专利名称：基于北斗一代卫星信号接收的干扰抑制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号的干扰抑制方法，具体地说是涉及北斗一代卫星信号的干扰抑制 方法。
背景技术：
北斗一代卫星导航系统属于卫星无线电测定业务(RDSS)，其卫星空对地信号工作 在S频段(2483. 5MHz 2500MHz)，采用直接序列扩频(DS-SS)技术。而2. 4G ISM为全球 通用的免许可频段，该频段存在Wi-Fi、蓝牙和ZigBee等多种无线通信标准，相关干扰源繁 杂，对于北斗信号的捕获、跟踪存在严重影响。因此，需要对接收的信号进行干扰抑制处理， 通常采用自适应天线技术，射频带外滤波技术、窄带干扰抑制技术，码辅助技术等。其中窄带干扰抑制技术又可分为时域处理技术和变化域处理技术。时域技术主要是预测滤波算法，利用宽带信号和窄带干扰相关性的差异预测估计 窄带干扰。该技术存在迭代收敛问题，适合抑制慢变干扰，而北斗信号接收环境中的干扰多 为动态干扰。变换域技术是利用数学变换，将信号变换到其他域，利用信号和干扰在该域的差 别来实现干扰抑制。其中频域技术实现流程简单，适合的干扰类型广泛，另一方面，该技术 存在频谱泄露问题，而相应的加窗处理虽可以减少泄露，但又需考虑重构条件及计算量大 等问题。目前常见的窄带干扰抑制方法，多是基于移动通信领域的应用而设计，如3G基站 设备。此类通信系统相关的软硬件技术成熟，有专用的处理器可以实现复杂算法，即可以通 过使用高端的处理器保证干扰抑制算法的性能，相对的对于算法的复杂度和运算量不是特 别敏感。北斗一代卫星的静态应用设备，对信号接收部分电路的体积、功耗，以及信号处理 的实时性有严格要求，而目前北斗专用芯片的发展仍处于起步阶段，其功能、性能还无法满 足工程应用需要。绝大多数的北斗产品，还是选择通用的低端处理器芯片。因此需要设计 一种适合北斗应用的干扰抑制方法和装置，使其在保证功能、性能的前提下，尽可能的优化 处理流程和简化运算复杂度，降低运算量，满足工程应用需求。
发明内容
本发明针对北斗一代卫星的单向静态应用，提供一种简单有效地提高接收性能、 保障应用安全性与可靠性的北斗一代信号接收干扰抑制方法，并提供采用这种干扰抑制方 法的北斗一代信号接收装置。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案本发明中，一种基于北斗一代卫星信号接收的干扰抑制方法，包括以下步骤①接收N· (1-θ )个北斗数字中频数据，同时缓存前Ν· θ个采样点数据，其中， N为FFT、IFFT变换长度，θ为重叠比例；
②选择窗长为N的窗函数；对接收到的N · (1- θ )个北斗数字中频数据和前N · θ 个采样点数据按照时间先后顺序组合为N个待分析数据，将N个待分析数据与N个窗函数 系数依次相乘；③对加窗处理后的N个数据进行FFT变换，并对经FFT变换后的N个频点的实部 数据和虚部数据进行存储；④计算经FFT变换后各个频点的模值；⑤根据无干扰环境下的模值均值和本批数据的模值计算门限值，从而可得到干扰 频点位置；⑥计算干扰频点对应的衰减系数；⑦根据计算所得的干扰频点位置和衰减系数对其实部和虚部进行衰减；⑧对干扰抑制后的频域信号作IFFT变换，转换为时域信号。在步骤①中，重叠比例θ为25% 50%，变换长度N取2的整数次方，且N的取 值范围为256 1204。在步骤②中，窗函数为布莱克曼窗。 在步骤④中，各个频点的模值!·为r = V max(|4H)+7min(ja|刺)，其中a
为频点的实部数据，b为频点的虚部数据。
+ ε
N
Nf 在步骤⑤中，门限值Ti为Τ, :Τ_ +ε^ym，其中Tmin是无干扰时N个频点的幅
F W=I a
ik
值均值，Nf为N个频点中幅值小于上次门限IV1的频点数，rm为小于门限值IV1的频点m的 幅值，ε为门限控制因子。
在步骤⑥中，衰减系数aik为 '1，0 < rtk < Ti
1/4， T1 < r, < 4T, 1/16, AT <r, <16T
'Λ …'k …，其中rik为第i次频谱分析时频点k的模值，Ti 1/64, 16T < rik < 64Tt
1/256, 647； < r,k < 2567；
1/1024, 2567；. < r,k
为门限值。本发明中，一种采用上述干扰抑制方法的北斗一代卫星信号接收装置，它包括射频单元，它接收北斗卫星信号，经过滤波、低噪声放大和下变频得到北斗模拟中 频信号；ADC单元，其与射频单元相连接，所述的ADC单元将北斗模拟中频信号转化为北斗
数字中频信号；干扰抑制单元，其与ADC单元相连接，采用如权利要求1中的干扰抑制方法对扩频 窄带干扰和单频干扰进行抑制；通道接收单元，其与干扰抑制单元相连接，实时处理经过干扰抑制的北斗数字中 频信号，实现信号跟踪、捕获、解调、帧同步及解调处理，输出各通道对应的卫星信息；卫星信息处理单元，其与通道接收单元相连接，它接收卫星信息进行定时/定位解算，提供时频信号/定位信息和装置的状态信息；时钟单元，其均与射频单元、ADC单元、干扰抑制单元、通道接收单元和卫星信息处 理单元相连接。在射频单元中，采用二次下变频得到北斗模拟中频信号。上述的ADC单元位宽为IObit 14bit。上述的ADC采用欠采样方式，其采样时钟频率大于北斗信号带宽的2倍；且ADC单 元输入的中频信号的载频至少为码时钟的3倍。采用上述技术方案的本发明，充分利用北斗中频信号功率稳定特征，取无干扰谱 线进行门限自适应调整。当干扰带宽或者干扰功率突然增大时，传统门限计算方法容易造 成干扰误判。该门限设置方法能够适应干扰动态变化环境，有效防止误判发生，能够充分抑 制干扰而不降低信噪比。本发明中的衰减模块兼顾信号完好性和算法简洁性，利用6个衰减系数实现干扰 抑制。通过比较干扰强度可快速得到相应衰减系数，且衰减系数取值为2的负整数次幂，移 位后即可完成衰减。整体而言，本发明，结构简单，集成度高，实时性好、复杂度低、资源消耗少，便于实 现和优化。仿真结果表明，该干扰抑制装置能够有效抑制频点和能量动态变化的多个窄带 扩频及单音干扰，增强了北斗接收机的抗干扰能力。
图1为本发明中北斗信号接收装置的结构框图；图2为图1中干扰抑制单元的结构框图；图3为本发明中干扰抑制方法的流程图；图4为无干扰时信号频谱图；图5为加入窄带扩频干扰后信号频谱图；图6为采用本发明干扰抑制方法后的信号频谱图。
具体实施例方式DSSS扩频调制本身具有一定的抗干扰能力，通常影响北斗接收装置工作的窄带干 扰信号其功率明显高于北斗信号。由于采用自动增益控制，北斗中频功率稳定，分析中频信 号频谱可以明显识别干扰信号和有用信号。实际操作中可采用无干扰信号频谱幅值作为干 扰判断依据，如频谱中值、均值等。基于北斗一代信号功率稳定的特征，本发明提供了一种 简洁高效的自适应门限计算方法，结合无干扰时频谱均值及实施更新的门限均值进行门限 进行动态调整。具体地说如图2、图3所示，本发明中，基于北斗一代卫星信号接收的干扰抑制方法，包括以 下步骤①在采样数据存储模块中，干扰抑制单元实时接收ADC单元输出的Ν· (l-θ)个 北斗数字中频数据，同时缓存前Ν· θ个采样点数据，其中，N为FFT、IFFT变换长度，N的选 取需综合考虑频率分辨率、FFT快速计算及硬件资源等因素，通常N取2的整数次方，例如 N = 256，512，10M等等。θ为重叠比例，θ越高，信号完整性越好，但同时计算量也急剧上升，当取θ = 50%时，整体性能最优。另外，重叠比例θ还可以取12. 5%、25%、30%、 40%、45%、50% 等等。②分析信号频谱需对采样后信号进行截短处理，而截短不可避免带来频谱泄露效 应，容易造成干扰误判。为防止频谱泄露，在时频变换前进行加窗处理。在加窗处理时，首先 选择窗长为N的窗函数，且在窗函数系数存储模块中存放窗函数系数，需要说明的是，窗长 与FFT点数N —致，且窗函数类型及窗长一旦选取即不再改变。然后，对接收到的N · (1- θ ) 个北斗数字中频数据和前Ν· θ个采样点数据按照时间先后顺序组合为N个待分析数据， 将N个待分析数据与N个窗函数系数依次相乘，这样加入的数据重叠单元能改善干扰抑制 后信号的质量，从而保证了时频逆变换后信号的完整性。本发明中的加窗处理主要用于抑制FFT变换引起的频谱泄露，增加主副瓣比。因 此，窗函数的选择需综合考虑旁瓣泄露及数据失真两方面的因素折中选择。由于布莱克曼 窗的频率识别精度低，且幅度识别精度高，所以本发明中以采用布莱克曼窗为最佳实施方 式，另外还可以采用汉宁窗、海明窗、凯赛窗、三角窗等等。③对加窗处理后的N个数据进行FFT变换，在FFT变换的过程中，为提高运算速 度，可以采用蝶形算法实现快速运算。然后对经FFT变换后的N个频点的实部数据和虚部 数据进行存储，供干扰抑制模块使用。上述的FFT变换、蝶形算法均为本领域普通技术人员 所熟知的技术。④计算经FFT变换后各个频点的模值。该模值r的计算可采用公式 r = VTT^t。但是为了降低资源消耗及计算复杂度，本发明中可以采用如下近似计算
r = ^ja2+b2 maX()4H)+|mi4#|)，其中，a为频点的实部数据，b为频点的虚部数据。该
近似计算方法的模值有平均0. 6 %的误差，在实部、虚部绝对值相等时误差最大，仅为真实 值的88. 4%。但是考虑到实际环境中干信比通常20dB以上，因此，采用近似计算不会对干 扰判断造成影响。需要说明的是，此步骤可与存储FFT变换后的N个频点的实部数据和虚部数据同 时进行。⑤根据无干扰环境下的模值均值和本批数据的模值计算门限值，作为本次干扰检 测的门限，将各个频点的模值与门限比较，从而可以得到干扰频点位置。本发明采用一种自
适应门限设定方法，厂二“H
W I: //7 = 1其中，Tmin是无干扰时N点幅值均值，Nf为N个频点中幅值小于上次门限IV1的频 点数，rm某个小于Ti的频点m的幅值，ε为门限控制因子，需根据干扰幅值进行微调，一般 取0.01左右。⑥衰减系数计算模块，用于检测受到窄带干扰影响的频点和干扰强度，计算干扰 频点对应的衰减系数。为了降低运算量，以及便于后端干扰抑制模块的运算，本发明采用了 一种基于数据移位思想的衰减系数法，是一种近似的干扰嵌位法，公式如下
权利要求
1.一种基于北斗一代卫星信号接收的干扰抑制方法，其特征在于它包括以下步骤①接收N·(1-θ )个北斗数字中频数据，同时缓存前Ν· θ个采样点数据，其中，N为 FFT、IFFT变换长度，θ为重叠比例；②选择窗长为N的窗函数；对接收到的N·(1-θ )个北斗数字中频数据和前Ν· θ个 采样点数据按照时间先后顺序组合为N个待分析数据，将N个待分析数据与N个窗函数系 数依次相乘；③对加窗处理后的N个数据进行FFT变换，并对经FFT变换后的N个频点的实部数据 和虚部数据进行存储；④计算经FFT变换后各个频点的模值；⑤根据无干扰环境下的模值均值和本批数据的模值计算门限值，从而可得到干扰频点 位置；⑥计算干扰频点对应的衰减系数；⑦根据计算所得的干扰频点位置和衰减系数对其实部和虚部进行衰减；⑧对干扰抑制后的频域信号作IFFT变换，转换为时域信号。
2.根据权利要求1所述的基于北斗一代卫星信号接收的干扰抑制方法，其特征在于 在所述的步骤①中，重叠比例θ为25% 50%，变换长度N取2的整数次方，且N的取值 范围为256 1204。
3.根据权利要求1所述的基于北斗一代卫星信号接收的干扰抑制方法，其特征在于 在所述的步骤②中，窗函数为布莱克曼窗。
4.根据权利要求1所述的基于北斗一代卫星信号接收的干扰抑制方法，其特征在于在所述的步骤④中，各个频点的模值r为riW =maX(|4K)+去minHH)，其中a为频点的实部数据，b为频点的虚部数据。
5.根据权利要求1所述的基于北斗一代卫星信号接收的干扰抑制方法，其特征在于在所述的步骤⑤中，门限值Ti为T1 = Tmm “H，其中Tmin是无干扰时N个频点的幅值m = \均值，Nf为N个频点中幅值小于上次门限IV1的频点数，rm为小于门限值IV1的频点m的幅 值，ε为门限控制因子。
6.根据权利要求1所述的基于北斗一代卫星信号接收的干扰抑制方法，其特征在于'1,0 < rik < Ti1/4, W 471/16, 4 W 167；在所述的步骤⑥中，衰减系数知为 = I1^1 KT …，其中rik为第i次频1/64, 167^ < rik < 6AT,1/256， 647； < r,k < 256^1/1024, 2567； <rik谱分析时频点k的模值，Ti为门限值。
7.一种采用如权利要求1所述干扰抑制方法的北斗一代卫星信号接收装置，其特征在 于，它包括射频单元，它接收北斗卫星信号，经过滤波、低噪声放大和下变频得到北斗模拟中频信号；ADC单元，其与射频单元相连接，所述的ADC单元将北斗模拟中频信号转化为北斗数字 中频信号；干扰抑制单元，其与ADC单元相连接，采用如权利要求1中的干扰抑制方法对扩频窄带 干扰和单频干扰进行抑制；通道接收单元，其与干扰抑制单元相连接，实时处理经过干扰抑制的北斗数字中频信 号，实现信号跟踪、捕获、解调、帧同步及解调处理，输出各通道对应的卫星信息；卫星信息处理单元，其与通道接收单元相连接，它接收卫星信息进行定时/定位解算， 提供时频信号/定位信息和装置的状态信息；时钟单元，其均与射频单元、ADC单元、干扰抑制单元、通道接收单元和卫星信息处理单 元相连接。
8.根据权利要求7所述的北斗一代卫星信号接收装置，其特征在于在所述的射频单 元中，采用二次下变频得到北斗模拟中频信号。
9.根据权利要求7所述的北斗一代卫星信号接收装置，其特征在于所述的ADC单元 位宽为IObit 14bit。
10.根据权利要求9所述的北斗一代卫星信号接收装置，其特征在于所述的ADC采用 欠采样方式，其采样时钟频率大于北斗信号带宽的2倍；且ADC单元输入的中频信号的载频 至少为码时钟的3倍。
全文摘要
一种基于北斗一代卫星信号接收的干扰抑制方法，步骤①接收N·(1-θ)个北斗数字中频数据，缓存前N·θ个采样点数据；②选择窗长为N的窗函数；对接收到的N·(1-θ)个北斗数字中频数据和前N·θ个采样点数据按照时间先后顺序组合为N个待分析数据，将N个待分析数据与N个窗函数系数依次相乘；③对加窗处理后的N个数据进行FFT变换，并对经FFT变换后的N个频点的实部数据和虚部数据进行存储；④计算经FFT变换后各个频点的模值；⑤根据无干扰环境下的模值均值和本批数据的模值计算门限值；⑥计算干扰频点对应的衰减系数；⑦根据计算所得的干扰频点位置和衰减系数进行衰减；⑧对干扰抑制后的频域信号作IFFT变换。
文档编号G01S19/21GK102121991SQ201010030130
公开日2011年7月13日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者吴淑琴, 孙进卿, 张筱南, 贾小波, 陈煜聪 申请人:郑州威科姆科技股份有限公司