一種閾值處理和空頻自適應算法結(jié)合的導航抗干擾算法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星導航通信領域，特別涉及衛(wèi)星導航系統(tǒng)中抗干擾算法的優(yōu)化，具 體的講是將信號用FFT變換到頻域，首先在頻域用一種門限算法進行預處理，然后用一種 兩路數(shù)據(jù)加窗重疊的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)空頻抗干擾算法。
【背景技術】
[0002] 人類進入信息社會后，對地理信息的需求非常普遍。衛(wèi)星定位系統(tǒng)已成為繼通信、 互聯(lián)網(wǎng)之后的第三個IT新增長點，全球衛(wèi)星定位技術（GPS)的應用也日益廣泛。"全球定 位系統(tǒng)"（GPS)在民用以及軍用領域都發(fā)揮了重要作用，其應用范圍還在不斷擴展中。
[0003] 導航衛(wèi)星通常被設計成發(fā)射功率僅有幾毫瓦的弱信號衛(wèi)星，這對于衛(wèi)星降低造價 和延長使用壽命是需要的。但由于衛(wèi)星信號弱，所以非常容易受到干擾。除了在戰(zhàn)爭中可 能面對敵方專門的干擾機的故意干擾，一些頻率較高的電視臺、航空衛(wèi)星通信和機動衛(wèi)星 系統(tǒng)終端都可能削弱導航衛(wèi)星信號，而且自然界所發(fā)生的一些現(xiàn)象也會引起信號干擾。
[0004] -旦衛(wèi)星信號被干擾就可能中斷其使用，使定位誤差增大甚至完全無法實現(xiàn)導航 功能。目前，社會生活甚至戰(zhàn)爭對導航技術的依賴越來越大，導航接收機抗干擾性能的要求 也越來越高，專門針對導航接收機的抗干擾技術的研宄就具有了現(xiàn)實意義。
[0005] 目前針對導航抗干擾采取的主要方法是空時自適應信號處理（STAP，Space Time Adaptive Processing)的辦法，該方法是在空域濾波器的基礎上在每個陣元后面增加時域 抽頭。不同陣元的相同延遲節(jié)點構(gòu)成的空域濾波器可以對不同來向的空間干擾形成分辨能 力，對于每個天線陣元來說，增加的延時抽頭數(shù)可構(gòu)成時域濾波器，可對不同頻率的干擾源 形成分辨能力。STAP算法由于增加了時域自由度，相比單純的空域濾波性能有了明顯的提 高，然而其計算復雜度也相應增加。對于M個陣元P個延遲節(jié)點的STAP，往往要進行MP XMP 維的矩陣處理，運算量過大。
[0006] 因此，另外一種算法空頻自適應信號處理（SFAP，Space Frequency Adaptive Processing)(如圖1所示）成為了導航抗干擾領域開始研宄的算法。
[0007] SFAP算法首先是將每個陣元的輸入數(shù)據(jù)截取K段，對每段數(shù)據(jù)進行J點的FFT (快 速傅里葉變換）運算，獲得每個陣元分別在J個頻點的信息，最后得到K組窄帶頻率分量， 每組有J點數(shù)據(jù)。然后通過這K組數(shù)據(jù)分別在這J個頻點中進行自適應濾波抑制干擾，最 后將濾波后的J個頻點的值進行IFFT (快速傅里葉反變換），得到輸出值。
[0008] 但是，F(xiàn)FT變換隱含了對輸入數(shù)據(jù)進行周期延拓，截斷后的輸入信號進行周期延拓 后在截斷的邊沿處不是連續(xù)的，并且這種不連續(xù)非常突然，這樣會造成很嚴重的頻譜泄露， 從而影響其它頻點的頻譜估計。如果直接對原始輸入信號進行FFT運算，相當于給原始輸 入信號加了一個矩形窗，矩形窗的第一旁瓣電平僅僅比主瓣電平低13. 46dB，而一般干擾信 號功率比導航信號功率要高幾十dB，它的旁瓣電平比導航信號電平大很多，嚴重影響了其 它頻點的譜線值。所以，若要準確的估計每個頻點的功率，就必須減少頻譜泄露，通常的處 理方法是對輸入信號進行加窗，使截斷后的輸入信號經(jīng)過周期延拓后在邊沿變得更平滑。
[0009] 設x(n)為輸入信號，w(n)為窗函數(shù)，則加窗后的信號表達式為：
[0010] xw(n) = x(n)w(n) (1)
[0011] 通過對輸入信號加窗處理后頻譜泄漏的影響可以得到很好的改善，但是由于窗函 數(shù)的處理，輸入信號會部分失真。
[0012] 為了在不增加陣元個數(shù)的情況下提高SFAP的性能，可以在SFAP處理之前對窄帶 干擾進行濾除。由于SFAP需要先將信號變換到頻域進行處理，所以在SFAP處理前先在頻 域進行一次預處理成為一種選擇。
[0013] 一般在頻域進行干擾抑制的方法可以用門限處理算法，一般門限處理算法有歸零 法和鉗位法兩種。其中歸零法把幅值高于門限的譜線置零，而鉗位法是將幅值高于門限的 譜線值降到門限值。歸零抗干擾的信噪比損失會隨著干擾信號的帶寬增大而增大；為了在 抑制干擾的同時盡可能的保留有用信號，可以采用鉗位處理法，其處理方法是將受到干擾 的譜線幅度降低并保留其相位特性。
[0014] 門限處理算法只對幅值大于門限的譜線進行處理，當輸入信號無干擾存在時，不 會有幅值大于門限值的譜線，門限檢測法不會對譜線進行任何處理直接輸出，所以不會對 導航信號帶來失真的影響。由于導航干擾信號相對導航信號是一種強干擾信號，所以選取 合適的門限值，經(jīng)過門限處理后可以很好地濾除掉強的窄帶干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明提出了一種閾值處理和空頻自適應算法結(jié)合的導航抗干擾算法，首先用門 限處理算法對信號進行預處理，然后用兩路數(shù)據(jù)加窗重疊的方法進行空頻自適應算法實 現(xiàn)。本發(fā)明很好地降低了頻譜泄漏的影響，進一步提高了該算法抗干擾的性能。
[0016] 本發(fā)明采取的技術方案如下：
[0017] a.將每個陣元的輸入信號進行分塊處理作為第一路信號，即選取輸入數(shù)據(jù)的連續(xù) J個點作為一個數(shù)據(jù)塊處理；將第一路信號的數(shù)據(jù)延遲半個數(shù)據(jù)塊，延遲后的信號作為第 二路信號，然后進行與第一路相同的分塊處理。
[0018] b.將a中的第一路和第二路信號分別進行加窗處理，即將第一路和第二路的輸入 數(shù)據(jù)與窗函數(shù)相乘得到加窗后的輸入數(shù)據(jù)。
[0019] c.將b中經(jīng)過加窗處理后的信號進行FFT處理，即對每個數(shù)據(jù)塊進行J個點的FFT 變換，得到輸入數(shù)據(jù)在各個頻點的信息。
[0020] d.將c中得到的信號進行門限處理，即可以根據(jù)歸零法或者鉗位法，選擇剔除或 者削掉某一頻點的值。
[0021] e.將d中處理之后的信號傳入空頻抗干擾模塊在每個頻點進行抗干擾處理，即在 每個頻點通過自適應抗干擾算法得到權(quán)值，再將權(quán)值與輸入信號相乘得到抗干擾后的每個 頻點的輸出。
[0022] f.將e中得到的每個頻點的輸出值按順序排列后，作為一個數(shù)據(jù)塊，傳入IFFT模 塊，得到時域的輸出信號，即將每個數(shù)據(jù)塊在每個頻點的抗干擾后的輸出值進行J個點的 IFFT，得到該數(shù)據(jù)塊的時域輸出值。
[0023]g.將f?中得到的第一路時域信號輸出信號延遲半個數(shù)據(jù)塊的時間，再將第一路時 域信號與第二路時域信號相加，得到最終的時域輸出信號。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：通過對信號進行FFT處理后先進行門限處理，然后再進行 SFAP算法處理的方式，有效提高了系統(tǒng)抗干擾的效果。同時通過采取兩路數(shù)據(jù)加窗重疊的 方法，在抑制頻譜泄漏的同時，減少了