衛(wèi)星導(dǎo)航接收機中頻域抗窄帶干擾算法指標(biāo)評估

王彥朋 李玉瑩 王星

摘要：衛(wèi)星導(dǎo)航接收機面臨著越來越多的大功率的干擾，對此建立了頻域抗窄帶干擾算法中的影響指標(biāo)評價體系。詳細(xì)闡述了快速傅里葉變換中頻域塊長度選取，Nsigma門限檢測算法，抗干擾性能評估三方面對抗干擾算法當(dāng)中的關(guān)鍵問題。仿真并驗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：TN973.3文獻標(biāo)識碼：A

衛(wèi)星導(dǎo)航接收機中的接收的信號都是經(jīng)過擴頻調(diào)制處理的信號，擴頻調(diào)制會增強信號的抗干擾的能力。本文采用了基于Nsigma的門限檢測重疊變換的算法，主要考慮到變換域中頻域塊長度選取、通信數(shù)據(jù)的實時性和工程可實現(xiàn)等因素，以及對對衛(wèi)星導(dǎo)航接收機中頻域抗窄帶干擾算法性能進行評估。

1 系統(tǒng)模型

在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機中，輸入信號r（t）由衛(wèi)星信號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，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)航接收機經(jīng)過天線收到的是經(jīng)過擴頻處理后的信號，首先對信號進行解擴處理，然后進行A/D采樣并進行變頻處理，將高頻信號轉(zhuǎn)換為中頻信號。為了減少頻譜泄露，接著需要對其加窗，之后將其分塊并進行快速傅里葉變換，將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，然后再進行干擾切除。最后進行快速反傅里葉變換并對抗干擾效果進行評估。

其中該方案實施過程中包括兩個：頻域塊長度的選擇，Nsigma門限檢測算法，抗干擾性能評估。

2.1 頻域塊長度

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

信號處理過程中，加窗處理會帶來一定的損耗，為了減小頻譜泄露，需要對其進行加窗處理。假設(shè)分段數(shù)據(jù)長度為N的話，并采用1/2的重疊方式，如圖3。窗函數(shù)會對頻譜產(chǎn)生一定的影響。經(jīng)過對比實驗，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到最小。

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

tmax=N/fs（2）

為了滿足對接收的數(shù)據(jù)進行實時處理，需要使得：

tmaxtFFT+t算法處理+tIFFT+t信號延時（3）

2.2 Nsigma門限檢測算法

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

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

Th=μ+Aσ（4）

其中A為加權(quán)因子，通過干擾有無時的統(tǒng)計特性來確定加權(quán)轉(zhuǎn)因子A的值。繪制頻域直方圖，直觀對比出有無干擾時的頻譜分布情況，如圖4所示：

圖4中左圖為無干擾時直方圖，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數(shù)明顯增多。經(jīng)過多次實驗，將門限設(shè)置在30和38之間的時候最為合理。通過不斷對比實驗，確定參數(shù)A的值并使其抗干擾性能最優(yōu)。

2.3 抗干擾性能評估

采用干擾頻譜切除的方法對導(dǎo)航接收機收到信號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，但是也會切除部分不重要信號的頻譜成分，則無法準(zhǔn)確對比出抗干擾后的信噪比，因而從信號功率方面對其進行抗干擾性能評估。當(dāng)其干信比為50dB時，頻域切除算法效果圖：

如圖5所示抗干擾前后頻域波形圖。左圖在干擾頻點位置上形成一個尖峰；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。

3 結(jié)語

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

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作者簡介：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、信號處理。