專利名稱：二維自適應濾波窄帶干擾抑制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于擴頻通信領域，更具體的，涉及一種多輸入信號通道的多窄帶干擾抑制裝置。
背景技術：
全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)為用戶提供定位導航服務，已廣泛應用于消費、交通、電力、國防等領域。GNSS包括美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯的格魯納斯系統(tǒng)(GL0NASS)、歐盟的伽利略系統(tǒng)(Galileo)、中國的北斗系統(tǒng)(BD)以及其他一些增強系統(tǒng)。當前的多模GNSS接收機(以下簡稱接收機)會同時接收多個導航衛(wèi)星系統(tǒng)的信號來提高性能。不同系統(tǒng)的衛(wèi)星信號一般處于不同的頻率段，所以接收機會有多個輸入信號通道。地面接收到的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)的信號強度在_130dBm左右，遠在噪聲功率 之下。其他通信設備泄露到全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)信號頻段的干擾會嚴重降低接收機的性能，甚至導致接收機無法工作。其中最常見的干擾類型是連續(xù)波干擾(Continue WaveInterference),它屬于窄帶干擾。多個窄帶干擾隨機的分布在多個輸入信號通道中，窄帶干擾抑制裝置就需要同時在輸入信號通道和每個通道中抑制干擾數(shù)目兩個方面進行檢測。目前的窄帶干擾抑制技術主要列舉如下?；陬l率域的窄帶干擾抑制技術。需要使用快速傅里葉變換(FFT)及其逆變換(IFFT)，在頻率域內消除窄帶干擾。如《用于窄帶干擾消除的接收機》，申請?zhí)?00580013652. 8?！稊U頻接收機前端頻域濾波抗干擾裝置及其實現(xiàn)方法》，申請?zhí)?01010610524.4。缺點是由于使用FFT需要大量計算資源，實現(xiàn)復雜，成本過大。自適應FIR濾波器的窄帶干擾抑制技術。FIR濾波器+自適應算法，即自適應FIR濾波器?！赌芟瓗Ц蓴_的盲自適應濾波裝置及其應用》，申請?zhí)?01010199697. I。缺點是為了抑制多個干擾要較多的濾波器階數(shù)，自適應算法計算量大，設計完成后即固定，不可根據(jù)干擾的個數(shù)自動配置。檢測與消除裝置配合的窄帶干擾抑制技術。首先檢測窄帶干擾的頻率、相位、幅度等特點，然后使用參數(shù)可調的濾波器(陷波器)濾除干擾；或者產生參考本地信號與輸入信號相減完成窄帶干擾抑制?！侗３执嬖谡瓗Ц蓴_的寬帶系統(tǒng)的性能質量》，申請?zhí)?0803299. 8。缺點是控制復雜，跟蹤信號變化能力弱。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種二維自適應濾波窄帶干擾抑制裝置，多個二維自適應IIR (無限沖擊響應)濾波器級聯(lián)，最終以最少的自適應IIR濾波器數(shù)目實現(xiàn)對多個輸入信號通道多個窄帶干擾的抑制。按照本發(fā)明提供的技術方案，所述二維自適應濾波窄帶干擾抑制裝置，包括級聯(lián)的多個二維自適應IIR濾波器模塊，所述二維自適應IIR濾波器模塊包括依次連接的輸入選擇器、自適應IIR濾波器、輸出選擇器；所述自適應IIR濾波器包括IIR濾波器、檢測及自適應算法模塊，IIR濾波器的信號輸入端和信號輸出端連接到檢測及自適應算法模塊的輸入端，檢測及自適應算法模塊的輸出端連接到IIR濾波器的權重系數(shù)輸入端；所述檢測及自適應算法模塊包括檢測模塊和自適應算法模塊，其中檢測模塊檢測輸入信號中是否存在窄帶干擾，自適應算法模塊自動計算和調整IIR濾波器的權重向量，直到IIR濾波器穩(wěn)定收斂，使IIR濾波器正確實現(xiàn)抑制窄帶干擾的功能。以所述二維自適應IIR濾波器模塊為基本單元，通過多級級聯(lián)實現(xiàn)二維平面，SP輸入維和級聯(lián)維的窄帶干擾抑制；假設M個輸入信號中隨機分布著N個窄帶干擾；在第一級，輸入選擇器首先將第I個通道的輸入信號接入自適應IIR濾波器，檢測及自適應算法模塊檢測是否存在窄帶干擾；若存在，則通過輸入選擇器和輸出選擇器將該級自適應IIR濾波器分配給第I個通道，即第I個通道的輸入信號經過自適應IIR濾波器后輸出，同時設置其他通道的輸出選擇器直接輸出各自通道的輸入信號；若未檢測到窄帶干擾，則設置第I通道的輸出選擇器直接輸出該通道輸入信號；然后通過輸入選擇器將第2通道的輸入信 號接入自適應IIR濾波器，重復以上操作；最后直到對M個通道都重復完成以上操作；當?shù)贜+1級的自適應IIR濾波器模塊依次檢測M個中頻數(shù)字信號通道都沒有檢測到窄帶干擾時，說明M個輸入通道的N個窄帶干擾都已經被抑制；從該N+1級開始將M個中頻數(shù)字信號通道的信號直接輸出給接收機基帶進行處理。所述IIR濾波器采用I階、2階、3階或更高階IIR濾波器結構，階數(shù)越高，所能抑制的窄帶干擾數(shù)量也越多。所述IIR濾波器穩(wěn)定時，其傳遞函數(shù)表現(xiàn)為在干擾頻率處的細小阻帶，即陷波器。所述自適應算法模塊可以使用最小均方LMS自適應算法、最小二乘RLS自適應算法或卡爾曼Kalman自適應算法。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明是基于多級的級聯(lián)自適應IIR濾波器技術來實現(xiàn)窄帶干擾抑制能力，同時由于輸入、輸出選擇器的使用，使各級自適應IIR濾波器模塊可以在二維(通道維和級數(shù)維)平面自由分配。從而達到充分利用資源，以最少的自適應IIR濾波器模塊實現(xiàn)多輸入通道多窄帶干擾的抑制。


圖I是具有窄帶干擾抑制的多模衛(wèi)星接收機接收處理信號示意圖。圖2是某一受窄帶干擾的中頻數(shù)字信號功率譜密度示意圖。圖3是自適應IIR濾波器結構圖。圖4是自適應IIR濾波器效果示意圖。其中，圖4(a)是輸入信號功率譜密度；圖4(b)是經過自適應IIR濾波器后輸出信號的功率譜密度；圖4(c)是穩(wěn)定之后的IIR濾波器傳輸函數(shù)；圖4(d)是自適應IIR濾波器的權重隨時間變化的曲線。圖5是級聯(lián)的一維自適應IIR濾波器模塊結構圖。圖6是級聯(lián)的二維自適應IIR濾波器模塊結構圖。圖7是級聯(lián)的二維自適應IIR濾波器模塊輸出選擇器選擇使能示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖I是本發(fā)明實施例的具有窄帶干擾抑制的多模衛(wèi)星接收機接收處理信號示意圖。如圖I所示，不同類型的衛(wèi)星101a，101b，101c，分屬于不同類型的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(如GPS系統(tǒng)、GL0NASS系統(tǒng)、GaliIeo系統(tǒng)、北斗系統(tǒng)或其他全球導航衛(wèi)星系統(tǒng))。這些衛(wèi)星信號與窄帶干擾信號102同時被寬帶天線103所接收并傳輸給具有窄帶干擾抑制的多模導航衛(wèi)星定位接收機104進行處理。接收機104首先使用多個射頻或一個射頻的多個通道105(射頻通道的個數(shù)取決于接收機104所支持的導航衛(wèi)星系統(tǒng)種類數(shù)，此處以3個為例)分別對不同系統(tǒng)的衛(wèi)星信號進行放大、下變頻、采樣、量化等操作，產生多個中頻數(shù)字信號106a、106b、106c (每種全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)的信號占用一個通道)。傳統(tǒng)不具備窄帶干擾抑制能力的接收機直接將中頻數(shù)字信號106a、106b、106c傳輸給接收機基帶109進行處理。本發(fā)明自適應濾波的二維窄帶干擾抑制裝置107放置于射頻105與基帶109之間，對多個通道的中頻數(shù)字信號106a、106b、106c進行檢測，識別出多個窄帶干擾并抑制。最后將窄帶干擾抑制后的信號108a、108b、108c輸出給多模導航衛(wèi)星定位接收機基帶109進行捕獲、跟蹤、測量、解算，實現(xiàn)定位與導航功能，使接收機104具有抑制窄帶干擾的能力?！D2是本發(fā)明實施例的某一受窄帶干擾的中頻數(shù)字信號功率譜密度示意圖。未受窄帶干擾的中頻數(shù)字信號106a、106b、106c其功率譜密度201在帶寬范圍內具有平坦的幅度值，當有能量很大的窄帶干擾進入時，就會在功率譜密度圖上產生窄小而幅度很大的峰202a、202b、202c。本發(fā)明使用多級級聯(lián)的二維自適應IIR濾波器，對上述多通道多窄帶干擾峰202a、202b、202c進行抑制。所述的二維自適應濾波窄帶干擾抑制裝置包括多個級聯(lián)的二維自適應IIR濾波器模塊，所述的二維自適應IIR濾波器模塊包括依次連接的輸入選擇器、自適應IIR濾波器、輸出選擇器。圖3是本發(fā)明實施例的自適應IIR濾波器結構圖。自適應IIR濾波器301主要由兩部分組成=IIR濾波器302和檢測及自適應算法模塊303。IIR濾波器302的信號輸入端和信號輸出端連接到檢測及自適應算法模塊303的輸入端，檢測及自適應算法模塊303的輸出端連接到IIR濾波器302的權重系數(shù)輸入端。IIR濾波器有兩種輸入，一種是信號，一種是濾波器權重系數(shù)，權重系數(shù)的輸入用來控制IIR濾波器。IIR濾波器模塊302可以使用I階或2階結構，越高階的結構，能抑制越多的窄帶干擾，但同時會導致控制復雜度上升，濾波器穩(wěn)定性變差。以2階IIR濾波器來說明其工作原理。2階IIR濾波器的傳遞函數(shù)
,、I + b, z zI _ 2cos(^)z -J- z ~\Zj ——I_2 — 1 ~ , ,、—I 2 -2
XjT Q1lZ + CI1Z I— 2 a cos( (l))z + A Z(Ij可得關系式 b1=-2cos ( co )，b2=lax=-2 A cos ( co ), a2= A 2 (2)其中ai，a2，b1 b2表示IIR濾波器的權重系數(shù)，co表示窄帶干擾頻率，A是小于I的系數(shù)。
檢測及自適應算法模塊303可以自適應地計算和調整IIR濾波器模塊302的權重系數(shù)使其滿足(2)式，最終使IIR濾波器302實現(xiàn)抑制一個頻率為《的窄帶干擾的功能；同時根據(jù)IIR濾波器權重系數(shù)的收斂特點，可以判斷是否存在窄帶干擾，實現(xiàn)檢測窄帶干擾的功能。自適應算法模塊303可以使用最小均方(LMS)自適應算法,最小二乘(RLS)自適應算法，卡爾曼(Kalman)自適應算法等，以最小均方(LMS)自適應算法說明其工作原理。首先定義的合成權向量可表達為濾波器權重系數(shù)的組合w(n) = [a0, a1； a2, b0, b1； b2]T (3)代價函數(shù)定義為誤差信號的瞬時功率，誤差信號定義為期望響應與實際濾波器輸出之差e (n) =d (n) -y (n)
權利要求
1.二維自適應濾波窄帶干擾抑制裝置，其特征是包括級聯(lián)的多個二維自適應IIR濾波器模塊，所述二維自適應IIR濾波器模塊包括依次連接的輸入選擇器、自適應IIR濾波器(301)、輸出選擇器；所述自適應IIR濾波器(301)包括IIR濾波器(302)、檢測及自適應算法模塊(303)，IIR濾波器(302)的信號輸入端和信號輸出端連接到檢測及自適應算法模塊(303)的輸入端，檢測及自適應算法模塊(303)的輸出端連接到IIR濾波器(302)的權重系數(shù)輸入端；所述檢測及自適應算法模塊(303)包括檢測模塊和自適應算法模塊，其中檢測模塊檢測輸入信號中是否存在窄帶干擾，自適應算法模塊自動計算和調整IIR濾波器的權重向量，直到IIR濾波器穩(wěn)定收斂，使IIR濾波器正確實現(xiàn)抑制窄帶干擾的功能。
2.如權利要求I所述二維自適應濾波窄帶干擾抑制裝置，其特征是，以所述二維自適應IIR濾波器模塊為基本單元，通過多級級聯(lián)實現(xiàn)二維平面，即輸入維和級聯(lián)維的窄帶干擾抑制；假設M個輸入信號中隨機分布著N個窄帶干擾；在第一級，輸入選擇器首先將第 I個通道的輸入信號接入自適應IIR濾波器，檢測及自適應算法模塊檢測是否存在窄帶干擾；若存在，則通過輸入選擇器和輸出選擇器將該級自適應IIR濾波器分配給第I個通道， 即第I個通道的輸入信號經過自適應IIR濾波器后輸出，同時設置其他通道的輸出選擇器直接輸出各自通道的輸入信號；若未檢測到窄帶干擾，則設置第I通道的輸出選擇器直接輸出該通道輸入信號；然后通過輸入選擇器將第2通道的輸入信號接入自適應IIR濾波器， 重復以上操作；最后直到對M個通道都重復完成以上操作；當?shù)贜+1級的自適應IIR濾波器模塊依次檢測M個中頻數(shù)字信號通道都沒有檢測到窄帶干擾時，說明M個輸入通道的N個窄帶干擾都已經被抑制；從該N+1級開始將M個中頻數(shù)字信號通道的信號直接輸出給接收機基帶進行處理。
3.如權利要求I所述二維自適應濾波窄帶干擾抑制裝置，其特征是，所述IIR濾波器采用I階、2階、3階或更高階IIR濾波器結構，階數(shù)越高，所能抑制的窄帶干擾數(shù)量也越多。
4.如權利要求I所述二維自適應濾波窄帶干擾抑制裝置，其特征是，所述IIR濾波器穩(wěn)定時，其傳遞函數(shù)表現(xiàn)為在干擾頻率處的細小阻帶，即陷波器。
5.如權利要求I所述二維自適應濾波窄帶干擾抑制裝置，其特征是，所述自適應算法模塊使用最小均方LMS自適應算法、最小二乘RLS自適應算法或卡爾曼Kalman自適應算法。
全文摘要
本發(fā)明公開一種二維自適應濾波窄帶干擾抑制裝置，包括多級二維自適應IIR濾波器。多個輸入通道中隨機分布多個窄帶干擾時，對于每一級二維自適應IIR濾波器多路輸入信號通過輸入選擇器依次進入該級自適應IIR濾波器，若檢測模塊檢測到窄帶干擾，該通道的輸出選擇器將自適應IIR濾波器的輸出作為該級的輸出；若不存在干擾，該通道的輸出選擇器將輸入信號仍作為該級的輸出。同時該級自適應IIR濾波器自動調權重向量，抑制一個或多個窄帶干擾。多級二維自適應IIR濾波器級聯(lián)，可以在二維平面以最少的自適應IIR濾波器模塊實現(xiàn)多輸入通道多窄帶干擾抑制。本發(fā)明可自動識別并抑制多個輸入通道的多個窄帶干擾，實現(xiàn)二維的窄帶干擾抑制，組合靈活，實現(xiàn)簡單。
文檔編號H04B1/71GK102710284SQ201210193530
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月13日 優(yōu)先權日2012年6月13日
發(fā)明者何文濤, 李尤, 翟昆朋, 藺曉龍, 金亮良 申請人:江蘇物聯(lián)網研究發(fā)展中心