本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于空時濾波的自動增益控制方法及裝置。

背景技術(shù)：
全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)目前有美國全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)、歐洲伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Galileo)、以及發(fā)展中的中國北斗定位系統(tǒng)，它們能提供全天候、實時、連續(xù)的高精度位置信息，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類軍用和民用目標(biāo)的定位、導(dǎo)航、授時和精密測量。但是衛(wèi)星導(dǎo)航信號在傳輸和接收過程中會受到外界噪聲或本機干擾的污染。通過空時濾波器抑干擾并保留信號能量，是一種自適應(yīng)干擾對消的過程，空時濾波以其自身調(diào)節(jié)參數(shù)的能力以及對信號和干擾的先驗知識要求較少的優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用。但是空時濾波后的信號幅度動態(tài)范圍較大，需要自動增益控制(AGC)環(huán)節(jié)實現(xiàn)信號的等功率輸出?，F(xiàn)有的大多數(shù)自動增益控制(AGC)方法都是基于接收信號的平均功率。它們從一段時間的樣本來估計接收信號的平均功率，并將該估計平均功率和參考功率進行比較，該參考功率是接收信號的期望功率電平。估計功率與參考功率之差用于調(diào)節(jié)接收機的可變增益放大器的前端功率增益。自動增益控制的特點是可以對高動態(tài)輸入信號進行控制，實現(xiàn)信號的等功率輸出。目前實現(xiàn)方法的不足之處在于：針對空時濾波后的信號幅度動態(tài)范圍較大，功率變化較快，期望功率電平門限值無法準(zhǔn)確計算。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提高在干擾環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航信號空時濾 波后自動增益控制的速度。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于空時濾波的自動增益控制方法，包括：在空時濾波開始后，對于輸出的基帶信號，每L個采樣點計算一次幅度均值E(|I|+|Q|)；其中，L為正整數(shù)，|I|為輸出的基帶信號中I路信號的幅度值，|Q|為輸出的基帶信號中I路信號的幅度值，E(x)表示對x進行加權(quán)平均；計算比值r(j)＝T/E(|I|+|Q|)；其中T為比值門限；計算增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)(j)＝α[r(j)-1]A(j-1)+A(j-1)，其中α為預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)因子；用計算出的增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)(j)更新原先保存的增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)(i-1)；j為計算增益正整數(shù)的次數(shù)序號，是正整數(shù)；將空時濾波后的基帶信號放大為A(j)倍后輸出。進一步地，L的取值范圍是28～216，包括28和216。進一步地，所述計算比值的步驟前還包括：根據(jù)期望自動增益控制的輸出有效位數(shù)Bit，計算比值門限進一步地，所述調(diào)節(jié)因子α＝2-6。本發(fā)明還提供了一種基于空時濾波的自動增益控制裝置，包括：均值計算模塊，用于在空時濾波開始后，對于輸出的基帶信號，每L個采樣點計算一次幅度均值E(|I|+|Q|)；其中，L為正整數(shù)，|I|為輸出的基帶信號中I路信號的幅度值，|Q|為輸出的基帶信號中I路信號的幅度值，E(x)表示對x進行加權(quán)平均；比值計算模塊，用于計算比值r(j)＝T/E(|I|+|Q|)；其中T為比值門限；增益計算模塊，用于計算增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)(j)＝α[r(j)-1]A(j-1)+A(j-1)，其中α為預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)因子；用計算出的增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)(j)更新原先保存的增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)(i-1)；j為計算增益正整數(shù)的次數(shù)序號，是正整數(shù)；放大模塊，用于將空時濾波后的基帶信號放大為A(j)倍后輸出，并輸入 給所述均值計算模塊。進一步地，L的取值范圍是28～216，包括28和216。進一步地，所述裝置還包括：門限計算模塊，用于根據(jù)期望自動增益控制的輸出有效位數(shù)Bit，計算比值門限進一步地，所述調(diào)節(jié)因子α＝2-6。本發(fā)明的技術(shù)方案針對空時濾波后的信號幅度動態(tài)范圍較大，功率變化較快的情況，采用了通過期望幅度門限與統(tǒng)計信號幅度均值之比自動調(diào)整增益的做法，來達到快速調(diào)節(jié)增益的目的，并且能精確計算期望幅度電平門限值，使經(jīng)過自動增益控制后的信號更合理逼近滿量程，從而減小了信號有效位數(shù)的損失。本發(fā)明的優(yōu)化方案通過將調(diào)節(jié)因子α取值為2-6，能夠使得信號平穩(wěn)連續(xù)輸出，更便于FPGA程序?qū)崿F(xiàn)。附圖說明圖1是實施例一中空時自適應(yīng)濾波器的示意框圖；圖2是實施例二的自動增益控制裝置的示意框圖。具體實施方式下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行更詳細(xì)的說明。需要說明的是，如果不沖突，本發(fā)明實施例以及實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。另外，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。實施例一、一種基于空時濾波的自動增益控制方法，包括：在空時濾波開始后，對于輸出的基帶信號，每L個采樣點計算一次幅度均值E(|I|+|Q|)；其中，L為正整數(shù)，|I|為輸出的基帶信號中I路信號的幅度值，|Q|為輸出的基帶信號中I路信號的幅度值，E(x)表示對x進行加權(quán)平均；計算比值r(j)＝T/E(|I|+|Q|)；其中T為比值門限；計算增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)(j)＝α[r(j)-1]A(j-1)+A(j-1)，其中α為預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)因子；用計算出的增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)(j)更新原先保存的增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)(i-1)；j為計算增益正整數(shù)的次數(shù)序號，是正整數(shù)；將空時濾波后的基帶信號放大為A(j)倍后輸出。本實施例中，計算輸出的基帶信號的幅度均值時，所述基帶信號的長度為L個采樣點。即：每L個采樣點計算一次幅度均值以相應(yīng)更新一次增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)。本實施例的一種實施方式中，L的取值范圍是28～216，包括28和216。其它實施方式中，L可以根據(jù)仿真或?qū)嶒炛翟O(shè)置為其它值。本實施例中，所述增益調(diào)節(jié)值的初始值A(chǔ)0可以但不限于為1；也可以是其它根據(jù)經(jīng)驗預(yù)置的數(shù)值。也就是說，在空時濾波開始后，先是將空時濾波后的基帶信號放大為A0倍(即：空時濾波后的基帶信號每個采樣點的幅度值乘以A0)后得到的基帶信號OUT1輸出，對于輸出的L個采樣點的基帶信號OUT1計算出第一次的增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)(1)代替初始值A(chǔ)0；接下來是將空時濾波后的基帶信號放大為A(1)倍后得到的基帶信號OUT2輸出，對于輸出的L個采樣點的基帶信號OUT2計算出第二次的增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)(2)代替A(1)；以此類推。本實施例的一種實施方式中，所述計算比值的步驟前還可以包括：根據(jù)期望自動增益控制的輸出有效位數(shù)Bit，計算比值門限在其它實施方式中，也可以根據(jù)其它方式設(shè)置所述比值門限；還可以計算并預(yù)置好該比值門限。本實施例的一種實施方式中，所述調(diào)節(jié)因子α＝2-6。其它實施方式中，調(diào)節(jié)因子可以根據(jù)仿真或?qū)嶒炛翟O(shè)置為其它值。本實施例中，經(jīng)過空時抗干擾濾波處理后的基帶信號I(n)+jQ(n)為復(fù)高斯白噪聲，實部I，虛部Q都服從均值為0的正態(tài)分布，正態(tài)分布是具有兩個參數(shù)μ和σ2的連續(xù)型隨機變量的分布，參數(shù)μ是遵從正態(tài)分布的隨機變量的 均值，參數(shù)σ2是此隨機變量的方差，記作I，Q～N(μ，σ2)。由于正態(tài)分布概率密度為置換參數(shù)得到，所以最高位保留1位符號位，則AGC輸出最大值幅度為2bit-1-1，考慮3σ概率的數(shù)據(jù)幅度在2bit-1-1之內(nèi)，令A(yù)GC輸出最大值幅度2bit-1-1＝3σ，所以因此將比值門限設(shè)定為空時自適應(yīng)濾波技術(shù)是將一維的空域濾波推廣到時間與空間的二維域中，形成空時二維處理的結(jié)構(gòu)。它通過同時聯(lián)合處理多元天線陣(空域)與多個相參脈沖(時域)接收到的數(shù)據(jù)，使干擾抑制在空時二維空間中進行。利用干擾頻率與角度具有依賴關(guān)系而目標(biāo)頻率與角度卻相互獨立的區(qū)別，可將目標(biāo)與干擾有效地分離出來實現(xiàn)濾波。本實施例的一種實施方式中，空時自適應(yīng)濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖1所示，接收天線由M個接收陣元組成，各接收陣元通道后有一個N階FIR(有限沖激響應(yīng))濾波器。所述空時濾波的步驟可以包括：(1)由M個接收陣元分別接收射頻信號，經(jīng)過AD(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)采集得到M路中頻采樣信號，分別是x1(i)，…，xM(i)，i為信號中的采樣點序號(也就是每個采樣點對應(yīng)的時間點)，是正整數(shù)，所述中頻采樣信號中包含衛(wèi)星信號、干擾和背景噪聲；每一路AD中頻采樣信號經(jīng)過相同的級聯(lián)陷波處理后，再經(jīng)過一個N階FIR濾波器。{wmn}，n＝1，2，…，N，m＝1，2，…，M為其空時自適應(yīng)濾波器的權(quán)系 數(shù)，也叫權(quán)矢量，wmn與接收陣元m后的FIR各抽頭的輸入信號xmn經(jīng)過乘法器相乘，所有乘積通過加法器累加后得到接收陣元m后的濾波輸出信號；對各接收陣元后的濾波輸出信號相加得到空時濾波器的輸出信號y。每個節(jié)拍的時間延時T，要求T小于1/B，B為信號帶寬；每路中頻采樣信號總的延時長度(N-1)T。第m路中頻采樣信號經(jīng)過FIR濾波器各抽頭輸入信號為xm1(i)＝xm(i)，xm2(i)＝xm(i-1)，……，xmN(i)＝xm(i-N+1)。用X表示輸入信號矩陣為：X＝[x11，x12，…，x1N，x21，x22，…，x2N，…，xM1，xM2，…，xMN]T；(2)根據(jù)陷波輸出的中頻數(shù)據(jù)，計算協(xié)方差矩陣R＝E[XXH](MN×MN維)；R寫成M×M個子陣形式，每個子陣包含N×N個元素。主對角線上子陣都是Hermite型Toeplitz矩陣，即子陣內(nèi)元素復(fù)共軛對稱，并且主對角線和平行于主對角線的各對角線上的元素相等；下三角子陣都是一般的Toeplitz矩陣，即子陣內(nèi)主對角線和平行于主對角線的各對角線上的元素相等。(3)求解多線性約束的最小方差方程，由線性約束最小方差準(zhǔn)則，該空時濾波器可以描述為以下最優(yōu)化問題：其中，y(i)為空時濾波器的輸出信號，E{}表示對{}中的內(nèi)容進行加權(quán)平均，Min表示取最小，s.t.(subjectto)的含義是數(shù)字證明中的使得……滿足約束條件，在式(8)中即CHw＝b。若ωs，ωt分別表示空間歸一化頻率和時間歸一化頻率，表示可羅奈克積(Kroneckerproduct)，則空時二維導(dǎo)向矢量寫成：其中，空間導(dǎo)向矢量Ss和時間導(dǎo)向矢量St分別表示為：第k個約束矩陣是當(dāng)角頻率為ωk的單位平面波以θk入射到陣時，陣的輸出(即陣的響應(yīng))為bk，可以得到第k個約束方程為：K為約束矩陣的個數(shù)。約束矩陣C＝[c1，c2，…，cK]，輸出響應(yīng)矢量b＝[b1，b2，…，bK]T，b1＝b2＝……＝bK＝1。利用拉格朗日乘子法可以推導(dǎo)出多約束最小方差處理器的解為：w＝R-1C(CHR-1C)-1b利用最優(yōu)權(quán)值進行空時濾波處理，得到空時濾波后的基帶信號y(i)為：y(i)＝x1(i)+w21x2(i)+…+w2Nx2(i-N+1)+…+wM1xM(i)…+wMNxM(i-N+1)。實施例二，一種基于空時濾波的自動增益控制裝置，如圖2所示，包括：均值計算模塊，用于在空時濾波開始后，對于輸出的基帶信號，每L個采樣點計算一次幅度均值E(|I|+|Q|)；其中，L為正整數(shù)，|I|為輸出的基帶信號中I路信號的幅度值，|Q|為輸出的基帶信號中I路信號的幅度值，E(x)表示對x進行加權(quán)平均；比值計算模塊，用于計算比值r(j)＝T/E(|I|+|Q|)；其中T為比值門限；增益計算模塊，用于計算增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)(j)＝α[r(j)-1]A(j-1)+A(j-1)，其中α為預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)因子；用計算出的增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)(j)更新原先保存的增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)(i-1)；j為計算增益正整數(shù)的次數(shù)序號，是正整數(shù)；放大模塊，用于將空時濾波后的基帶信號放大為A(j)倍后輸出，并輸入給所述均值計算模塊。本實施例的一種實施方式中，L的取值范圍是28～216，包括28和216。其它實施方式中，L可以根據(jù)仿真或?qū)嶒炛翟O(shè)置為其它值。本實施例的一種實施方式中，所述的裝置還包括： 門限計算模塊，用于根據(jù)期望自動增益控制的輸出有效位數(shù)Bit，計算比值門限在其它實施方式中，也可以根據(jù)其它方式設(shè)置所述比值門限；還可以計算并預(yù)置好該比值門限。本實施例的一種實施方式中，所述調(diào)節(jié)因子α＝2-6。其它實施方式中，調(diào)節(jié)因子可以根據(jù)仿真或?qū)嶒炛翟O(shè)置為其它值。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍。