王彥朋 李玉瑩 王星

摘要：衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)面臨著越來(lái)越多的大功率的干擾，對(duì)此建立了頻域抗窄帶干擾算法中的影響指標(biāo)評(píng)價(jià)體系。詳細(xì)闡述了快速傅里葉變換中頻域塊長(zhǎng)度選取，Nsigma門限檢測(cè)算法，抗干擾性能評(píng)估三方面對(duì)抗干擾算法當(dāng)中的關(guān)鍵問題。仿真并驗(yàn)證了該算法的正確性。

關(guān)鍵詞：Nsigma算法；頻域抗干擾；重疊處理

中圖分類號(hào)：TN973.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)中的接收的信號(hào)都是經(jīng)過擴(kuò)頻調(diào)制處理的信號(hào)，擴(kuò)頻調(diào)制會(huì)增強(qiáng)信號(hào)的抗干擾的能力。本文采用了基于Nsigma的門限檢測(cè)重疊變換的算法，主要考慮到變換域中頻域塊長(zhǎng)度選取、通信數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和工程可實(shí)現(xiàn)等因素，以及對(duì)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)中頻域抗窄帶干擾算法性能進(jìn)行評(píng)估。

1 系統(tǒng)模型

在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)中，輸入信號(hào)r（t）由衛(wèi)星信號(hào)s（t）、加性高斯白噪聲n（t）和干擾j（t）構(gòu)成，表示為：

r（t）=s（t）+n（t）+j（t）（1）

其中s（t）是用于模擬衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，n（t）噪聲為理想加性高斯白噪聲，用單音干擾j（t）作為窄帶干擾的模型。

變換域中干擾抑制的框圖如下所示。

衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)經(jīng)過天線收到的是經(jīng)過擴(kuò)頻處理后的信號(hào)，首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)處理，然后進(jìn)行A/D采樣并進(jìn)行變頻處理，將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)。為了減少頻譜泄露，接著需要對(duì)其加窗，之后將其分塊并進(jìn)行快速傅里葉變換，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，然后再進(jìn)行干擾切除。最后進(jìn)行快速反傅里葉變換并對(duì)抗干擾效果進(jìn)行評(píng)估。

其中該方案實(shí)施過程中包括兩個(gè)：頻域塊長(zhǎng)度的選擇，Nsigma門限檢測(cè)算法，抗干擾性能評(píng)估。

2.1 頻域塊長(zhǎng)度

頻域干擾抑制處理過程中A/D采樣和量化長(zhǎng)度都會(huì)對(duì)抗窄帶干擾處理之后信號(hào)的恢復(fù)產(chǎn)生一定的影響。在頻域?qū)B續(xù)不間斷的時(shí)間信號(hào)進(jìn)行頻譜處理時(shí)，快速傅里葉變換的時(shí)間，重疊相加時(shí)間，閾值計(jì)算和切除算法等信號(hào)處理的速度會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

信號(hào)處理過程中，加窗處理會(huì)帶來(lái)一定的損耗，為了減小頻譜泄露，需要對(duì)其進(jìn)行加窗處理。假設(shè)分段數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為N的話，并采用1/2的重疊方式，如圖3。窗函數(shù)會(huì)對(duì)頻譜產(chǎn)生一定的影響。經(jīng)過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，窗函數(shù)選擇為BlackmanHarris窗，此窗函數(shù)主瓣寬度很寬，旁瓣峰值較高且衰減速度較快，可以使得頻譜泄露達(dá)到最小。

頻域抗干擾處理過程中，F(xiàn)FT處理長(zhǎng)度為N，N點(diǎn)傅里葉變換的復(fù)雜度為：乘法次數(shù)為2Nlog2N次和加法次數(shù)為3Nlog2N次。IFFT中的計(jì)算次數(shù)與FFT變換次數(shù)相同。將頻域進(jìn)行切塊處理之后，每一個(gè)塊處理時(shí)間為tmax，當(dāng)采樣頻率設(shè)置為fs可得出：

tmax=N/fs（2）

為了滿足對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，需要使得：

tmaxtFFT+t算法處理+tIFFT+t信號(hào)延時(shí)（3）

2.2 Nsigma門限檢測(cè)算法

Nsigma算法是就是利用頻譜圖上有用信號(hào)和干擾的頻譜差異來(lái)抑制干擾。該算法利用導(dǎo)航信號(hào)的頻譜具有高斯分布的特性進(jìn)行算法的實(shí)施。

每個(gè)FFT頻域塊內(nèi)計(jì)算處其均值μ和標(biāo)準(zhǔn)σ。門限計(jì)算公式為：

Th=μ+Aσ（4）

其中A為加權(quán)因子，通過干擾有無(wú)時(shí)的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)確定加權(quán)轉(zhuǎn)因子A的值。繪制頻域直方圖，直觀對(duì)比出有無(wú)干擾時(shí)的頻譜分布情況，如圖4所示：

圖4中左圖為無(wú)干擾時(shí)直方圖，右圖為添加干擾后直方圖。添加干擾后的高幅值的頻譜的個(gè)數(shù)明顯增多。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，將門限設(shè)置在30和38之間的時(shí)候最為合理。通過不斷對(duì)比實(shí)驗(yàn)，確定參數(shù)A的值并使其抗干擾性能最優(yōu)。

2.3 抗干擾性能評(píng)估

采用干擾頻譜切除的方法對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)收到信號(hào)頻域抗窄帶干擾處理，被切除的頻譜大部分是干擾的所呈現(xiàn)出的頻譜，但是也會(huì)切除部分不重要信號(hào)的頻譜成分，則無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)比出抗干擾后的信噪比，因而從信號(hào)功率方面對(duì)其進(jìn)行抗干擾性能評(píng)估。當(dāng)其干信比為50dB時(shí)，頻域切除算法效果圖：

如圖5所示抗干擾前后頻域波形圖。左圖在干擾頻點(diǎn)位置上形成一個(gè)尖峰；右圖為抗干擾后頻譜圖，通過Nsigma算法，干擾被抑制，尖峰明顯消除，留下有用信號(hào)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用了基于Nsigma的門限檢測(cè)算法，主要考慮到變換域中頻域塊長(zhǎng)度選取、通信數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和算法評(píng)估三個(gè)方面?；贜sigma的門限檢測(cè)算法處理過程中占用較少的資源，工程中易于實(shí)現(xiàn)。本文提供的方法具有一定的工程參考價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：王彥朋 （1969），男，漢族，河北石家莊人，教授，主要研究方向：電子信息技術(shù)；王星 （1993），男，漢族，河北承德人，主要研究方向：衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用。

*通訊作者：李玉瑩 （1990），女，漢族，河北石家莊人，碩士研究生，主要研究方向：導(dǎo)航抗干擾處理、信號(hào)處理。