一種基於降階開環自適應濾波的DSSS接收機抗異址幹擾方法與流程
2024-01-24 07:18:15
本發明涉及一種dsss接收機抗異址幹擾方法，特別涉及一種基於降階開環自適應濾波的dsss接收機抗異址幹擾方法，屬於航天領域。
背景技術：
直接序列擴頻(dsss)信號具有高隱蔽性，抗截獲、幹擾能力強等優點，在衛星導航定位系統、航天測控通信系統、民用通信等領域得到了廣泛應用。dsss接收機利用dsss信號中調製偽碼的相關特性，實現對接收信號的檢測和同步。然而，在基於dsss的多用戶系統中，由於不同用戶分配的偽碼序列之間並非完全正交，其互相關函數不為零，導致用戶間存在異址幹擾。當異址幹擾功率較大時，dsss接收機性能急劇下降。
基於自適應濾波的抗幹擾算法，具有較好的抗幹擾能力，因此受到了廣泛的關注。
在2006年ieeetransactionsonaerospaceandelectronicsystems第42卷3期第891頁至903頁由shannond.blunt等人發表的「multistaticadaptivepulsecompression」一文中，提出基於迭代最小均方誤差(rmmse)的多基地自適應脈衝壓縮(mapc)算法。基於rmmse的mapc算法保留了自適應濾波算法良好的抗幹擾能力。它採用開環結構，較最小均方(lms)算法而言收斂條件魯棒性更高，所需的迭代次數更少。但該算法濾波器階次限定為一個周期的基帶發射波形採樣點數目，因此rmmse濾波器階次大、算法複雜度高。
在2015年ieeetransactionsonaerospaceandelectronicsystems第51卷1期第548頁至564頁由zhengzhengli等人發表的「fastadaptivepulsecompressionbasedonmatchedfilteroutputs」一文中，提出快速自適應脈衝壓縮算法，對脈衝壓縮結果進行rmmse濾波，通過大幅降低濾波器階次，在少量性能損失的前提下，顯著減小了運算複雜度。但該算法針對雷達脈衝信號模型設計，僅適用於脈衝信號，並不適用於具有連續波特點的dsss信號模型；且該算法僅針對單基地雷達應用場景，尚沒有擴展到多基地雷達(多用戶場合)或異址幹擾應用場景。因此為了將其應用在dsss接收機中，以設計低複雜度降階rmmse抗異址幹擾算法，尚需要針對連續直擴信號模型，對算法進行適應性修正，並將算法擴展到異址幹擾應用場景下。
因此，本發明就是基於上述問題而產生的技術發明，就本發明的內容而言，國內外尚未見報導。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種基於降階開環自適應濾波的dsss接收機抗異址幹擾方法，通過對接收信號進行匹配濾波和開環自適應濾波，實現對由於異址幹擾造成的互相關的抑制，獲得觀測時間內不同延遲處信號復幅度估計，進而實現對接收信號的檢測與參數估計。
實現本發明的技術方案如下：
一種基於降階開環自適應濾波的dsss接收機抗異址幹擾方法，包括以下步驟：
(1)設置迭代次數上限，迭代計數器初值設為0，設置降階開環自適應濾波單元中濾波模塊的濾波器階次為2n-1，n為不大於l的正整數，l為一個偽碼周期內的採樣點數目；
(2)匹配濾波模塊對接收的數字基帶信號進行匹配濾波，獲得匹配濾波結果並輸出給降階開環自適應濾波單元中的濾波模塊和復幅度初值計算模塊；
(3)復幅度初值計算模塊接收匹配濾波結果計算復幅度估計的初值，並輸出給相關函數計算模塊；
(4)相關函數計算模塊接收並進行相關函數計算，得到五種不同延遲的相關函數ρk(l,2l)、ρk(l,l)、ρk(l,0)、ρk(l,-l)和ρk(l,-2l)，其中，*為取共軛符號，d為用於相關的兩復幅度估計的延遲差，d的取值分別為2l、l、0、-l、-2l，將所得相關函數輸出給濾波器係數計算模塊，。
(5)濾波器係數計算模塊接收ρk(l,2l)、ρk(l,l)、ρk(l,0)、ρk(l,-l)和ρk(l,-2l)，計算濾波器係數並將其輸出給濾波模塊；
(6)濾波模塊更新本次迭代的濾波器係數並按照公式(8)對匹配濾波結果進濾波，輸出新的濾波結果作為新的復幅度估計，迭代計數器加1；
若迭代計數器值達到迭代次數上限，則進入步驟(7)；否則，將輸出給相關函數計算模塊，重複步驟(4)～(6)，開始新一輪的迭代濾波處理；
(7)結束對接收信號的降階rmmse自適應濾波，輸出給後續檢測單元。
進一步地，步驟(2)中匹配濾波模塊按照公式(1)對接收數字基帶信號進行匹配濾波：
其中，表示一個偽碼周期內的接收信號採樣序列，表示對應於通道k的一個偽碼周期內的偽碼採樣序列，k＝0,1,2...,k-1，k為通道數目，l是延遲採樣標號，上標h表示共軛轉置，上標t表示轉置；濾波結果為由2n-1個連續匹配濾波採樣點組成。
進一步地，步驟(5)中所述的濾波器係數採用下述方法計算：
其中，是由偽碼採樣序列線性相關結果rkk(a)～rkk(b)組成的向量，a、b為相關延遲變量，即為移位結果，移位量為|j|，j為正則左移，j為負則右移；
uk為(2n-1)×(2n-1)維矩陣，由zk(l)中的噪聲項推導而來，具體為
σ2為噪聲方差；
qkq為(2n-1)×(2n-1)維矩陣，且當q＝k時，qkq由期望信號項推導而來，當q≠k時，qkq由異址幹擾項推導而來，具體為
其中
這裡，為5個矩陣之和，矩陣規模為(2n+2l-3)×(2n+2l-3)；表示列號與行號之差為b的對角線為向量且其它元素均為0的矩陣；
本發明所提出的基於降階開環自適應濾波的dsss接收機抗異址幹擾方法的有益效果如下：
1、該方法利用降階rmmse算法對接收基帶數位訊號進行降階降階開環自適應濾波，可以實現對異址幹擾的互相關旁瓣的抑制。
2、從功能上分析：相比已有的基於單基地雷達脈衝信號的rmmse算法，所提算法針對具有連續波特徵的信號模型，對rmmse濾波器係數進行了修正，並將降階rmmse算法推展到了異址幹擾應用場景下。滿足了常規航天領域的dsss接收機抗異址幹擾的需求。
3、從性能上分析：該方法採用自適應濾波技術，抗異址幹擾能力強。同時，該方法採用開環結構，相比已有的lms算法在收斂速度和收斂條件的魯棒性上具有明顯優勢。
4、同時本方法利用匹配濾波充分利用了偽碼的相關特性，在此基礎上，可實現低階次的rmmse濾波(即(2n-1)＜＜l，l為常規基於直接接收信號的rmmse濾波器階次)，進而實現快速異址幹擾抑制。
附圖說明
圖1為本發明的基於降階開環自適應濾波的dsss接收機抗異址幹擾方法的結構框圖。
具體實施方式
一種基於降階開環自適應濾波的dsss接收機抗異址幹擾方法，包括以下步驟：
(1)設置迭代次數上限，迭代計數器初值設為0，設置降階開環自適應濾波模塊中濾波模塊的濾波器階次為2n-1，n為不大於l的正整數，l為一個偽碼周期內的採樣點數目；
(2)匹配濾波模塊按照公式(1)對接收數字基帶信號進行匹配濾波，獲得匹配濾波結果輸出給降階開環自適應濾波模塊中的濾波模塊和復幅度初值計算模塊；
其中，表示一個偽碼周期內的接收信號採樣序列，表示對應於通道k的一個偽碼周期內的偽碼採樣序列，k＝0,1,2...,k-1，k為通道數目，l是延遲採樣標號，上標h表示共軛轉置，上標t表示轉置。濾波結果為由2n-1個連續匹配濾波採樣點組成。
(3)復幅度初值計算模塊接收匹配濾波結果根據公式(2)計算復幅度估計的初值，輸出給相關函數計算模塊；
(4)相關函數計算模塊接收並進行復幅度估計，得到ρk(l,2l)、ρk(l,l)、ρk(l,0)、ρk(l,-l)和ρk(l,-2l)，並將其輸出給濾波器係數計算模塊，其中，*為取共軛符號，d為用於相關的兩復幅度估計的延遲差。
(5)濾波器係數計算模塊接收ρk(l,2l)、ρk(l,l)、ρk(l,0)、ρk(l,-l)和ρk(l,-2l)，並計算濾波器係數輸出給濾波模塊；其中的計算如下：
其中，是由偽碼採樣序列線性相關結果rkk(a)～rkk(b)組成的向量，a、b為相關延遲變量，即為移位結果，移位量為|j|，j為正則左移，j為負則右移；
uk為(2n-1)×(2n-1)維矩陣，由中的噪聲項推導而來，具體為
σ2為噪聲方差。
qkq為(2n-1)×(2n-1)維矩陣，且當q＝k時，qkq由期望信號項推導而來，當q≠k時，qkq由異址幹擾項推導而來，具體為
其中
這裡，為5個矩陣之和，矩陣規模為(2n+2l-3)×(2n+2l-3)；表示列號與行號之差為b的對角線為向量且其它元素均為0的矩陣；
(6)濾波模塊更新本次迭代的濾波器係數並按照公式(8)對匹配濾波結果進濾波，輸出新的濾波結果作為新的復幅度估計，迭代計數器加1；
若迭代計數器值達到迭代次數上限，則進入步驟(7)；否則，將輸出給相關函數計算單元，重複步驟(4)～(6)，開始新一輪的迭代濾波處理；
(7)結束對接收信號的降階rmmse自適應濾波，輸出給後續檢測單元。