本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抗窄帶干擾的實(shí)現(xiàn)方法，可用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)本身的一些先天因素的制約，造成了某些難以克制的弱點(diǎn)。例如衛(wèi)星導(dǎo)航信號到達(dá)地面接收機(jī)強(qiáng)度很微弱，很容易受到各種有意或者無意的干擾，導(dǎo)致衛(wèi)星接收機(jī)不能對導(dǎo)航信號進(jìn)行捕獲或者造成接收機(jī)失鎖；針對衛(wèi)星接收機(jī)的干擾信號一般可以分為窄帶干擾信號和寬帶干擾信號，工程上認(rèn)為的窄帶干擾信號定義為干擾信號帶寬為有用信號帶寬的10％以內(nèi)。

目前，對于抗窄帶干擾的方法主要有兩種，分別為時(shí)域自適應(yīng)抑制方法和變換域抑制方法。

時(shí)域自適應(yīng)抑制方法，如最小均方算法LMS，其主要依據(jù)梯度下降算法，每一次迭代都需要對梯度值進(jìn)行一次估計(jì)；由于信號中存在隨機(jī)噪聲，梯度值估計(jì)不準(zhǔn)，將導(dǎo)致對干擾信號帶寬為有用信號帶寬5％到10％的窄帶干擾不能進(jìn)行完全抑制。

變換域抑制方法，主要通過將接受數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，估計(jì)干擾位置，其在高采樣率和小樣本的情況下頻率分辨率很低，不能夠準(zhǔn)確估計(jì)干擾頻點(diǎn)的位置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有方法的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種基于FPGA的衛(wèi)星接收機(jī)抗窄帶干擾實(shí)現(xiàn)方法，以有效估計(jì)干擾頻點(diǎn)的位置和抑制接收機(jī)端的窄帶干擾。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下：

(1)將衛(wèi)星接收機(jī)抗接收的N個(gè)中頻采樣數(shù)據(jù)，送入FPGA的軟核MicroBlaze中，1000≤N≤10000；

(2)軟核MicroBlaze接收到這些中頻采樣數(shù)據(jù)后，使用Gauss-Newton自適應(yīng)算法完成對干擾頻點(diǎn)位置參數(shù)矢量k(n)的估計(jì)；

(3)根據(jù)干擾頻點(diǎn)位置參數(shù)矢量k(n)，采用模塊法計(jì)算時(shí)域有限沖激響應(yīng)濾波器FIR的濾波系數(shù)矢量wopt；

(4)軟核MicroBlaze將濾波系數(shù)矢量wopt傳遞給FPGA邏輯搭建的時(shí)域有限沖激響應(yīng)濾波器FIR；

(5)時(shí)域有限沖激響應(yīng)濾波器FIR將接收到的濾波系數(shù)矢量wopt作為濾波系數(shù)，對衛(wèi)星接收機(jī)接收到的中頻采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，完成對窄帶干擾信號的抑制；

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

第一，本發(fā)明采用雙時(shí)域并行處理的方法，一路為使用時(shí)域自適應(yīng)估計(jì)干擾頻點(diǎn)位置參數(shù)，另一路為使用時(shí)域有限沖激響應(yīng)濾波器FIR對干擾信號進(jìn)行抑制，提高了信號處理的實(shí)時(shí)性。

第二，本發(fā)明采用時(shí)域自適應(yīng)方法對干擾頻點(diǎn)位置參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，克服了使用快速傅里葉變換對干擾頻點(diǎn)位置參數(shù)估計(jì)的不準(zhǔn)確性，提高了對干擾頻點(diǎn)位置參數(shù)估計(jì)的穩(wěn)定性。

第三，本發(fā)明采用FPGA及其軟核MicroBlaze來實(shí)現(xiàn)，可以更快速的將實(shí)時(shí)更新的濾波系數(shù)矢量傳遞給FPGA邏輯搭建的濾波器，提高了通信效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明對FPGA的功能劃分圖；

圖2為本發(fā)明通過FPGA進(jìn)行自適應(yīng)信號處理的原理圖；

圖3為本發(fā)明中二階格型IIR自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明中采用的三角級聯(lián)濾波結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參照圖1，本發(fā)明在FPGA的RAM中存儲N個(gè)中頻采樣數(shù)據(jù)，并通過FPGA中的軟核MicroBlaze接收這些采樣數(shù)據(jù)后，再使用Gauss-Newton自適應(yīng)算法對這些接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以完成對干擾頻點(diǎn)位置參數(shù)k(n)的估計(jì)，然后根據(jù)k(n)采用模塊法設(shè)計(jì)濾波系數(shù)矢量wopt，最后將得到的濾波系數(shù)矢量wopt傳遞給時(shí)域有限沖激響應(yīng)濾波器FIR，完成對窄帶干擾信號的抑制。

參照圖2，本發(fā)明對FPGA中軟核MicroBlaze接收的這些采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行信號處理，完成對窄帶干擾信號抑制的具體實(shí)施步驟如下：

步驟1，將衛(wèi)星接收機(jī)接收到的N個(gè)中頻采樣數(shù)據(jù)存入FPGA設(shè)計(jì)的RAM中，1000≤N≤10000。

步驟2，F(xiàn)PGA中的軟核MicroBlaze接收RAM中存儲的N個(gè)中頻采樣數(shù)據(jù)，使用Gauss-Newton自適應(yīng)算法對這些接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成對干擾頻點(diǎn)位置參數(shù)矢量k(n)的估計(jì)。

(2a)初始化干擾頻點(diǎn)位置參數(shù)矢量k(n)＝[k₁₀(n) k₂₀(n)]^T和Hession矩陣其中k₁₀(n)表示z域第一變換函數(shù)H₁(z)對應(yīng)的干擾頻點(diǎn)位置參數(shù)，k₂₀(n)表示z域第二變換函數(shù)H₂(z)對應(yīng)的干擾頻點(diǎn)位置參數(shù)；

所述z域第一變換函數(shù)H₁(z)和z域第二變換函數(shù)H₂(z)表示如下：

該z域的第一變換函數(shù)H₁(z)和第二變換函數(shù)H₂(z)的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，其中，α表示自適應(yīng)濾波器的開口控制因子，k₀表示對應(yīng)的干擾頻點(diǎn)位置參數(shù)，⊕表示加法運(yùn)算，z^-1表示時(shí)間延時(shí)因子，x(n)表示自適應(yīng)濾波器的輸入信號，y(n)表示自適應(yīng)濾波器的輸出信號；

由z域第一變換函數(shù)H₁(z)和z域第二變換函數(shù)H₂(z)一起形成的三角級聯(lián)濾波結(jié)構(gòu)，如圖4所示，該圖4對角線上的z域變換函數(shù)相同，可以實(shí)現(xiàn)對兩個(gè)干擾頻點(diǎn)位置的估計(jì)；上標(biāo)T表示矩陣轉(zhuǎn)置，-1≤k₁₀(n)≤1，-1≤k₂₀(n)≤1，k₁₀(n)≠k₂₀(n)，D表示N個(gè)接收到的中頻采樣數(shù)據(jù)的均方值；

(2b)計(jì)算z域第一變換函數(shù)H₁(z)的梯度估計(jì)值grad_1(n)和z域第二變換函數(shù)H₂(z)的梯度估計(jì)值grad_2(n)：

grad_1(n)＝2x(n-1)-(1+α)y(n-1)，

grad_2(n)＝2x(n-1)-(1+α)y(n-1)，

其中n表示迭代次數(shù)，0<n<N，x(n-1)表示二階格型IIR自適應(yīng)濾波器的第n-1次迭代輸入信號，y(n-1)表示二階格型IIR自適應(yīng)濾波器的第n-1次迭代輸出信號；

(2c)根據(jù)得到的兩個(gè)梯度估計(jì)值grad_1(n)和grad_2(n)，形成梯度矢量ψ(n)＝[grad_1(n) grad_2(n)]^T；

(2d)根據(jù)梯度矢量ψ(n)和Hession矩陣P(n)，迭代計(jì)算當(dāng)前的Hession矩陣:其中λ表示遺忘因子，0<λ<1；

(2e)根據(jù)梯度矢量ψ(n)和Hession矩陣P(n+1)，計(jì)算最佳收斂因子其中τ(n)＝ψ(n)^TP(n+1)ψ(n)；

(2f)根據(jù)(2c)-(2e)的結(jié)果迭代計(jì)算干擾頻點(diǎn)位置參數(shù)矢量：k(n+1)＝k(n)-μP(n+1)ψ(n)e(n)，其中e(n)表示二階格型IIR自適應(yīng)濾波器輸出的誤差信號。

步驟3，根據(jù)得到的干擾頻點(diǎn)位置參數(shù)矢量k(n)，采用模塊法設(shè)計(jì)濾波系數(shù)矢量wopt，其中濾波系數(shù)矢量wopt的第m個(gè)索引值，按如下公式計(jì)算：

其中L表示濾波系數(shù)矢量wopt的長度，m表示濾波系數(shù)矢量wopt的索引號，1≤m≤L，為沖激函數(shù)，w_i表示干擾參數(shù)，w_i＝acos(-k_i0)，window(m)為加窗函數(shù)，J為濾波系數(shù)設(shè)計(jì)因子，其中E[window(m)]表示窗函數(shù)的均值。

步驟4，F(xiàn)PGA中軟核MicroBlaze將濾波系數(shù)矢量wopt傳遞給FPGA邏輯搭建的時(shí)域有限沖激響應(yīng)濾波器FIR。

步驟5，時(shí)域有限沖激響應(yīng)濾波器FIR將接收到的濾波系數(shù)矢量wopt作為濾波系數(shù)，完成對衛(wèi)星接收機(jī)中窄帶干擾信號的抑制。

以上描述僅是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例，不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，顯然對于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，在了解了本發(fā)明內(nèi)容和原理后，都可能在不背離本發(fā)明原理、結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修改和改變，但是這些基于本發(fā)明思想的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。