一种基于单倍采样的卫星通信抗干扰技术的实现方法

摘要

一种基于单倍扩频码速率数字采样以及与之相关的干扰抑止与信号跟踪算法。通过单倍扩频码速率数字采样，将需要进行抗干扰的数据率降低到与扩频码速率相同，然后采用频域抗干扰算法，进行频域陷波。为了减少时域截短的影响，时域上采用了Hamming窗，并采用了数据重叠处理。干扰分析方面，为了降低计算量，对数据进行分块选择分析，避免数据重叠处理带来的计算量增倍。门限估计采用循环迭代，以应对时变干扰作用于模拟前端造成的信号特性影响。抗干扰完成之后，为了进行扩频信号的跟踪，采用时域延时滤波器，得到双倍扩频码速率的抗干扰后数据，以进行扩频码跟踪。

说明书

技术领域：

本发明涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种基于单倍采样的卫星通信抗干扰技术的实现方法。

背景技术：

当前，对卫星信号进行数字采样，并进行抗干扰处理，是卫星通信的一项重要技术。卫星通信是国内、国际提供骨干线路的三大通信网传输基础设施之一，它可以在任何地方提供接入服务，其灵活方便性是地面通信网不可替代的。卫星转发器是整个卫星通信网络的必经通道，网中所有信号都要通过转发器转发；而且，在它覆盖波束下的地球站都能向转发器发送信号，所以它特别容易受到各种有意或无意干扰的影响。

目前，在数字信号处理部分，对于抗干扰处理，一般有时域自适应滤波和频域自适应陷波两种方法。时域自适应滤波具有高计算量、收敛速度和稳定性的问题，而频域自适应陷波则要解决复杂的FFT与IFFT运算，以及由信号截短带来的频谱泄漏问题。同时，针对扩频通信的特殊性，一般采用至少两倍于扩频码速率的数据采样率，这进一步增加了计算量和实现复杂度。

上述提到的高复杂度的算法导致了其在低功耗小型化平台上实现的难度。针对卫星通信中抗干扰的特殊算法运算量要求，需要设计一种新的算法，使之降低至低功耗DSP可以允许的范围内，可以使小型化的卫星接收终端也同样具有良好的抗干扰性能。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于单倍采样的卫星通信抗干扰技术的实现方法。该方法涉及单倍扩频码速率数字采样以及与之相关的干扰抑止与信号跟踪算法。通过单倍扩频码速率数字采样，将需要进行抗干扰的数据率降低到与扩频码速率相同，然后采用频域抗干扰算法，进行频域陷波。并在抗干扰处理完成之后，采用时域延时滤波器，得到双倍扩频码速率的抗干扰后数据，以进行扩频码跟踪。

上述发明具体采用如下技术方案：

一种基于单倍采样的卫星通信抗干扰技术的实现方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)信号变频至基带后，对扩频信号以单倍于扩频码速率的速度进行数据采样；

(2)对单倍采样数据进行变形的分块频域抗干扰迭代处理；

(3)对经过抗干扰处理后的数据进行延时半码片滤波处理，得到双倍采样速率数据，进行迟早门运算以完成扩频码跟踪，用延时滤波的计算量开销代替了抗干扰的计算量开销。

此外，本发明的特征还包括：

步骤(2)中对单倍采样数据进行变形的分块频域抗干扰迭代处理具体过程包括对信号进行重叠加窗处理，将数据块分成两组，一组进行干扰分析与干扰抑止，另一组利用干扰分析的结果直接进行干扰抑止，上述两组处理过程在时间上是同步交错进行的，以确保干扰分析的实时性，并利用循环迭代的方式对干扰进行识别与抑止；将抗干扰后的数据重新组合。

上述步骤(2)中对单倍采样数据进行变形的分块频域抗干扰迭代处理后采用延迟滤波器得到双倍扩频码速率数据。

根据上述发明方法，该技术可以应用于卫星通信系统和其他扩频通信系统，特别是在低功耗DSP上实现具有抗干扰能力的卫星接收机。

本发明的优点：

(1)本发明方法在数字信号下变频之后，只进行单倍采样处理，将需要进行抗干扰的信号速率降至最低。

(2)本发明中所涉及的频域抗干扰算法，采用1/4DMA传输长度作为FFT处理窗口长度，干扰置零策略，利用时域Hamming窗抑止频谱泄漏，重叠处理抑止加窗造成的处理增益损失。传统的加窗重叠处理对所有数据进行重叠加窗，计算量加倍，且需要保留延迟后的数据，组织复杂，适合流处理而不适合以DMA为基础的块处理。为了适于DSP实现，同时减少计算量，本发明采用简化的重叠处理，使得抗干扰计算量对于不重叠处理不是加倍，而是1.75倍。

(3)本发明所采用的抗干扰算法具体分拆成频域干扰分析与频域干扰抑制两个过程，使得在不降低性能的基础上进一步降低抗干扰计算量。

(4)本发明采用循环迭代的方法，来得到合理的干扰判决门限，用来克服由于通信过程中信号干扰强度的变化而导致信号幅度变化并进一步引起频域干扰识别的门限同时变化的情况。

附图说明：

图1为本发明中频域抗干扰的具体流程图

图2为本发明方法中干扰分析的具体流程图

图3为本发明方法中进行扩频信号的跟踪的具体流程图

具体实施方式：

下面结合附图具体说明本发明。

本发明所述的一种基于单倍采样的卫星通信抗干扰技术的实现方法，其涉及单倍扩频码速率数字采样以及与之相关的干扰抑止与信号跟踪算法。

其主要原理是通过单倍扩频码速率数字采样，将需要进行抗干扰的数据率降低到与扩频码速率相同，然后采用频域抗干扰算法，进行频域陷波。为了减少时域截短的影响，时域上采用了Hamming窗，并采用了数据重叠处理。干扰分析方面，为了降低计算量，对数据进行分块选择分析，避免数据重叠处理带来的计算量增倍。门限估计采用循环迭代，以应对时变干扰作用于模拟前端造成的信号特性影响。抗干扰完成之后，为了进行扩频信号的跟踪，采用时域延时滤波器，得到双倍扩频码速率的抗干扰后数据，以进行扩频码跟踪。

纵观当前，卫星通信一般采用扩频通信体制。传统的扩频通信为了进行信号跟踪，一般采用至少两倍的采样速率。本发明在数字下变频之后，只进行单倍采样处理，将需要进行抗干扰的信号速率降至最低。本发明对卫星通信的体制没有特殊要求，可以通用于扩频通信系统，尤其对存在复杂干扰情况的低功耗应用环境，具有很灵活的应用方式。

如图1所示，上述提到的频域抗干扰算法是通信中抑止窄带干扰的有效手段。本发明中采用1/4DMA传输长度作为FFT处理窗口长度，干扰置零策略，时域Hamming窗抑止频谱泄漏，重叠处理抑止加窗造成的处理增益损失。传统的加窗重叠处理对所有数据进行重叠加窗，计算量加倍，且需要保留延迟后的数据，组织复杂，适合流处理而不适合以DMA为基础的块处理。为了适于DSP实现，同时减少计算量，本发明采用简化的重叠处理，使得抗干扰计算量对于不重叠处理不是加倍，而是1.75倍。

另外，为了在不降低性能的基础上进一步降低抗干扰计算量，在上述的基础上，本发明进一步将抗干扰算法分拆成频域干扰分析与频域干扰抑制两个过程。如图1所示，重叠部分直接利用相邻的前后两个干扰分析部分得到的分析结果进行干扰抑制。

如图2所示，由于干扰的强度是时变的，通过模拟前端后，由于模拟AGC基本被干扰控制，信号的幅度是时变的，频域干扰识别的门限也是时变的。本发明采用循环迭代的方法，对每个进行干扰分析的数据序列进行多次循环迭代以消除奇异值，其中奇异值的判定取决于系统设计中对干扰信号的定义与实际测试数据，最终得到合理的干扰判决门限和干扰抑制后的基带信号。

如图3所示，在完成抗干扰之后，为了进行扩频信号的跟踪，本发明采用FIR延时滤波器对单倍抗干扰后数据进行处理，得到半扩频码片延迟数据，从而得到两倍扩频码速率数据。滤波器的设计基于以下的设计原理：理想的延迟滤波器在全频段内具有恒定的幅度相应和线性的相位相应。在获得延迟半码片数据后，不需要再次运算，只通过数据移位，就可以同时得到超前半码片数据。在此基础上，采用传统的迟早门和二阶数字锁相环，完成扩频码的跟踪。最终将上述计算得到的误差调整量反馈至数字频率振荡器(NCO)，实现扩频码速率的精确调整。

以上是本发明方法的几种实施方式之一，对于本领域内的一般技术人员，不花费创造性的劳动，在上述实施例的基础上可以做多种变化，同样能够实现本发明的目的。但是，这种变化显然应该在本发明的权利要求书的保护范围内。