提高直擴跳頻混合擴頻系統頻域抗幹擾性能的方法
2023-12-05 11:28:01
專利名稱：提高直擴跳頻混合擴頻系統頻域抗幹擾性能的方法
技術領域：
本發明涉及一種主要用於航天測控、衛星導航接收系統的數字基帶設備，適用於直擴跳頻混合擴頻系統的抑制窄帶幹擾信號的方法。
背景技術：
現有技術DS/ra混合擴頻系統中存在兩個幹擾抑制的難題，第一個是直擴跳頻混合擴頻系統信號載波相位不連續，第二個難題是直擴跳頻混合擴頻系統對快速時變幹擾信號的幹擾抑制性能不佳。第一個問題產生的原因是直擴跳頻混合擴頻信號的載波頻率按照跳頻圖案不斷跳變，需要佔用更寬的射頻帶寬，而直擴跳頻混合擴頻信號接收系統的信道設備(上下變頻器、濾波器等)和無線傳播鏈路(主要是電離層)難以保證在寬帶條件下線形傳輸，導致直擴跳頻混合擴頻信號發生群時延畸變，群時延畸變使載波相位不再連續； 其次跳頻帶寬很寬的信號需要多個數字直接頻率合成器(DDQ共同產生，單個DDS獨立工作，只負責生成某部分頻段內的跳頻信號，多個DDS共同產生寬帶跳頻信號，不同DDS切換時就會導致載波相位不連續。當載波相位出現不連續時，按照現有任意位置加窗的頻域抗幹擾技術，如果被加窗的數據段包含了載波相位不連續數據，FFT變換(快速傅立葉變換) 子模塊做FFT變換後，頻域上會出現很多雜亂的線譜，這些線譜都要被幹擾抑制處理子模塊誤判成幹擾信號從而被抑制掉，導致信號信噪比降低，影響了抗幹擾的性能。第二個難題是DS/ra混合擴頻系統中幹擾信號的時變性，由於直擴跳頻混合擴頻信號載波頻率按照跳頻圖案不斷跳變，跳頻圖案中每個跳頻點頻率不同，導致混合擴頻信號在不同跳頻點處面臨的幹擾信號也不同，所以在時域上看幹擾信號是時變的，信號每發生一跳時幹擾信號就變化一次。按照現有的應用於直擴系統中的頻域抗幹擾算法，通過自適應濾波方法來求出幹擾信號的判定門限值，超過判定門限值的功率被認為是窄帶幹擾進行抑制，現有頻域抗幹擾算法中的自適應濾波器需要一定的收斂時間，當收斂時間大於跳頻圖案中單跳的駐留時間時，幹擾信號的判定門限值還沒正確求算出來時幹擾信號就已經發生改變，導致求出的幹擾信號判定門限值不正確，如果門限值偏小，則有一些信號被誤判成幹擾而被抑制掉，導致信噪比損失，如果門限值偏大，對幹擾信號又起不到抑制效果。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術在直擴跳頻混合擴頻系統中應用存在的不足之處， 提供一種通過跳頻跟蹤模塊輔助同步加窗模塊和合理選取窗函數大小，利用平均值法獲取門限，解決相位不連續影響抗幹擾性能，解決快速時變幹擾信號抑制性能差，提高直擴跳頻混合擴頻系統頻域抗幹擾性能的方法。本發明解決現有技術問題所採用的方案是一種提高直擴跳頻混合擴頻系統頻域抗幹擾性能的方法，其特徵在於包括如下步驟
首先由依次串聯在同一線路上的解跳模塊、帶通濾波器、頻域抗幹擾模塊、解調模塊、 解擴模塊、測距測速模塊，跨接並聯在解跳模塊、頻域抗幹擾模塊上的跳頻跟蹤模塊和跨接並聯在解調模塊、解擴模塊的載波和碼跟蹤模塊組成一個具有頻域抗幹擾功能的測距測速接收機，其次進一步地在上述頻域抗幹擾模塊中劃分與跳頻跟蹤模塊跳頻同步的加窗子模塊、FFT變換子模塊、幹擾抑制處理子模塊和IFFT變換子模塊，其中，跳頻跟蹤模塊輔助頻同步加窗子模塊對輸入信號進行加窗，跳頻跟蹤模塊產生的本地跳頻信號通過解跳模塊對輸入的直擴跳頻和混合擴頻中頻信號進行解跳，送入帶通濾波器濾波，再由頻域抗幹擾模塊抑制處理幹擾信號，抑制後的幹擾信號再經解調模塊和解擴模塊後送給測距測速模塊。本發明所述的跳頻跟蹤模塊輔助跳頻同步加窗子模塊對輸入信號進行加窗選取跳頻沿之後的一段數據進行加窗，避開窗函數加在載波相位不連續的數據段；加窗後的信號經FFT變換子模塊變換到頻域，再經幹擾抑制處理子模塊把FFT變換子模塊輸出的代表每個頻率點信號的N個能量數值進行求均值運算，均值再乘以一個係數θ得到門限值，把這N個能量值中大於門限值處的頻率點能量值抑制為零，對幹擾信號進行抑制處理後的信號通過IFFT變換子模塊重新變換到時域上，得到頻域抗幹擾模塊的輸出信號，把頻域抗幹擾模塊的輸出信號再經解調模塊和解擴模塊送給測距測速模塊提高頻域抗幹擾性能。本發明相比於現有技術具有如下有益效果
本發明利用跳頻同步模塊來輔助頻域抗幹擾模塊，選取跳頻沿之後的一段數據進行加窗，避開窗函數加在跨越了跳頻沿前後的一段數據，再結合合理選取窗函數的大小，選取窗函數大小的正整數倍為單跳駐留時間內採樣數據的個數，以徹底避開跨越相位不連續的數據段，解決了直擴跳頻混合擴頻系統中載波相位不連續造成頻域抗幹擾性能惡化的問題； 再通過利用平均值法得到幹擾門限值，實現對快速時變幹擾信號的有效抑制，提高了直擴跳頻混合擴頻系統中快速時變幹擾信號的抑制性能。本發明特別適用於直擴跳頻混合擴頻系統的窄帶幹擾信號的抑制。
下面結合附圖和實施例對本專利進一步說明。圖1是直擴跳頻混合擴頻系統具有頻域抗幹擾功能的接收機原理框圖。圖2是圖1中頻域抗幹擾模塊內部子模塊劃分原理框圖。
具體實施例方式參閱圖1。在以下描述的本發明最佳實施例中，用於直擴跳頻混合擴頻系統中的具有頻域抗幹擾功能的測距測速接收機，依次由串聯在同一線路上的解跳模塊、帶通濾波器、 頻域抗幹擾模塊、解調模塊、解擴模塊、測距測速模塊，跨接並聯在解跳模塊、頻域抗幹擾模塊上的跳頻跟蹤模塊和跨接並聯在解調模塊、解擴模塊的載波和碼跟蹤模塊，共八部分構成。其中，跳頻跟蹤模塊輔助頻同步加窗子模塊對輸入信號進行加窗，跳頻跟蹤模塊產生的本地跳頻信號通過解跳模塊對輸入的直擴跳頻和混合擴頻中頻信號進行解跳，送入帶通濾波器濾波，再由頻域抗幹擾模塊抑制處理幹擾信號，抑制後的幹擾信號再經解調模塊和解擴模塊後送給測距測速模塊。參閱圖2.圖2對圖1中的頻域抗幹擾模塊做了進一步的子模塊劃分，頻域抗幹擾模塊由同步加窗子模塊、FFT變換子模塊、幹擾抑制處理子模塊和IFFT變換子模塊組成，其中同步加窗子模塊由跳頻跟蹤模塊進行輔助。在混合擴頻接收機中，跳頻跟蹤模塊產生與輸入信號同步跳頻的本地跳頻信號， 產生的本地跳頻信號通過解跳模塊對輸入的直擴跳頻混合擴頻中頻信號進行解跳；在解跳模塊之後通過帶通濾波器對解跳後的信號進行濾波，把更寬的混合擴頻信號帶寬濾波到只有直擴信號的帶寬上來；濾波後信號首先通過頻域抗幹擾模塊內的跳頻同步加窗子模塊進行加窗運算，由跳頻跟蹤模塊輔助選取跳頻沿之後的一段數據進行加窗，避開窗函數加在跨越了跳頻沿前後的一段數據。窗函數可以選用海明窗(清華大學出版社，程佩青，〈數位訊號處理教程>199頁)，窗寬選取為N=ThXFs / K，此處的K為自然數，Th為跳頻圖案中單跳的駐留時間，Fs為接收機的AD採樣率。加窗後的信號經FFT變換子模塊變換到頻域； 再經幹擾抑制處理子模塊對幹擾信號進行抑制處理把FFT變換子模塊輸出的代表每個頻率點信號的N個能量數值進行求均值運算，均值再乘以一個係數θ得到門限值，把這N個能量值中大於門限值處的頻率點能量值抑制為零；抑制後的信號通過IFFT變換子模塊重新變換到時域上，就得到頻域抗幹擾模塊的輸出信號；再經解調模塊和解擴模塊後送給測距測速模塊，有效地提高直擴跳頻混合擴頻系統的頻域抗幹擾性能。在直擴跳頻混合擴頻系統中，本實施例以每秒10000跳的跳頻速率，每秒5兆碼片的直擴碼率，60兆赫茲的接收機的AD採樣鍾為例，進一步說明本發明提高直擴跳頻混合擴頻系統頻域抗幹擾性能的具體實現步驟
(1)解跳混合擴頻接收機本地產生同步的相同跳頻圖案的跳頻信號和輸入信號相乘實現解跳；
(2 )濾波在解跳模塊之後通過帶通濾波器對解跳後的信號進行濾波，帶通濾波器選取 10兆赫茲帶寬的中頻濾波器；
(3)加窗濾波後信號通過頻域抗幹擾模塊內的跳頻同步加窗子模塊進行加窗運算，窗函數選用海明窗，由跳頻跟蹤模塊輔助選取加窗位置從跳頻沿處開始到第600個數據採樣點處結束；
(4)FFT變換FFT變換子模塊對加窗後的信號做序列長度為600的快速傅立葉變換， 把加窗後序列長度為600點的時域信號變換成序列長度為600點的頻域信號；
(5)幹擾抑制幹擾抑制處理子模塊首先對FFT變換後序列長度為600點的頻域信號求均值，再進行幹擾判定處理大於平均值2倍的頻域信號被判成幹擾信號抑制為零，不大於平均值2倍的數值判為信號不作處理；
(6)IFFT變換IFFT變換子模塊對幹擾抑制處理後序列長度為600點的頻域信號做序列長度為600的快速傅立葉反變換，變換後得到完成時域抗幹擾處理後的時域信號；
(7)解調解擴測距測速後續的處理同一般的直擴擴頻接收機一樣，接收機本地產生載波信號對抗幹擾處理後的時域信號進行解調，接收機本地產生同步擴頻碼序列對解調後的信號進行解擴，從載波和碼跟蹤模塊裡的跟蹤環路提取得到載波都卜勒和碼相位，對之進行轉換計算求得速度和距離，這就實現了測距測速。
權利要求
1.一種提高直擴跳頻混合擴頻系統頻域抗幹擾性能的方法，其特徵在於包括如下步驟首先由依次串聯在同一線路上的解跳模塊、帶通濾波器、頻域抗幹擾模塊、解調模塊、解擴模塊、測距測速模塊，跨接並聯在解跳模塊、頻域抗幹擾模塊上的跳頻跟蹤模塊和跨接並聯在解調模塊、解擴模塊的載波和碼跟蹤模塊，組成一個具有頻域抗幹擾功能的測距測速接收機，其次，進一步地在上述頻域抗幹擾模塊中劃分與跳頻跟蹤模塊跳頻同步的加窗子模塊、FFT變換子模塊、幹擾抑制處理子模塊和IFFT變換子模塊，其中，跳頻跟蹤模塊輔助頻同步加窗子模塊對輸入信號進行加窗，跳頻跟蹤模塊產生的本地跳頻信號通過解跳模塊對輸入的直擴跳頻和混合擴頻中頻信號進行解跳，送入帶通濾波器濾波，再由頻域抗幹擾模塊抑制處理幹擾信號，抑制後的幹擾信號再經解調模塊和解擴模塊後送給測距測速模塊。
2.按權利要求1所述的提高直擴跳頻混合擴頻系統頻域抗幹擾性能的方法，其特徵在於，所述的跳頻跟蹤模塊輔助頻同步加窗子模塊對輸入信號進行加窗，並選取跳頻沿之後的一段數據進行加窗，避開窗函數加在載波相位不連續的數據段；加窗後的信號經FFT 變換子模塊變換到頻域，再經幹擾抑制處理子模塊把FFT變換子模塊輸出的代表每個頻率點信號的N個能量數值進行求均值運算，均值再乘以一個係數θ得到門限值，把這N個能量值中大於門限值處的頻率點能量值抑制為零，對幹擾信號進行抑制處理後的信號，通過 IFFT變換子模塊重新變換到時域上，這就得到頻域抗幹擾模塊的輸出信號，頻域抗幹擾模塊輸出信號再經解調模塊和解擴模塊送給測距測速模塊提高頻域抗幹擾性能。
3.按權利要求1所述的提高直擴跳頻混合擴頻系統頻域抗幹擾性能的方法，其特徵在於，在解跳模塊之後通過帶通濾波器對信號進行濾波，把更寬的混合擴頻信號帶寬濾波到只有直擴信號的帶寬上來，再進行頻域抗幹擾處理。
4.按權利要求1或2所述的提高直擴跳頻混合擴頻系統頻域抗幹擾性能的方法，其特徵在於，濾波後信號首先通過頻域抗幹擾模塊內的跳頻同步加窗子模塊進行加窗運算，由跳頻跟蹤模塊輔助選取跳頻沿之後的一段數據進行加窗，避開窗函數加在跨越了跳頻沿前後的一段數據。
5.按權利要求1或2所述的提高直擴跳頻混合擴頻系統頻域抗幹擾性能的方法，其特徵在於，窗函數選用海明窗，窗寬選取為N=ThXFs / K，K為自然數，Th為跳頻圖案中單跳的駐留時間，Fs為接收機的AD採樣率。
6.按權利要求1或2所述的提高直擴跳頻混合擴頻系統頻域抗幹擾性能的方法，其特徵在於，直擴跳頻混合擴頻接收機本地產生同步的相同跳頻圖案的跳頻信號和輸入信號相乘實現解跳。
7.按權利要求1或2所述的提高直擴跳頻混合擴頻系統頻域抗幹擾性能的方法，其特徵在於，兩個不同位置的FFT變換子模塊分別對加窗後的信號做序列長度為600的FFT變換，把加窗後的600個採樣點的時域信號變換成600個採樣點的頻域信號；對幹擾抑制處理後的600個頻域採樣點數值做序列長度為600的IFFT變換，變換後得到完成時域抗幹擾處理後的時域信號。
8.按權利要求1或2所述的提高直擴跳頻混合擴頻系統頻域抗幹擾性能的方法，其特徵在於，幹擾抑制處理子模塊首先對FFT變換後的600個採樣點的頻域信號求均值，再進行幹擾判定處理大於平均值2倍的頻域信號被判成幹擾信號並抑制為零，不大於平均值2倍的數值判為信號不作處理。
全文摘要
本發明提出的提高直擴跳頻混合擴頻系統頻域抗幹擾性能的方法，旨在提供一種解決相位不連續影響抗幹擾性能和快速時變幹擾信號抑制性能差，提高頻域抗幹擾性能的方法。本發明通過下述技術方案予以實現首先由依次串聯在同一線路上的解跳模塊、帶通濾波器、頻域抗幹擾模塊、解調模塊、解擴模塊、測距測速模塊，跨接並聯在解跳模塊、頻域抗幹擾模塊上的跳頻跟蹤模塊和跨接並聯在解調模塊、解擴模塊的載波和碼跟蹤模塊組成一個具有頻域抗幹擾功能的測距測速接收機，其次進一步地在上述頻域抗幹擾模塊中劃分與跳頻跟蹤模塊跳頻同步的加窗子模塊、FFT變換子模塊、幹擾抑制處理子模塊和IFFT變換子模塊。本發明適用於窄帶幹擾信號的抑制。
文檔編號H04B1/692GK102437865SQ201110399839
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月6日 優先權日2011年12月6日
發明者劉文燾, 劉立業, 蔣宇志 申請人:中國電子科技集團公司第十研究所