一種單頻及多頻gnss信號窄帶干擾抑制裝置、系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單頻及多頻GNSS信號窄帶干擾抑制裝置、系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GlobalNavigat1n Satellite System，GNSS)信號在全球范圍內(nèi)提供全天候、實時、連續(xù)的高精度位置信息、速度和時間信息，在人們生活中發(fā)揮著日益重要的作用。
[0003]GNSS信號采用擴頻通信技術(shù)，本身具有強抗干擾能力，其抗干擾能力由擴頻處理增益及帶寬決定。但在實際通信中，由于信號發(fā)射功率、設(shè)備實現(xiàn)成本及受增大帶寬代價的限制，擴頻通信的抗干擾能力是有限的。GNSS信號到達接收天線的信號十分微弱，通常淹沒在噪聲之中，容易受到外界干擾，特別是人為的干擾。當(dāng)干擾信號功率超過擴頻通信的抗干擾容限時，通信性能就得不到保證，必須使用抗干擾技術(shù)來保證通信質(zhì)量。按照干擾帶寬相對于GNSS信號帶寬的大小，將其分為寬帶干擾和窄帶干擾兩種。其中，對GNSS接收機影響最大、最常見的干擾類型是窄帶干擾。擴頻通信中的窄帶干擾抑制(Narrow BandInterference,NBI)技術(shù)通常在解擴處理之前進行，削弱窄帶干擾部分，提高接收信號的載噪比。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的窄帶干擾抑制裝置主要分為時域的基于自適應(yīng)濾波的窄帶干擾抑制裝置和頻域的基于FFT(Fast Fourier Transform,快速傅立葉變換)/IFFT(InverseFast Fourier Transform，快速傅立葉逆變換)的窄帶干擾抑制裝置。時域濾波具有硬件實現(xiàn)復(fù)雜度高、收斂時間緩慢、群時延變化等缺點；頻域的基于FFT/IFFT的窄帶干擾抑制裝置是采用FFT計算接收到的信號的頻譜特性，在頻譜中查找干擾出現(xiàn)的頻點，并對該頻點的信號進行相應(yīng)的濾波處理，從而降低干擾在接收信號中的影響。頻域算法由于可以利用FFT/IFFT快速算法減少計算量，且能保證干擾抑制系統(tǒng)的線性相位，不存在收斂性問題，得到了廣泛應(yīng)用。
[0005]目前常見的針對單頻率GNSS信號的頻域濾波主要有以下兩種方式:
[0006]第一種方式，簡單的基于FFT/IFFT的干擾抑制技術(shù)，將GNSS信號通過加窗處理、FFT計算、NBI濾波處理以及IFFT計算后輸出，該方法雖然可以去除窄帶干擾，但加窗處理在降低FFT時的頻譜泄漏，避免干擾擴散至其他頻點的同時，存在引起輸入信號畸變，導(dǎo)致輸出信號的信噪比受到損失的缺點。
[0007]第二種方式，基于0FFT(Overlapped Fast Fourier Transform，疊加的快速傅立葉變換)的干擾抑制技術(shù)，在第一種方式的基礎(chǔ)上，采用將GNSS信號分為兩路，分別經(jīng)1/2FFT塊長度延遲和不延遲，分別獨立進行加窗、FFT、干擾頻率剔除、IFFT后，然后按照一定的算法進行合路，該方法具有設(shè)計容易、可同時濾除多個窄帶干擾等優(yōu)點，但需要4個FFT (2個FFT模塊和2個IFFT模塊)引擎，硬件實現(xiàn)復(fù)雜度高，且頻率分辨率較低，對信號衰減較大。
[0008]隨著GNSS技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用需求的不斷提高，利用多系統(tǒng)信號進行聯(lián)合定位的多模多頻GNSS系統(tǒng)表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢。多模多頻接收機可同時接收多個頻率的衛(wèi)星信號，利用多系統(tǒng)聯(lián)合定位技術(shù)，使定位精度和可靠性得到更大的提高，迅速成為導(dǎo)航領(lǐng)域的研究和應(yīng)用熱點。但目前在多模多頻接收機中使用0FFT技術(shù)進行NBI濾波時，若同時接收N個頻率的衛(wèi)星信號，需要復(fù)制N個單頻率信號的0FFT處理模塊，此時硬件資源成本將成倍增加，同時還增加了系統(tǒng)功耗。
[0009]另外，在FFT/IFFT硬件實現(xiàn)時，通常采用典型的DIF (Decimat1n in Frequency,頻域抽取)進行FFT處理。即FFT計算數(shù)據(jù)按順序輸入，計算結(jié)果逆序輸出，采用這種結(jié)構(gòu)進行IFFT時，輸入數(shù)據(jù)之前要對數(shù)據(jù)進行緩存以調(diào)整順序的處理，這不僅占用大量存儲空間，且加大了流水處理延時，既提高了系統(tǒng)對存儲資源的需求，又降低了系統(tǒng)實時性。
[0010]為解決上述問題，提出一種逆序輸入順序輸出的FFT結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，解決了 IFFT帶來的額外存儲需求和流水遲滯問題，但是，GNSS輸入中頻信號按時域順序輸入，若按此方法，必須在加窗處理后FFT計算前對輸入數(shù)據(jù)順序按“倒位序”處理，以給FFT輸入的數(shù)據(jù)按FFT蝶形運算順序，同時保證了延遲M/2處理模塊和加窗處理模塊按時域順序處理，但是，“倒位序”處理需要增加存儲器進行存儲，耗費較大的硬件資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種單頻及多頻GNSS信號窄帶干擾抑制裝置、系統(tǒng)及其方法，能夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，實現(xiàn)對單頻率GNSS信號以及多頻率GNSS信號的窄帶干擾抑制。
[0012]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0013]依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種單頻GNSS信號窄帶干擾抑制裝置，所述裝置包括延遲模塊、加窗處理模塊、FFT計算模塊、NBI濾波處理模塊、IFFT計算模塊以及疊加處理模塊；
[0014]所述延遲模塊，用于接收一路GNSS信號，并將其延遲M/2個采樣點輸出給所述加窗處理模塊，其中Μ為FFT塊長度，具體為2的指數(shù)冪；
[0015]所述加窗處理模塊，用于接收一路GNSS信號，以及所述延遲模塊發(fā)送的延遲Μ/2個采樣點的GNSS信號，并對兩路時域GNSS信號分別進行加窗處理；
[0016]所述FFT計算模塊，包括實部輸入與虛部輸入，用于對經(jīng)過加窗處理的兩路GNSS信號中的一路實部輸入進行FFT計算，另一路虛部輸入進行FFT計算，并將計算得到的復(fù)數(shù)FFT信號進行分離計算得到兩路實數(shù)FFT信號；
[0017]所述ΝΒΙ濾波處理模塊，用于對經(jīng)過FFT計算的兩路頻域GNSS信號進行濾波處理；
[0018]所述IFFT計算模塊，包括實部輸入與虛部輸入，用于對經(jīng)過濾波處理的兩路頻域GNSS信號中的一路實部輸入進行IFFT計算，另一路虛部輸入進行IFFT計算，并將計算得到的復(fù)數(shù)IFFT信號進行分離計算得到兩路實數(shù)IFFT信號，并將其輸出；
[0019]所述疊加處理模塊，用于對接收的兩路時域GNSS信號進行疊加處理，得到一路時域GNSS信號，并將其輸出。
[0020]依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種單頻GNSS信號窄帶干擾抑制方法，所述方法包括:
[0021 ] S301、將單頻率的時域GNSS信號分為兩路，其中一路信號延遲M/2個采樣點，另一路信號不延遲，并將延遲后的以及未延遲的兩路GNSS信號分別進行加窗處理；
[0022]S302、將經(jīng)過加窗處理的兩路GNSS信號中的一路實部輸入進行FFT計算，另一路虛部輸入進行FFT計算，并將計算得到的復(fù)數(shù)FFT信號進行分離計算得到兩路實數(shù)FFT信號;
[0023]S303、將經(jīng)過FFT計算的兩路頻域GNSS信號進行濾波處理，并將經(jīng)濾波處理的兩路頻域GNSS信號中的一路實部輸入進行IFFT計算，另一路虛部輸入進行IFFT計算，并將計算得到的復(fù)數(shù)IFFT信號進行分離計算得到兩路實數(shù)IFFT信號；
[0024]S304、將經(jīng)過IFFT計算的兩路時域GNSS信號進行疊加處理，得到一路時域GNSS信號，以進行后續(xù)的解擴處理。
[0025]依據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種多頻GNSS信號窄帶干擾抑制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括單頻GNSS信號窄帶干擾抑制裝置以及至少一個預(yù)處理模塊、至少一個緩存處理模塊、至少一個緩存控制模塊、復(fù)用模塊、解復(fù)用模塊以及分時復(fù)用控制模塊；
[0026]所述預(yù)處理模塊，包括格式轉(zhuǎn)換單元以及信號檢測單元，用于在RF時鐘域下對接收到的GNSS信號進行格式轉(zhuǎn)換，并對格式轉(zhuǎn)換后的GNSS信號進行干擾信號檢測，以確定所述GNSS信號是否需要進行窄帶干擾抑制處理，且根據(jù)確定結(jié)果生成通道干擾抑制使能控制信號并發(fā)送給所述緩存控制模塊以及將檢測之后的GNSS信號輸出給所述緩存處理模塊；還用于將所述緩存處理模塊返回的GNSS信號輸出，以進行后續(xù)解擴處理；
[0027]所述緩存處理模塊，用于在RF時鐘域下寫入干擾信號檢測之后的GNSS信號，然后在所述緩存控制模塊的控制下讀出所述GNSS信號，并根據(jù)GNSS信號是否需要進行窄帶干擾抑制處理的確定結(jié)果，將讀出的GNSS信號返回給對應(yīng)連接的所述預(yù)處理模塊輸出或者發(fā)送給對應(yīng)連接的所述延遲模塊以及所述復(fù)用模塊；
[0028]所述緩存控制模塊，用于在系統(tǒng)時鐘域下向所述分時復(fù)用控制模塊發(fā)送所述通道干擾抑制使能控制信號以及緩存數(shù)據(jù)就緒指示信號，并接收所述分時復(fù)用控制模塊反饋的通道緩存讀使能信號，進而控制所述緩存處理模塊工作；
[0029]所述復(fù)用模塊，用于根據(jù)所述分時復(fù)用控制模塊發(fā)送的多通道復(fù)用控制信號，將依次接收的多個所述緩存處理模塊發(fā)送的未延遲的多個頻率的GNSS信號，以及多個所述延遲模塊發(fā)送的延遲的多個頻率的GNSS信號整合到一個通道中，并按照頻率的不同，分時段每依次發(fā)送頻率相同的延遲以及未延遲的兩路GNSS信號給所述加窗處理模塊；
[0030]所述解復(fù)用模塊，用于根據(jù)所述分時復(fù)用控制模塊發(fā)送的多通道解復(fù)用控制信號，對分時段接收的處于一個通道中的多個包含兩路信號的不同頻率的GNSS信號進行解復(fù)用，使多個兩路GNSS信號按照頻率的不同處在多個通道中，并分別發(fā)送給多個所述疊加處理模塊。
[0031]依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種多頻GNSS信號窄帶干擾抑制方法，其特征在于，所述方法包括:
[0032]S40UN個所述預(yù)處理模塊在RF時鐘域下，對接收的N個GNSS信號分別進行預(yù)處理，并將預(yù)處理之后的GNSS信號輸出給對應(yīng)連接的N個所述緩存處理模塊，同時還通過N個所述緩存控制模塊分別將通道干擾抑制使能控制信號發(fā)送給所述分時復(fù)用控制模塊；
[0033]S402、在RF時鐘域下N個所述緩存處理模塊在寫入地址依次相差M/4的情況下分別寫入N個GNSS信號，在依次寫滿之后，其對應(yīng)的N個所述緩存控制模塊依次發(fā)送緩存數(shù)據(jù)就緒指示信號給所述分時復(fù)用控制模塊；所述分時復(fù)用控制模塊根據(jù)所述緩存數(shù)據(jù)就緒指示信號以及之前接收的所述通道干擾抑制使能控制信號，生成通道緩存讀使能信號并依次反饋給N個所述緩存控制模塊；
[0034]S403、N個所述緩存控制模塊根據(jù)所述緩存讀使能信號分別控制N個所述緩存處理模塊讀出N個GNSS信號，若不需要對GNSS信號進行窄帶干擾抑制，將GNSS信號返回給對應(yīng)連接的所述預(yù)處理模塊輸出以進行后續(xù)解擴處理，結(jié)束當(dāng)前GNSS信號的抑制流程；若需要對GNSS信號進行窄帶干擾抑制，將GNSS信號發(fā)送給對應(yīng)連接的所述延遲模塊以及所述復(fù)用模塊；
[0035]S404、N個所述延遲模塊在系統(tǒng)時鐘域下，依次分別將接收的GNSS