频域自适应陷波器抑制罗兰C中窄带干扰技术_孟庆萍

总第164期2008年第2期 舰船电子工程S h i pE l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g

V o l .28N o .2

52　

频域自适应陷波器抑制罗兰C 中窄带干扰技术

＊

孟庆萍1)

　周新力2)

　刘华芹

1)

(海军航空工程学院研究生管理大队1)　烟台　264001)(海军航空工程学院电子信息工程系2)　烟台　264001)摘　要　目前罗兰C 接收机采用固定频率点的模拟陷波器抑制窄带干扰,针对固定频率点的模拟陷波器在抑制窄带干扰方面的缺陷,提出将频域自适应陷波器应用于罗兰C 窄带干扰的抑制,克服了时域自适应陷波器收敛慢等缺点。通过仿真,此陷波器具有较好的抑制窄带干扰的能力。

关键词　罗兰C ;窄带干扰;频域陷波器中图分类号　T N 914

1　引言

窄带干扰(N a r r o w-B a n dI n t e r f e r e n c e N B I )是通信和数字信号处理系统中普遍存在的一种干扰,由于其电平相对于有用信号电平特别大,经常将有用信号淹没,从而影响了系统的正常运行。同时由于N B I 的频谱相对于有用信号的频谱占用的带宽非常窄,故称其为窄带干扰。从宽带信号中消除N B I 的能力是现代通信和数字信号处理系统设计中的重要问题。

2　罗兰C 系统

[1]

2.1　罗兰C

信号形式

图1　罗兰C 脉冲形状与频谱

罗兰C 系统是一种精密的远程无线电导航系统,它在全世界范围内获得了广泛的应用。罗兰C 台都发射具有标准脉冲前沿特性的信号。每一脉

冲的载频都是100k H z ,理论上罗兰C 脉冲定义为:

p (t )=

t <τ

A (t -τ)2

e x p

-2(t -τ)

65

s i n (0.2π+p c )τ≤t ≤65(1)

式中:A 是与峰值天线电流(安培)有关的标准化常数;t 是时间,单位u s ;τ是包周差(E C D ),单位u s ,定义为标准采样点前后包络时间位置的有效漂移;

p c 是相位编码参数,单位r a d 。

脉冲的形状和频谱如图1所示。2.2　影响罗兰C 信号的N B I 分类

根据罗兰C 接收机的最低性能标准(M P S M i n i m u mP e r f o r m a n c e S t a n d a r d s ),在罗兰C 接收机中接收到的信号中,N B I 主要分为3类。

(1)同步干扰:其干扰频率可表示为:

f i n t =

N×1

2G R I

　N=1,2,3,……;(2)

(2)近同步干扰:其干扰频率可表示为:

f i n t =(N+q )×12G R I N=1,2,3,……,

(3)

设f b 为接收机的跟踪带

宽,则有0

2G R I

;(3)非同步干扰:其干扰频率可表示为:

＊

收稿日期:2007年6月29日,修回日期:2007年7月18日

作者简介:孟庆萍,女,硕士研究生,研究方向:导航新技术。周新力,男,教授,博士生导师,研究方向:导航新技术。

刘华芹,女,硕士研究生,研究方向:导航新技术。

f i n t =

(N+q )×1

2G R I

　N =1,2,3,……,(4)

设f b 为接收机的跟踪带宽,则有q ×1

2G R I >f b

。

图2　影响罗兰C 信号的N B I 分类

以上所列出的三种不同的N B I ,对接收机的影响也是不同的。

(1)同步干扰:会引起时间测量的固定偏差,同时,由于同步

干扰引起了罗兰C 脉冲包络的变形而引入

了周期识别误差。

(2)近同步干扰:会引起时间测量的振荡,振荡的幅度和信干比有关。

(3)非同步干扰:和白噪声对于接收机的影响非常接近。

由以上可以看出,影响罗兰C 接收机性能的N B I 主要是同步干扰和近同步干扰,而对于非同步干扰的处理采用对随机噪声的处理方法。

3　现有罗兰C 接收机中对窄带干扰的抑制技术

[2]

目前罗兰C 接收机主要采用2个固定频率点的模拟陷波器抑制窄带干扰,这种方法的缺陷是显

而易见的:

(1)模拟陷波器频率点是固定的,而N B I 的频率点却是千变万化的,尤其是随着环境的变化更是如此,这样如果N B I 的频率点和陷波器的频率点差异较大,那么目前的陷波器就失去了其功能。

(2)陷波器的数量是固定的,这样不能随着N B I 频率点数量的变化而变化,如果在某一环境下N B I 的数量多于两个,就会对接收机的性能有很大的影响。

(3)模拟陷波器主要靠硬件来实现,难以克服模拟滤波器本身的一些缺陷。如:硬件比较复杂,滤波的精度低,稳定度低,等等。

因此,目前的罗兰C 接收机在通过固定频率点的陷波器对N B I 抑制不能满足性能要求的情况下通过脉冲的累加和平均来抑制大部分的N B I ,而文献[3]说明平均对于同步干扰是没有抑制作用的。只对近同步干扰有一定的抑制作用,所以脉冲

的累加和平均不仅对于N B I 的抑制效果是有限

的,并且造成了接收机的数据更新速度较慢、实时性较差的缺点。而且实践证明如果N B I 的频率点变化比较大,或者有更多的N B I 时,通过脉冲的累

加和平均仍然不能满足接收机的要求,这种情况下接收机就不能正常工作了。

基于以上的各种情况,本文提出了用频域陷波器来抑制窄带干扰。通过这种技术可以找到并抑制罗兰C 接收机频带范围内存在的不同频率点和不同数量的窄带干扰。

4　频域陷波器抑制窄带干扰

4.1　频域陷波器基本原理

[4]

抑制窄带干扰方法有时域自适应滤波法和变换域自适应滤波法。时域自适应滤波器主要是利用窄带干扰信号抽样值之间的相关性,以相邻的抽样值来预测当前干扰信号的抽样值,从而抑制窄带干扰。虽然时域自适应滤波器在理论上可以完全抑制窄带干扰,但是由于其自适应叠代算法需要一定的收敛周期,不利于对抗时变的窄带干扰和多音干扰。变换域自适应滤波器主要是把接收到的信号投影在变换坐标系内,使变换后的有用信号成分和窄带干扰信号成份分离,去除窄带干扰成份,再进行信号的重构,从而抑制窄带干扰。其常用的变换方式为重叠变换(l a p p e d t r a n s f o r m )和基于F F T 的频域变换。

基于F F T 变换的频域自适应滤波算法,其抑制窄带干扰的实质是应用多个正交的频率分量把信号能量分解到各个子带内,通过比较各子带的信号能量和预设能量判决门限B 的大小关系,对子带信号能量大于B 的子带进行抑制,否则不进行操作,从而实现对窄带干扰的抑制。如图3所示。

图3　窄带干扰抑制频域实现框图

4.2　频域陷波器抑制罗兰C 接收机中窄带干扰

由于罗兰C 信号的频谱在90-110K H z 内,而对它有干扰作用的窄带干扰的频谱和罗兰C 信号的

频谱是不重叠的。所以对含有窄带干扰的罗兰C 信号进行F F T 变换之后,信号的能量就自然的分解到不同的子带内了。而陷波模块需要预设能量判决门限B ,对子带信号能量大于B 的子带进行抑制,这一步的实质就是要判断哪一子带含有干扰以便于抑制。而鉴于罗兰C 信号与窄带干扰频谱并不重叠的特点,所以并无需设置此门限。只需要进行完F F T 之后进行峰值检测,然后判断此频率点是否位于90

53

2008年第2期 舰船电子工程