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基于FPGA的衛(wèi)星接收機(jī)抗窄帶干擾實現(xiàn)方法與流程

文檔序號:12120304閱讀:504來源:國知局
基于FPGA的衛(wèi)星接收機(jī)抗窄帶干擾實現(xiàn)方法與流程

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。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,分別為時域自適應(yīng)抑制方法和變換域抑制方法。

時域自適應(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;由于信號中存在隨機(jī)噪聲,梯度值估計不準(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)確估計干擾頻點的位置。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

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

為實現(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位置參數(shù)矢量k(n)的估計;

(3)根據(jù)干擾頻點位置參數(shù)矢量k(n),采用模塊法計算時域有限沖激響應(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邏輯搭建的時域有限沖激響應(yīng)濾波器FIR;

(5)時域有限沖激響應(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:

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

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

第三,本發(fā)明采用FPGA及其軟核MicroBlaze來實現(xiàn),可以更快速的將實時更新的濾波系數(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)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式,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,以完成對干擾頻點位置參數(shù)k(n)的估計,然后根據(jù)k(n)采用模塊法設(shè)計濾波系數(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施步驟如下:

步驟1,將衛(wèi)星接收機(jī)接收到的N個中頻采樣數(shù)據(jù)存入FPGA設(shè)計的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,完成對干擾頻點位置參數(shù)矢量k(n)的估計。

(2a)初始化干擾頻點位置參數(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)的干擾頻點位置參數(shù),⊕表示加法運算,z-1表示時間延時因子,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,可以實現(xiàn)對兩個干擾頻點位置的估計;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個接收到的中頻采樣數(shù)據(jù)的均方值;

(2b)計算z域第一變換函數(shù)H1(z)的梯度估計值grad_1(n)和z域第二變換函數(shù)H2(z)的梯度估計值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)得到的兩個梯度估計值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)果迭代計算干擾頻點位置參數(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)得到的干擾頻點位置參數(shù)矢量k(n),采用模塊法設(shè)計濾波系數(shù)矢量wopt,其中濾波系數(shù)矢量wopt的第m個索引值,按如下公式計算:

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),wi表示干擾參數(shù),wi=acos(-ki0),window(m)為加窗函數(shù),J為濾波系數(shù)設(shè)計因子,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邏輯搭建的時域有限沖激響應(yīng)濾波器FIR。

步驟5,時域有限沖激響應(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)明的一個具體實例,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)。

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