专利名称：一种gps弱信号的捕获技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种自适应信号处理技术，具体地说是一种GPS信号的窄带干扰抑制技术。
背景技术：
GPS是Navigation Satellite Timingand Ranging/Global Positioning System 的缩写词NAVSTAR/GPS的简称。它的含义是，采用导航卫星进行测时和测距构成的全球定位系。GPS从1973年美国国防部正式提出到1993年底建成，历时20年。目前，GPS的应用已深入各个领域。在航海方面，船舶航行、海上交管、海洋测量、石油勘探、远洋捕捞、浮标建立、海底管道和电缆铺设、海岛和暗礁定位、船舶进出港引航等广泛应用。在航空方面，飞机进场着陆、飞行导航、空中加油、空中准确投掷、空中交管等普遍使用。在大地测量方面，由于精密定位的大地测量接收机的出现，给大地测量带来了革命性的变化，成为GPS应用的重要分支。此外，在军事上、在空间技术上、在陆地上、甚至在人们的日常生活中，都无处不在。由于GPS信号是从20000千米外的中地轨道传输过来，因此接收到的信号功率大约为现10-6瓦。这个功率同GPS的Ll或L2载频上IMHz带宽内包含的噪声功率相差不多。 如果有人为干扰附加到自然噪声上，GPS信号接收将成为十分困难的事情。现有GPS接收技术面临严重的射频干扰问题。卫星与GPS接收机之间的通信采用直接扩频通信技术，射频前端接收机接收信号功率低于热噪声约20dB的C/A码信号。经低噪声放大器、混频器、滤波器、可变增益放大器和A/D转换器，最后输出数字信号，再由后级数据相关器恢复出信号。集成射频前端接收机芯片的最后一级是一个A/D转换器。通常，在满足系统指标的情况下，采用最简单的1位A/ D转换电路，以简化电路和降低功耗。但采用最简单的1位A/D转换器时，在高斯噪声系统中，经过转换后的信噪比会降低1. 96dB,即A/D转换器的转换增益为-1. 96dB。专利号CN1248322的专利“具有自适应模数转换器的过程控制变送器”，主要是设计过程控制系统中的变送器，使用的是一般的数字滤波器，滤波效果不佳。2004年发表的 《自适应Sigma-Delta A/D转换器的设计》对传统的Sigma-DeItaA/D转换器进行了改进，设计了误差自校正电路。但是在与将采样滤波器相乘的过程中会产生新的误差。本发明设计的窄带干扰抑制技术，通过自适应A/D转换器以及自适应滤波算法相结合实现对GPS信号中窄带干扰的滤除，可以应用于现有GPS接收机中，提高导航和定位精度。

发明内容
本发明的目的在于提供一种GPS窄带干扰抑制技术，实现对GPS信号精确的解算。本发明的目的是这样实现的它包括自适应A/D转换器、自适应卡尔曼滤波器及状态空间解算算法。利用自适应A/D转换器使得参考电压随输入信号的幅度自动调整，抑制窄带干扰，提高转换增益。利用基于自回归模型的卡尔曼自适应滤波器实现对窄带信号的滤除。本发明的工作原理为由于GPS信号能量分布在fV周围几百兆赫兹的频段内，而窄带干扰的能量集中在 fT处。在GPS的信号处理中，需要对C/A码进行扩频，即GPS接收机把输入信号与复制码进行相关运算，扩展窄带干扰的而频谱，以提高其抗射频干扰的能力。此方法虽然去除了大部分干扰功率，但是基于GPS信号的光滑的频谱，没有考虑短码或C/A码线状谱的因素。进行相关处理之后，GPS的能量集中在一个窄带内，而此时单频的能量就会发散。卫星与GPS接收机之间的通信采用直接扩频通信技术，射频前端接收机接收信号功率低于热噪声约20dB的C/A码信号。经低噪声放大器、混频器、滤波器、可变增益放大器和A/D转换器，最后输出数字信号，再由后级数据相关器恢复出信号。集成射频前端接收机芯片的最后一级是一个A/D转换器。通常，在满足系统指标的情况下，采用最简单的1位A/ D转换电路，以简化电路和降低功耗。但采用最简单的1位A/D转换器时，在高斯噪声系统中，经过转换后的信噪比会降低1.96dB，即A/D转换器的转换增益为-1.96dB。在有恒包络连续波(CW)干扰时，性能衰退更加严重。GPS的通信信道非常恶劣，存在各种干扰，如果采用自适应4位A/D转换器，参考电压可随输入信号的幅度自动调整，可抑制干扰，提高转换增 ο利用自适应Kalman滤波算法对AR(ρ)模型参数进行在线估计，因为模型参数随着时间推移而发生变化，因此把参数估计过程看作非平稳过程，引入过程噪声V1 (k)，假定AR 模型的状态方程是随机游动模型θ (t+1) = θ (t)+v(t)(1)其中v(t)是零均值平稳随机过程，相关阵为Q(t) =E[v(t)vT(t)] =ql(q为标量，是v(t)的方差)。显然这里的转移矩阵为单位阵。观测方程为x(t) = Xt (t) θ (t)+ ε (t)(2)其中XT(i) = {x(i-l),x(i-2),...,x(i-p)}为量测矩阵，ε (t)均值为零，方差为σ〗,其中|v(t)}和{ ε (t)}相互独立。令》的=》《|&)表示t时x(l)，乂2)...，x(t)所作的pXl参数向量的估计，由 Kalman滤波算法的递推公式可得b(t) = b(t-\) + g(t)a(t)(3)g(t) = K(t - \)XT (t)[XT (t)K(t - \)X{t) - Cts2]-1(4)其中新息过程=为标量，Kalman增益g(k)是pXl向量。设(1)、(2)确立的状态空间模型中状态滤波误差定义为e(t)，状态预报误差相关阵为K (t+Ι，t)，则卡尔曼滤波器原理可得e(t) = e(t)-b(t\xt)(5)K (t+1, t) = K(t)+Q(t)(6)其中K(t) = K(t，t-1)-g(t)Xt(t)K(t, t-1) (7)
方程(3)、(4)、(5)、(6)、(7)构成了自适应Kalman滤波算法对AR(ρ)模型參数的 状态估计过程。


图1是本发明的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述首先将接收信号通过自适应A/D转换器转换为数字信号，使得參考电压可随输入 信号的幅度自动调整。然后建立信号的状态空间自回归模型，为卡尔曼滤波器提供输入，利 用设计的自适应滤波算法实现对窄带干扰的滤除。算法具体工作原理如下设{Χτ⑴，i =p+l，p+2，···，N}为系统输入向量，且
权利要求
1.一种GPS窄带干扰自适应抑制技术，利用自适应A/D转换器、自适应卡尔曼滤波器及状态空间解算算法来实现，具体包括以下步骤(1)射频前端接收机接收信号由低噪声放大器、混频器、滤波器、可变增益放大器和A/ D转换器，所述器件依次连接，输出数字信号；(2)建立信号的状态空间自回归模型，卡尔曼滤波器提供输入；(3)利用自适应滤波算法实现对窄带干扰的滤除。
2.如权利要求1所述的一种GPS窄带干扰自适应抑制技术，其特征在于，自适应A/D转换器采用4位A/D转换器，参考电压可随输入信号的幅度自动调整，可抑制干扰，提高转换增 ο
3.如权利要求1所述的一种GPS窄带干扰自适应抑制技术，其特征在于，所述自回归模型建立步骤为(1)模型参数随着时间推移发生变化，把参数估计过程看作非平稳过程，引入过程噪声 v1 (k)，假定AR模型的状态方程是随机游动模型θ (t+1) = θ (t)+v(t) (1)其中v(t)是零均值平稳随机过程，相关阵为Q(t) =E[v(t)vT(t)] =ql(q为标量，是 v(t)的方差)。显然这里的转移矩阵为单位阵。观测方程为x(t) =XT(t) θ (t)+e (t) (2)其中XT(i) = {x(i-l),x(i-2),…，x(i-p)}为量测矩阵，ε (t)均值为零，方差为σ2ε， 其中Iv⑴}和{ε (t)}相互独立。令》0)=&。。表示1时1(1)，乂2广"，1(0所作的pXl参数向量的估计，由Kalman 滤波算法的递推公式可得b{t) = b(t-\) + g{t)a{t)(3)g{t) = Kit - l)Xr (t)[Xr (t)K(t - \)X(t) - ^2]1(4)其中新息过程= x(^)-JT 0)^^-1)为标量，Kalman增益g(k)是pXl向量。设(1)、(幻确立的状态空间模型中状态滤波误差定义为e(t)，状态预报误差相关阵为 K(t+1，t)，则卡尔曼滤波器原理可得e{t) = 0{t)-kt\xt)(5)K (t+1, t) = K(t)+Q(t) (6)K(t) = K(t，t-l)-g(t)XT(t)K(t，t-1) (7)方程(3)、(4)、(5)、(6)、(7)构成了自适应Kalman滤波算法对AR(ρ)模型参数的状态估计过程。
4.如权利要求1所述的一种GPS窄带干扰自适应抑制技术，其特征在于，所述的自适应滤波算法包括以下步骤设{Χτ⑴，i = ρ+Ι,ρ+2,…，N}为系统输入向量，且
全文摘要
本发明提供的是一种用于GPS系统中窄带干扰的技术，它包括自适应A/D转换器、卡尔曼滤波器以及干扰对消技术。由于GPS信号是从20000千米外的中地轨道传输过来，因此接收到的信号功率大约为现10-6瓦。这个功率同GPS的L1或L2载频上1MHz带宽内包含的噪声功率相差不多。有人为干扰附加到自然噪声上，GPS信号接收将成为十分困难的事情，现有GPS接收技术面临严重的射频干扰问题。通过分析GPS信号中窄带干扰的特点，首先利用自适应A/D转换器提高接收信号的转换增益，然后设计基于自适应回归模型的卡尔曼自适应滤波器，实时削弱窄带干扰信号。本发明使得GPS接收机可以高精度的接收无线电导航与定位信号，不再受窄带干扰的影响，提高GPS定位精度。
文档编号G01S19/21GK102495414SQ20111038491
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者张兰勇 申请人:哈尔滨功成科技创业投资有限公司