体的讲是将信号用FFT变换到频域，首先在频域用一种门限算法进行预处理，然后用一种 两路数据加窗重叠的结构实现空频抗干扰算法。
【背景技术】
[0002] 人类进入信息社会后，对地理信息的需求非常普遍。卫星定位系统已成为继通信、 互联网之后的第三个IT新增长点，全球卫星定位技术（GPS)的应用也日益广泛。"全球定 位系统"（GPS)在民用以及军用领域都发挥了重要作用，其应用范围还在不断扩展中。
[0003] 导航卫星通常被设计成发射功率仅有几毫瓦的弱信号卫星，这对于卫星降低造价 和延长使用寿命是需要的。但由于卫星信号弱，所以非常容易受到干扰。除了在战争中可 能面对敌方专门的干扰机的故意干扰，一些频率较高的电视台、航空卫星通信和机动卫星 系统终端都可能削弱导航卫星信号，而且自然界所发生的一些现象也会引起信号干扰。
[0004] -旦卫星信号被干扰就可能中断其使用，使定位误差增大甚至完全无法实现导航 功能。目前，社会生活甚至战争对导航技术的依赖越来越大，导航接收机抗干扰性能的要求 也越来越高，专门针对导航接收机的抗干扰技术的研宄就具有了现实意义。
[0005] 目前针对导航抗干扰采取的主要方法是空时自适应信号处理（STAP，Space Time Adaptive Processing)的办法，该方法是在空域滤波器的基础上在每个阵元后面增加时域 抽头。不同阵元的相同延迟节点构成的空域滤波器可以对不同来向的空间干扰形成分辨能 力，对于每个天线阵元来说，增加的延时抽头数可构成时域滤波器，可对不同频率的干扰源 形成分辨能力。STAP算法由于增加了时域自由度，相比单纯的空域滤波性能有了明显的提 高，然而其计算复杂度也相应增加。对于M个阵元P个延迟节点的STAP，往往要进行MP XMP 维的矩阵处理，运算量过大。
[0006] 因此，另外一种算法空频自适应信号处理（SFAP，Space Frequency Adaptive Processing)(如图1所示）成为了导航抗干扰领域开始研宄的算法。
[0007] SFAP算法首先是将每个阵元的输入数据截取K段，对每段数据进行J点的FFT (快 速傅里叶变换）运算，获得每个阵元分别在J个频点的信息，最后得到K组窄带频率分量， 每组有J点数据。然后通过这K组数据分别在这J个频点中进行自适应滤波抑制干扰，最 后将滤波后的J个频点的值进行IFFT (快速傅里叶反变换），得到输出值。
[0008] 但是，FFT变换隐含了对输入数据进行周期延拓，截断后的输入信号进行周期延拓 后在截断的边沿处不是连续的，并且这种不连续非常突然，这样会造成很严重的频谱泄露， 从而影响其它频点的频谱估计。如果直接对原始输入信号进行FFT运算，相当于给原始输 入信号加了一个矩形窗，矩形窗的第一旁瓣电平仅仅比主瓣电平低13. 46dB，而一般干扰信 号功率比导航信号功率要高几十dB，它的旁瓣电平比导航信号电平大很多，严重影响了其 它频点的谱线值。所以，若要准确的估计每个频点的功率，就必须减少频谱泄露，通常的处 理方法是对输入信号进行加窗，使截断后的输入信号经过周期延拓后在边沿变得更平滑。
[0009] 设x(n)为输入信号，w(n)为窗函数，则加窗后的信号表达式为：
[0010] xw(n) = x(n)w(n) (1)
[0011] 通过对输入信号加窗处理后频谱泄漏的影响可以得到很好的改善，但是由于窗函 数的处理，输入信号会部分失真。
[0012] 为了在不增加阵元个数的情况下提高SFAP的性能，可以在SFAP处理之前对窄带 干扰进行滤除。由于SFAP需要先将信号变换到频域进行处理，所以在SFAP处理前先在频 域进行一次预处理成为一种选择。
[0013] 一般在频域进行干扰抑制的方法可以用门限处理算法，一般门限处理算法有归零 法和钳位法两种。其中归零法把幅值高于门限的谱线置零，而钳位法是将幅值高于门限的 谱线值降到门限值。归零抗干扰的信噪比损失会随着干扰信号的带宽增大而增大；为了在 抑制干扰的同时尽可能的保留有用信号，可以采用钳位处理法，其处理方法是将受到干扰 的谱线幅度降低并保留其相位特性。
[0014] 门限处理算法只对幅值大于门限的谱线进行处理，当输入信号无干扰存在时，不 会有幅值大于门限值的谱线，门限检测法不会对谱线进行任何处理直接输出，所以不会对 导航信号带来失真的影响。由于导航干扰信号相对导航信号是一种强干扰信号，所以选取 合适的门限值，经过门限处理后可以很好地滤除掉强的窄带干扰。
【发明内容】
[0015] 本发明提出了一种阈值处理和空频自适应算法结合的导航抗干扰算法，首先用门 限处理算法对信号进行预处理，然后用两路数据加窗重叠的方法进行空频自适应算法实 现。本发明很好地降低了频谱泄漏的影响，进一步提高了该算法抗干扰的性能。
[0016] 本发明采取的技术方案如下：
[0017] a.将每个阵元的输入信号进行分块处理作为第一路信号，即选取输入数据的连续 J个点作为一个数据块处理；将第一路信号的数据延迟半个数据块，延迟后的信号作为第 二路信号，然后进行与第一路相同的分块处理。
[0018] b.将a中的第一路和第二路信号分别进行加窗处理，即将第一路和第二路的输入 数据与窗函数相乘得到加窗后的输入数据。
[0019] c.将b中经过加窗处理后的信号进行FFT处理，即对每个数据块进行J个点的FFT 变换，得到输入数据在各个频点的信息。
[0020] d.将c中得到的信号进行门限处理，即可以根据归零法或者钳位法，选择剔除或 者削掉某一频点的值。
[0021] e.将d中处理之后的信号传入空频抗干扰模块在每个频点进行抗干扰处理，即在 每个频点通过自适应抗干扰算法得到权值，再将权值与输入信号相乘得到抗干扰后的每个 频点的输出。
[0022] f.将e中得到的每个频点的输出值按顺序排列后，作为一个数据块，传入IFFT模 块，得到时域的输出信号，即将每个数据块在每个频点的抗干扰后的输出值进行J个点的 IFFT，得到该数据块的时域输出值。
[0023]g.将f?中得到的第一路时域信号输出信号延迟半个数据块的时间，再将第一路时 域信号与第二路时域信号相加，得到最终的时域输出信号。
[0024] 本发明的有益效果是：通过对信号进行FFT处理后先进行门限处理，然后再进行 SFAP算法处理的方式，有效提高了系统抗干扰的效果。同时通过采取两路数据加窗重叠的 方法，在抑制频谱泄漏的同时，减少了