北斗卫星导航信号时域窄带干扰抑制仿真

时域窄带干扰抑制仿真
1. 原理
窄带干扰是指其所占带宽远小于卫星导航信号带宽的干扰，如单音干扰、多音干扰、脉冲调制单音干扰、窄带高斯干扰和其它可能的窄带干扰信号。

单音和多音干扰是最典型的窄带干扰模型，较其它干扰更容易产生，对卫星导航接收机具有较大的干扰效果。

时域窄带干扰抑制的方法主要分为两类：有限冲激响应（FIR ）陷波和无限冲激响应（IIR ）陷波。

FIR 陷波器在扩频系统窄带干扰抑制中显示出不足。

这是因为：为了保留有用信号，总是希望得到一个足够尖锐的带阻滤波器，它的中心频率和要抑制的干扰信号频率一致。

为了获得满意的尖锐截止特性，FIR 陷波器需要的阶数相当高，从而导致计算量较大。

与FIR 陷波器相比，自适应IIR 陷波器可以较少的陷波器系数实现相同的陷波带宽和相似的陷波性能。

因此，IIR 陷波器变得极具吸引力，利用二阶IIR 陷波器就可以实现较为陡峭带阻特性。

陷波器参数估计模块首先对输入信号进行检测，如果接收信号中不存在干扰, 则将IIR 陷波器旁路；如果接收信号中存在干扰，对干扰信号的参数（瞬时频率、功率等）进行估计，并将参数传送给自适应IIR 陷波器以调整陷波器的系数。

自适应IIR 陷波器根据估计的干扰参数实时调整陷波器系数，跟踪干扰的变化。

本仿真中IIR 滤波器复频域响应为式（1）
000012
122
()()
()()()
1212j j j j z e z e H z z e z e z z z z ωωωωααβαβα--------=
--++=
++1
10Re()
cos ()cos ()
z z
ωβ--==-
2. 实验结果 （1）仿真条件
本仿真设置条件：输入含有单音干扰和加性高斯白噪声的卫星导航信号，伪码速率2.046MHz ，中频为5MHz ，信号功率-160dBW ，载噪比55dB ，采样速率40MHz 。

（2）仿真结果分析
输入信号时域采样信号如图1所示。

图1 信号时域采样信号
从图1中看出在采样信号在时域完全被噪声淹没，看不出明显的干扰信号。

对采集到的信号做FFT ，采样信号FFT 如图2所示。

图2 采样信号FFT
从图2中看出，通过对含有噪声和干扰的导航信号做FFT 变换到频域，有一个明显的波峰，较其他值大很多。

并且这个波峰所在频点是15MHz 。

仿真中IIR 滤波器的参数α取0.9，β随检测到的干扰所在频点自适应改变，本次仿真频点上β取值是0.7114。

IIR 滤波器频域响应特性如图3所示。

00.51 1.5
2 2.5
3 3.5
4
x 10
4
时域采样信号
t
A m p i t u d
e
00.5
1
1.5
2
x 10
7
0.01
0.020.03采样信号FFT
Frequency/Hz
A m p i t u d e
图3 IIR 滤波器频域响应特性
比起IIR 滤波器，当其极点在单位圆外时，FIR 滤波器可能造成系统的不稳定，本仿真IIR 滤波器零极点分布如图4所示。

滤波器的极点都在单位圆外，因此系统稳点。

图4 IIR 滤波器零极点分布。

导航信号经过滤波后单频干扰消失，干扰抑制后信号频域特性如图5所示。

图5 干扰抑制后信号频域特性
00.10.20.30.4
0.50.60.70.80.91
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
IIR 滤波器频域响应特性
frequency
A m p i t u d e
Real Part
I m a g i n a r y P a r t
陷波器
零极点
0.5
1
1.5
2
x 10
7
0123456x 10
-3
干扰抑制处理后信号fft
Frequency/Hz
A m p i t u d e
从图5中可以看到，经过干扰抑制处理，原信号中15MHz的强分量被滤除，但是同时15MHz 及其附近的分量也被滤除，可能对非干扰的导航信号造成一定影响。