衛星導航接收機中頻域抗窄帶干擾算法指標評估

王彥朋 李玉瑩 王星

摘要：衛星導航接收機面臨著越來越多的大功率的干擾，對此建立了頻域抗窄帶干擾算法中的影響指標評價體系。詳細闡述了快速傅里葉變換中頻域塊長度選取，Nsigma門限檢測算法，抗干擾性能評估三方面對抗干擾算法當中的關鍵問題。仿真并驗證了該算法的正確性。

關鍵詞：Nsigma算法；頻域抗干擾；重疊處理

中圖分類號：TN973.3文獻標識碼：A

衛星導航接收機中的接收的信號都是經過擴頻調制處理的信號，擴頻調制會增強信號的抗干擾的能力。本文采用了基于Nsigma的門限檢測重疊變換的算法，主要考慮到變換域中頻域塊長度選取、通信數據的實時性和工程可實現等因素，以及對對衛星導航接收機中頻域抗窄帶干擾算法性能進行評估。

1 系統模型

在衛星導航接收機中，輸入信號r（t）由衛星信號s（t）、加性高斯白噪聲n（t）和干擾j（t）構成，表示為：

r（t）=s（t）+n（t）+j（t）（1）

其中s（t）是用于模擬衛星導航信號，n（t）噪聲為理想加性高斯白噪聲，用單音干擾j（t）作為窄帶干擾的模型。

變換域中干擾抑制的框圖如下所示。

衛星導航接收機經過天線收到的是經過擴頻處理后的信號，首先對信號進行解擴處理，然后進行A/D采樣并進行變頻處理，將高頻信號轉換為中頻信號。為了減少頻譜泄露，接著需要對其加窗，之后將其分塊并進行快速傅里葉變換，將時域信號轉換為頻域信號，然后再進行干擾切除。最后進行快速反傅里葉變換并對抗干擾效果進行評估。

其中該方案實施過程中包括兩個：頻域塊長度的選擇，Nsigma門限檢測算法，抗干擾性能評估。

2.1 頻域塊長度

頻域干擾抑制處理過程中A/D采樣和量化長度都會對抗窄帶干擾處理之后信號的恢復產生一定的影響。在頻域對連續不間斷的時間信號進行頻譜處理時，快速傅里葉變換的時間，重疊相加時間，閾值計算和切除算法等信號處理的速度會產生一定的影響。

信號處理過程中，加窗處理會帶來一定的損耗，為了減小頻譜泄露，需要對其進行加窗處理。假設分段數據長度為N的話，并采用1/2的重疊方式，如圖3。窗函數會對頻譜產生一定的影響。經過對比實驗，窗函數選擇為BlackmanHarris窗，此窗函數主瓣寬度很寬，旁瓣峰值較高且衰減速度較快，可以使得頻譜泄露達到最小。

頻域抗干擾處理過程中，FFT處理長度為N，N點傅里葉變換的復雜度為：乘法次數為2Nlog2N次和加法次數為3Nlog2N次。IFFT中的計算次數與FFT變換次數相同。將頻域進行切塊處理之后，每一個塊處理時間為tmax，當采樣頻率設置為fs可得出：

tmax=N/fs（2）

為了滿足對接收的數據進行實時處理，需要使得：

tmaxtFFT+t算法處理+tIFFT+t信號延時（3）

2.2 Nsigma門限檢測算法

Nsigma算法是就是利用頻譜圖上有用信號和干擾的頻譜差異來抑制干擾。該算法利用導航信號的頻譜具有高斯分布的特性進行算法的實施。

每個FFT頻域塊內計算處其均值μ和標準σ。門限計算公式為：

Th=μ+Aσ（4）

其中A為加權因子，通過干擾有無時的統計特性來確定加權轉因子A的值。繪制頻域直方圖，直觀對比出有無干擾時的頻譜分布情況，如圖4所示：

圖4中左圖為無干擾時直方圖，右圖為添加干擾后直方圖。添加干擾后的高幅值的頻譜的個數明顯增多。經過多次實驗，將門限設置在30和38之間的時候最為合理。通過不斷對比實驗，確定參數A的值并使其抗干擾性能最優。

2.3 抗干擾性能評估

采用干擾頻譜切除的方法對導航接收機收到信號頻域抗窄帶干擾處理，被切除的頻譜大部分是干擾的所呈現出的頻譜，但是也會切除部分不重要信號的頻譜成分，則無法準確對比出抗干擾后的信噪比，因而從信號功率方面對其進行抗干擾性能評估。當其干信比為50dB時，頻域切除算法效果圖：

如圖5所示抗干擾前后頻域波形圖。左圖在干擾頻點位置上形成一個尖峰；右圖為抗干擾后頻譜圖，通過Nsigma算法，干擾被抑制，尖峰明顯消除，留下有用信號。

3 結語

本文采用了基于Nsigma的門限檢測算法，主要考慮到變換域中頻域塊長度選取、通信數據的實時性和算法評估三個方面。基于Nsigma的門限檢測算法處理過程中占用較少的資源，工程中易于實現。本文提供的方法具有一定的工程參考價值。

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作者簡介：王彥朋 （1969），男，漢族，河北石家莊人，教授，主要研究方向：電子信息技術；王星 （1993），男，漢族，河北承德人，主要研究方向：衛星導航應用。

*通訊作者：李玉瑩 （1990），女，漢族，河北石家莊人，碩士研究生，主要研究方向：導航抗干擾處理、信號處理。