一種改進的雙門限窄帶干擾抑制算法

算法分析

一

種改進的雙門限窄帶干擾抑制算法

奠小鵬梁光明敖字呂文龍

（國防科學技術(shù)大學電子科學與工程學院湖南長沙４１００７３）

摘要：變換域雙門限窄帶干擾抑制算法是處理擴頻信號中窄帶強干擾的一種有效算法，但是當信號功率過強時雙門限算法將會失效。基于傳統(tǒng)

的雙門限算法，提出了一種改進型雙門限窄帶干擾抑制算法，研究了該算法的門限選取方法和干擾檢測機制。實驗結(jié)果表明，該算法能夠解決傳統(tǒng)雙

門限算法存在的問題，具有較好的性能。

關(guān)鍵詞：擴頻變換域干擾抑制門限

中圖分類號：ＴＮｇＩ４ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：１００７—９４１６（２ｏｌ３）１０—０１３３－０４

１引言

ＤＳ／ＦＨ混合通信體制憑借其較強的抗干擾能力和低檢測概率

成為軍事通信中最常用的通信手段【１１，其頻域特征是擴頻信號的功

率譜淹沒在噪聲電平之下。ＤＳ／ＦＨ通信體制本身具有一定的抗窄

帶干擾能力，然而一旦強窄帶干擾功率過大，致使干信比超過系統(tǒng)

的處理增益，接收端解擴后將仍然無法正確恢復出信息。為了進一

步提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力，在解擴前應(yīng)預(yù)先對窄帶強干擾進行

處理。由于ＦＦＴ可以快速而高效地數(shù)字化實現(xiàn)，頻域干擾抑制技術(shù)

得到了深入研究和廣泛應(yīng)用。

擴頻信號和窄帶干擾信號在頻域上的特征區(qū)別比較明顯，可利

用這種區(qū)別來檢測并消除干擾，這就是頻域干擾抑制技術(shù)的基礎(chǔ)。

頻域干擾抑制的方法主要包括：Ｋ譜線法［２１、中值濾波法【３］、權(quán)值泄露

法嘲、門限法 １等。上述各算法中，以門限法應(yīng)用最為廣泛。其基本思

想是：先預(yù)設(shè)一個門限值，然后將幅值高于門限的譜線全部視為干

擾并進行抑制［嗣。但是若門限過低，有用信號可能會被誤判為干擾；

若門限過高，則不能有效地抑制窄帶強干擾啊。為解決這個問題，研

究者發(fā)展了基于前向連續(xù)均值去除（ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅ ｍｅａｎ

ｅｘｃｉｓｉｏｎ，ＦＣＭＥ）技術(shù)的雙門限干擾抑制算法［８１。

基于ＦＣＭＥ的雙門限干擾抑制算法是一種比較成熟的頻域算

法。然而，在衛(wèi)星通信、運動通信、ＧＰＳ導航等通信場景中，該算法會

出現(xiàn)一些新問題。如果擴頻信號功率具有大動態(tài)范圍，而同時白噪

聲功率是恒定值，那么接收信號信噪比也會在大動態(tài)范圍內(nèi)變化。

當接收信號具有低信噪比時，雙門限算法能夠正常識別并抑制干

擾，然而當接收信號具有大信噪比時，即使經(jīng)過頻譜擴展，信號主瓣

幅度仍然可能會遠高于噪聲電平，這時雙門限算法將難以識別信號

和干擾，從而導致算法失效。為解決這一問題，本文在雙門限算法的

基礎(chǔ)上提出了一種改進型算法。

２系統(tǒng)模型

某通信系統(tǒng)接收機變換域干擾抑制模塊系統(tǒng)模型如圖１所示。

輸入信號ｘ（ ）可表示為

ｘ（ｎ）＝ｓ（ｎ）＋ｗ（ｎ）＋ （，ｚ） （１）

匝

圖１變換域干擾抑制系統(tǒng)模型

圖２雙門限算法求取門限值流程圖

其中ｓ（ｎ）表示擴頻信號序列，ｗ（ ）表示高斯白噪聲序列， （ ）表

示窄帶干擾序列。

在做ＦＦＴ前需先對 （ｎ）進行加窗操作，目的是防止頻譜泄露。

同時，為了減少加窗造成的信噪比損失，可對數(shù)據(jù)序列ｘ（ｎ）采取分

路重疊加窗技術(shù)［９１。ＦＦＴ后，得到 （ ）的頻譜，其頻譜幅度可表示為

（Ｊ｝）＝１ （ ）Ｉ：ＩＲｅ［Ｘ（ｋ）］＋ｈｎ【 （后）］ｌ，七＝１，…，Ｎ （２）

在頻域?qū)φ瓗Ц蓴_進行檢測與抑制，然后做ＩＦＦｒ重新得到時域

信號。

３雙門限算法簡介

３．１算法原理

算法分為兩個步驟，一是求取門限值，二是依據(jù)門限值進行干

擾檢測與抑制。求取門限值的算法流程如圖２所示。

首先將一幀數(shù)據(jù)的頻譜幅度中（ ）按升序排序，然后選擇其中幅

值最小的Ｍ（Ｍ ｃⅣ，Ｍ可取Ｎ的５％～１Ｏ％）根譜線，它們可以認為是

“純凈”的，并將其記作更新集合。求出更新集合均值Ｅ 言∑中（ ）。

將 （ ）中其余Ｎ—Ｍ根譜線記作集合 ’（尼），（ ＝Ｍ＋１，…Ⅳ）。令預(yù)設(shè)低

門限系數(shù)刀與研中］的積為更新低門限，然后將 ）中的元素與更

新低門限作比較，把所有低于更新低門限的元素加入更新集合中，并

重新計算更新集合均值Ｅ’ 。并重復上述步驟，直到 七）中的元素

都不小于更新低門限。記此時的更新集合均值為 西ｋ 。最后再將預(yù)

設(shè)的高門限系數(shù)和低門限系數(shù)分別與 】 相乘即可得高、低門限。

在求出高低門限值后，就可利用門限對窄帶干擾進行檢測和抑

制。利用低門限可將頻譜信號分成一組組連續(xù)高于低門限值的

“簇”，然后再將所有的簇與高門限值相比較，若簇中存在高于高門

限的幅值，則判定該簇為干擾簇，并將整簇譜線進行抑制；反之則為

非干擾簇，可不做處理。

３．２算法的問題分析

上文描述的基于ＦＣＭＥ的雙門限算法適用于信號頻譜淹沒在

噪聲電平之下的擴頻系統(tǒng)，然而一旦接收信號功率較強，信噪比較

大，算法可能會失效。下面是用雙門限算法處理強信噪比擴頻信號

的實驗結(jié)果。

在圖３中，接收信噪比高達２５ｄＢ，干信比為４５ｄＢ。從第１００個點

到第１５ｏ＋點為信號主瓣，從第１５ｏ＋點到第２２ｏ＋點是窄帶干擾。可

見信號主瓣頻譜幅度已經(jīng)遠超高門限，導致有用信號也被檢測為干

擾從而被抑制掉。而在圖４中，在接收信號信噪比過大的情況下，即

使信號中不含任何干擾，算法也會把信號主瓣誤認為是干擾而抑

制。下面是圖４所示情況的時域仿真信號波形。

由圖５可見，本來輸入信號是不含干擾的純凈信號，但由于信號

產(chǎn)生損失，輸出信號波形反而產(chǎn)生了嚴重失真。這樣的結(jié)果在實際

通信系統(tǒng)中將會是非常嚴重的。

４改進型算法

針對基于ＦＣＭＥ的雙門限算法不能根據(jù)接收信號信噪比自適