一种VHF频段突发信号的抗干扰处理系统

技术领域

本发明涉及VHF频段的通信技术领域，特别涉及一种VHF频段突发信号的抗干扰处理系统。

背景技术

甚高频VHF(Very high frequency)频段是指频率范围为30MHz到300MHz的频段，处于HF频段与UHF两个频段中间，该频段的信号不易受天气变化的影响、信息传输速率快、延时小，正是由于VHF频率范围的信号具备上述的一些优异性质，因而经常在调频广播信道、电视广播信道、长距离数据通信信道、紧急事件处理与军用电台信道、空中交通管制通信和空中导航系统的信道等等中应用。

在实际的项目测试过程中发现，该频段经常会混入一些干扰信号，这是由于频带的分配、时隙冲突等多重因素，难以避免来自其他无线通信系统的干扰或者恶意破坏。在这些干扰中，窄带干扰通常会比其他如加性噪声对系统造成更严重的恶化，并且窄带干扰往往随时间变化，会给系统性能的稳定性也会带来相当的影响。为了进一步降低误码率，有必要采取一定的措施抑制这种窄带干扰。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种VHF频段突发信号的抗干扰处理系统，在不影响正常接收功能的同时，能够尽可能躲避干扰，并具有处理一定干扰信号的能力。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种VHF频段突发信号的抗干扰处理系统，包括DBF模块、DDC模块、能量检测模块、载波同步模块、符号同步模块、自适应均衡器、帧同步模块、CRC模块、谱识别模块和零陷滤波器，其中：

所述DBF模块的输出端连接所述DDC模块，用于对多天线接收到的VHF频段突发信号进行DBF数字多波束合成进而增强来波方向的信号强度；

所述DDC模块的输入端连接所述DBF模块，输出端连接所述能量检测模块，用于对所述DBF模块DBF数字多波束合成后的信号进行下变频并传送至所述能量检测模块；

所述能量检测模块的输入端连接所述DDC模块，输出端连接所述载波同步模块，用于对接收到的突发信号进行能量检测并获取数据长度进而对长度异常的信号做干扰剔除处理，同时将正常接收到的信号传送至所述载波同步模块；

所述载波同步模块的输入端连接所述能量检测模块，输出端连接所述符号同步模块，用于载波频率偏移的估计与补偿：

所述符号同步模块的输入端连接所述载波同步模块，输出端连接所述自适应均衡器，用于符号同步后输出两倍符号速率的基带信号并提取单倍符号速率的信号传送至所述自适应均衡器；

所述自适应均衡器的输入端连接所述符号同步模块，输出端连接所述帧同步模块，用于通过已知训练序列的迭代获得收敛的滤波器系数进而对接收到的信号进行滤波处理以此提高解调概率；

所述帧同步模块的输入端连接所述自适应均衡器，输出端连接所述CRC模块，用于识别帧头位置信息并提取完成的帧序列；

所述CRC模块的输入端连接所述帧同步模块，输出端连接所述谱识别模块，用于对接收到的信号进行CRC校验，通过校验的信号为解调成功信号并输出该信号，若CRC校验不通过，则将信号送入所述谱识别模块；

所述谱识别模块的输入端连接所述CRC模块，输出端连接所述零陷滤波器，用于对CRC校验不通过的信号进行频谱检测，识别信号的频谱中是否存在窄带干扰，若存在窄带干扰，则将信号送入所述零陷滤波器；

所述零陷滤波器的输入端连接所述谱识别模块，输出端连接所述载波同步模块，用于对解调不通过的数据包信号进行频谱识别，针对带内出现的窄带干扰，采用零陷滤波的方法对干扰信号进行抑制进而将抑制干扰后的信号再次送入所述载波同步模块进行后续解调。

进一步的，还包括信道估算模块，所述信道估算模块的输入端连接所述符号同步模块，输出端连接所述DBF模块，用于接收所述符号同步模块发送的单倍符号速率的信号并通过对接收信号的信噪比和幅度检测评估信道质量进而调节DBF波束增益以此提高解调概率，同时调节所述能量检测模块的门限值以此提高检测概率。

优选的，在抗干扰处理系统中预存多组滤波系数，根据频谱检测到的干扰中心位置，选取相应的零陷滤波器。

进一步的，在推导更快收敛的滤波器系数采用递归最小二乘法RLS，假设观测到的信号矢量为X(l)，l＝0，1，...，n，则RLS的目标函数是使加权均方

RLS的算法描述为：

对系数矢量和相关矩阵初始化：w

其中δ是很小的正数；

计算预失真器输出：

误差估计：

计算卡尔曼增益矢量：

k

更新相关矩阵的逆：

R

系数矢量更新：w

其中，R

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

由于VHF频段的通信系统被调频广播信道、电视广播信道、军用电台信道、空中交通管制通信和空中导航系统等广泛使用，在实际通信系统中受到时隙上和频带上的冲突较多，干扰信号也多种多样。本发明一种VHF频段突发信号的抗干扰处理系统，采用多天线接收，利用DBF波束合成获取一定的抗干扰能力，同时具备时域信号能量检测功能，对长度异常的信号，进行剔除处理。将检测后提取出的信号送至载波同步和符号同步模块获取同步后的基带信号，采用自适应均衡器进一步降低信号的干扰，优化信号频谱，对CRC解调不通过的信号进行频谱检测识别，如果信号中存在窄带干扰，则根据干扰位置对信号进行零陷滤波，最后将抑制干扰后的信号重新送入同步模块进行解调。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本发明一种VHF频段突发信号的抗干扰处理系统的整体框架示意图；

图2是本发明一种VHF频段突发信号的抗干扰处理系统中信号能量检测图；

图3是本发明一种VHF频段突发信号的抗干扰处理系统中信号头尾识别图；

图4是本发明一种VHF频段突发信号的抗干扰处理系统中RLS算法的误差收敛图；

图5是本发明一种VHF频段突发信号的抗干扰处理系统中有用信号叠加窄带干扰信号图；

图6是本发明一种VHF频段突发信号的抗干扰处理系统中零陷滤波器频响图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例公开了一种VHF频段突发信号的抗干扰处理系统，包括DBF模块、DDC模块、能量检测模块、载波同步模块、符号同步模块、自适应均衡器、帧同步模块、CRC模块、谱识别模块和零陷滤波器，其中：

所述DBF(Digital Beam Forming，数字波束形成或数字波束合成)模块的输出端连接所述DDC模块，用于对多天线接收到的VHF频段突发信号进行DBF数字多波束合成进而增强来波方向的信号强度；

所述DDC模块的输入端连接所述DBF模块，输出端连接所述能量检测模块，用于对所述DBF模块DBF数字多波束合成后的信号进行下变频并传送至所述能量检测模块；

所述能量检测模块的输入端连接所述DDC模块，输出端连接所述载波同步模块，用于对接收到的突发信号进行能量检测并获取数据长度进而对长度异常的信号做干扰剔除处理，同时将正常接收到的信号传送至所述载波同步模块；

所述载波同步模块的输入端连接所述能量检测模块，输出端连接所述符号同步模块，用于载波频率偏移的估计与补偿：

所述符号同步模块的输入端连接所述载波同步模块，输出端连接所述自适应均衡器，用于符号同步后输出两倍符号速率的基带信号并提取单倍符号速率的信号传送至所述自适应均衡器；

所述自适应均衡器的输入端连接所述符号同步模块，输出端连接所述帧同步模块，用于通过已知训练序列的迭代获得收敛的滤波器系数进而对接收到的信号进行滤波处理以此提高解调概率；

所述帧同步模块的输入端连接所述自适应均衡器，输出端连接所述CRC模块，用于识别帧头位置信息并提取完成的帧序列；

所述CRC模块的输入端连接所述帧同步模块，输出端连接所述谱识别模块，用于对接收到的信号进行CRC校验，通过校验的信号为解调成功信号并输出该信号，若CRC校验不通过，则将信号送入所述谱识别模块；

所述谱识别模块的输入端连接所述CRC模块，输出端连接所述零陷滤波器，用于对CRC校验不通过的信号进行频谱检测，识别信号的频谱中是否存在窄带干扰，若存在窄带干扰，则将信号送入所述零陷滤波器；

所述零陷滤波器的输入端连接所述谱识别模块，输出端连接所述载波同步模块，用于对解调不通过的数据包信号进行频谱识别，针对带内出现的窄带干扰，采用零陷滤波的方法对干扰信号进行抑制进而将抑制干扰后的信号再次送入所述载波同步模块进行后续解调。

进一步的，所述抗干扰处理系统还包括信道估算模块，所述信道估算模块的输入端连接所述符号同步模块，输出端连接所述DBF模块，用于接收所述符号同步模块发送的单倍符号速率的信号并通过对接收信号的信噪比和幅度检测评估信道质量进而调节DBF波束增益以此提高解调概率，同时调节所述能量检测模块的门限值以此提高检测概率。

实施例：

假设发送端发射信号频带为160MHz，带宽50k，采用TDMA方式，数据按时隙进行发射，数据帧长1024个码字，调制方式为QPSK调制，前导序列128个码字，调制方式为BPSK。

接收端采用八天线接收，用八波束DBF波束合成单波束信号，使接收信号获得更高的增益，具有一定的抗干扰能力，信道估算模块对信号的幅度和信噪比进行计算，获取此时信号和信道状况，在信噪比满足指标但是信号幅度异常的情况下，可调节DBF增益，提高信号接收方向上的增益，增益太大会导致数据溢出，太小会导致信号无法解调，信道检测模块会给DBF模块一个反馈信号，控制DBF模块的增益向上调节一档还是向下调节一档，通过评估信号的幅度是否在有效范围内(信号能够解调的最大幅度和最小幅度之间)获取该反馈信号，超出有效范围则向下调节，低于有效范围则向上调节，该反馈信号用相同原理同时调节能量检测模块的门限值，提高检测概率。

同时具备时域信号能量检测功能，对长度异常的信号，进行剔除处理。能量检测模块首先按照滑动窗口移动对数据的平方累计相加进行检测，如图2和3，当检测到信号的头部时，产生一个头部标识，当检测到数据尾部时产生一个尾部标识，若信号只存在一个头部标识和一个尾部标识，则用尾部标识的位置减去头部标识的位置获取数据长度，如果数据的长度小于已知数据帧长度较多，认为是环境中异常信号，将该干扰信号进行剔除。但是较复杂的，如果数据长度大于数据帧长度，有可能是时隙冲突造成的有用信号的叠加，此时数据不能剔除，该类信号往往有不止一个数据头，如图2和3，出现两个数据头部和一个数据尾部，此时按最后出现的数据头部标识进行截取，因为此时的信号能量最强，再用尾部标识的位置减去头部标识的位置，再判断数据长度，将数据长度正常的信号送至后端处理模块。

将通过能量检测后提取出的信号送至载波同步模块和符号同步模块，提取单倍符号速率的信号送入自适应均衡器，利用训练序列收敛使均衡滤波器系数收敛，自适应均衡器可以进一步降低信号的干扰，优化信号频谱。

进一步的，在推导更快收敛的滤波器系数采用递归最小二乘法RLS，假设观测到的信号矢量为X(l)，l＝0，1，...，n，则RLS的目标函数是使加权均方

RLS的算法描述为：

对系数矢量和相关矩阵初始化：w

其中δ是很小的正数；

计算预失真器输出：

误差估计：

计算卡尔曼增益矢量：

K

更新相关矩阵的逆：

R

系数矢量更新：w

其中，R

从实施例的仿真图4中可以看出RLS算法在100个数据点内开始收敛，收敛后数据跟踪情况良好。因此在该实施例中，需要100个符号点训练序列使自适应均衡器收敛，然后对有用的数据帧信号进行均衡滤波。

对CRC解调不通过的信号进行频谱检测识别，如果信号中存在窄带干扰，如图5，则根据干扰位置对信号进行零陷滤波。采用的零陷滤波器，在接收系统中需要预存多组系数值，根据频谱检测的干扰信号的中心位置，选取相应的零陷滤波器，如图6，零陷滤波器对干扰抑制的同时也会对有用信号进行抑制，在干扰仿真测试中对零陷滤波器进行设置，零陷的深度以无干扰下不影响有用信号的解调为准，在设置后将系数值进行量化存储，根据干扰的相应位置选取相应的零陷滤波器，将抑制干扰后的信号再次送入载波同步进行解调，若优化后仍然无法解调，不做多次循环，视为丢包处理。

本实施例一种VHF频段突发信号的抗干扰处理系统，采用多天线接收，利用DBF波束合成获取一定的抗干扰能力，同时具备时域信号能量检测功能，对长度异常的信号，进行剔除处理。将检测后提取出的信号送至载波同步和符号同步模块获取同步后的基带信号，采用自适应均衡器进一步降低信号的干扰，优化信号频谱，对CRC解调不通过的信号进行频谱检测识别，如果信号中存在窄带干扰，则根据干扰位置对信号进行零陷滤波，最后将抑制干扰后的信号重新送入同步模块进行解调。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。