一种新的GNSS快扫频干扰抑制方法

一种新的gnss快扫频干扰抑制方法
技术领域
1.本技术涉及卫星导航技术领域，特别是涉及一种新的gnss快扫频干扰抑制方法。


背景技术：

2.电磁干扰的检测和消除一直是全球卫星导航系统(global navigation satellite system，gnss)应用中的热点和重点问题。从来源上分，电磁干扰可分为无意干扰和恶意干扰。恶意干扰中最常被提及的是一种被称作ppds(personal privacy devices)的设备，这是一种小巧、廉价的干扰机，能通过发射快速扫频干扰对gnss信号进行全频带压制。国内外发生的gnss被干扰的事件中，最终查明有多次是卡车司机为躲避公司监控，在车载点烟器上安装并开启了ppds干扰设备而造成的。
3.ppds等设备发射的干扰扫频速度非常快，能在数十微妙内扫过几十兆带宽，具有非平稳干扰的特征。常规的干扰抑制方法将干扰建模为一个平稳随机过程，在面对快扫频干扰这种非平稳干扰时，抑制效果不佳。基于时频分析的抗干扰方法通过将干扰投影到时频二维空间，并利用快扫频干扰在时频二维空间的稀疏性对其进行检测和抑制，这种方法被证明对快扫频干扰具有较好的抑制效果，但是实现的复杂度较高。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种新的gnss快扫频干扰抑制方法。
5.一种新的gnss快扫频干扰抑制方法，所述方法包括：
6.获取卫星导航接收设备的采样数据序列，采用预先设置的低通滤波器对所述采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据；
7.采用共轭操作方式获取所述输出数据的包络值，得到脉冲包络数据；
8.根据所述脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限；
9.根据所述干扰检测门限以及脉冲检测置零方案，对所述脉冲包络数据进行干扰抑制，得到干扰抑制数据。
10.在其中一个实施例中，还包括：采用预先设置的低通滤波器对所述采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据为：
[0011][0012]
其中，y(n)为低通滤波的输出数据，h(k),k＝1,2,
…
,l，为数字低通滤波器的抽头系数，l为数字低通滤波器的长度，x(n)表示采样数据序列，n表示所述采样数据序列的长度。
[0013]
在其中一个实施例中，还包括：采用共轭操作方式获取所述输出数据的包络值，得到脉冲包络数据为：
[0014]
z(n)＝[y(n)*conj(y(n))]
1/2
,n＝1,2,...,n
[0015]
其中，z(n)表示脉冲包络数据，conj(
·
)表示共轭操作。
[0016]
在其中一个实施例中，还包括：根据所述脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限，包括：
[0017]
根据所述脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限为：
[0018]zth
＝z
min
+0.05(z
max-z
min
)
[0019]
在其中一个实施例中，还包括：根据所述干扰检测门限以及脉冲检测置零方案，构建判决算法为：
[0020][0021]
一种新的gnss快扫频干扰抑制装置，所述装置包括：
[0022]
低通滤波模块，用于获取卫星导航接收设备的采样数据序列，采用预先设置的低通滤波器对所述采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据；
[0023]
包络计算模块，用于采用共轭操作方式获取所述输出数据的包络值，得到脉冲包络数据；
[0024]
门限构建模块，用于根据所述脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限；
[0025]
抑制模块，用于根据所述干扰检测门限以及脉冲检测置零方案，对所述脉冲包络数据进行干扰抑制，得到干扰抑制数据。
[0026]
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
[0027]
获取卫星导航接收设备的采样数据序列，采用预先设置的低通滤波器对所述采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据；
[0028]
采用共轭操作方式获取所述输出数据的包络值，得到脉冲包络数据；
[0029]
根据所述脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限；
[0030]
根据所述干扰检测门限以及脉冲检测置零方案，对所述脉冲包络数据进行干扰抑制，得到干扰抑制数据。
[0031]
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
[0032]
获取卫星导航接收设备的采样数据序列，采用预先设置的低通滤波器对所述采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据；
[0033]
采用共轭操作方式获取所述输出数据的包络值，得到脉冲包络数据；
[0034]
根据所述脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限；
[0035]
根据所述干扰检测门限以及脉冲检测置零方案，对所述脉冲包络数据进行干扰抑制，得到干扰抑制数据。
[0036]
上述新的gnss快扫频干扰抑制方法、装置、计算机设备和存储介质，获取卫星导航接收设备的采样数据序列，采用预先设置的低通滤波器对采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据，采用共轭操作方式获取输出数据的包络值，得到脉冲包络数据；根据脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限；根据干扰检测门限以及脉冲检测置零方案，对脉冲包络数据进行干扰抑制，得到干扰抑制数据。通过低通滤波和脉冲检测置零对快扫频干扰进行抑制，克服了现有技术存在实现复杂度高或者抑制效果不佳的问题，可用于为卫星导航接收设备提供扫频干扰防护能力。
附图说明
[0037]
图1为一个实施例中新的gnss快扫频干扰抑制方法的流程示意图；
[0038]
图2是一个实施例中低通滤波前的数据时域包络图；
[0039]
图3是一个实施例中低通滤波后的数据时域包络图；
[0040]
图4是一个实施例中快扫频干扰抑制前的数据时频二维分布图；
[0041]
图5是一个实施例中快扫频干扰抑制后的数据时频二维分布图；
[0042]
图6为一个实施例中新的gnss快扫频干扰抑制装置的结构框图；
[0043]
图7为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
[0044]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0045]
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种新的gnss快扫频干扰抑制方法，包括以下步骤：
[0046]
步骤102，获取卫星导航接收设备的采样数据序列，采用预先设置的低通滤波器对采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据。
[0047]
本步骤中，卫星导航接收设备的采样数据序列为x(1)、x(2)、
……
、x(n)，n为数据长度。对于低通滤波器，可以采用数字低通滤波器来实现，具体的，若卫星导航接收设备的射频前端带宽为bf，ad采样的采样率为fs，则数字低通滤波器的通带截止频率为0.4bf，阻带截止频率为0.4bf+0.1fs，通带幅度波动为1db，阻带衰减为40db。根据上述4个参数，即可设计得到滤波器抽头系数和滤波器长度，数字低通滤波器设计是数字信号处理领域的公知常识，这里不再赘述。
[0048]
步骤104，采用共轭操作方式获取输出数据的包络值，得到脉冲包络数据。
[0049]
步骤106，根据脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限。
[0050]
步骤108，根据干扰检测门限以及脉冲检测置零方案，对脉冲包络数据进行干扰抑制，得到干扰抑制数据。
[0051]
上述新的gnss快扫频干扰抑制方法，获取卫星导航接收设备的采样数据序列，采用预先设置的低通滤波器对采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据，采用共轭操作方式获取输出数据的包络值，得到脉冲包络数据；根据脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限；根据干扰检测门限以及脉冲检测置零方案，对脉冲包络数据进行干扰抑制，得到干扰抑制数据。通过低通滤波和脉冲检测置零对快扫频干扰进行抑制，克服了现有技术存在实现复杂度高或者抑制效果不佳的问题，可用于为卫星导航接收设备提供扫频干扰防护能力。
[0052]
在其中一个实施例中，采用预先设置的低通滤波器对采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据为：
[0053][0054]
其中，y(n)为低通滤波的输出数据，h(k),k＝1,2,
…
,l，为数字低通滤波器的抽头
系数，l为数字低通滤波器的长度，x(n)表示采样数据序列，n表示所述采样数据序列的长度。
[0055]
进一步的，采用共轭操作方式获取输出数据的包络值，得到脉冲包络数据为：
[0056]
z(n)＝[y(n)*conj(y(n))]
1/2
,n＝1,2,...,n
[0057]
其中，z(n)表示脉冲包络数据，conj(
·
)表示共轭操作。
[0058]
在其中一个实施例中，首先通过比较，确定数据包络z(n)的最大值和最小值，
[0059]
分别定义如下：
[0060]zmax
＝max[z(n)],n＝1,2,...,n
[0061]zmin
＝min[z(n)],n＝1,2,...,n
[0062]
其中，函数max(
·
)表示取最大值，函数min(
·
)表示取最小值。
[0063]
然后，通过下式计算干扰检测门限：
[0064]zth
＝z
min
+0.05(z
max-z
min
)
[0065]
进一步的，在进行干扰判决时，针对低通滤波输出数据y(n)，逐个判断数据包络值是否超过干扰检测门限，若超过门限则将数据置零，否则维持不变。上述过程可用公式描述如下：
[0066][0067]
式中，即为经按本发明方法进行干扰抑制后的数据，输出给后端的捕获跟踪模块进行进一步处理。
[0068]
从以上步骤可以看出，快扫频干扰抑制过程运算量最大的部分为通用的低通滤波处理，整个过程的运算复杂度非常小，比传统方法降低约一个数量级。
[0069]
具体的，图2和图3是本发明方法得到的低通滤波前后的数据时域包络图。在本实施例中，导航接收设备的射频前端带宽为20mhz，ad采样采用正交采样方式，采样率为20.48mhz，采样的数据中包含卫星导航信号、接收机热噪声和快扫频干扰，快扫频干扰为周期性线性扫频干扰，一个周期内的扫频带宽为20mhz，扫频速率为0.4mhz/us，干扰功率比卫星信号功率大60db。对比图2和图3可以看到，在低通滤波前，由于快扫频干扰在时间上连续存在，数据的包络始终处于一个较大值区间。在低通滤波后，数据包络呈现脉冲状。进一步，图4和图5是本发明方法得到的快扫频干扰抑制前后的数据时频二维分布图，可以看到采用本发明方法处理后，快扫频干扰得到了有效剔除。
[0070]
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0071]
在一个实施例中，如图6所示，提供了一种新的gnss快扫频干扰抑制装置，包括：低通滤波模块202、包络计算模块204、门限构建模块206和抑制模块208，其中：
[0072]
低通滤波模块202，用于获取卫星导航接收设备的采样数据序列，采用预先设置的低通滤波器对所述采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据；
[0073]
包络计算模块204，用于采用共轭操作方式获取所述输出数据的包络值，得到脉冲包络数据；
[0074]
门限构建模块206，用于根据所述脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限；
[0075]
抑制模块208，用于根据所述干扰检测门限以及脉冲检测置零方案，对所述脉冲包络数据进行干扰抑制，得到干扰抑制数据。
[0076]
在其中一个实施例中，低通滤波模块202还用于采用预先设置的低通滤波器对所述采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据为：
[0077][0078]
其中，y(n)为低通滤波的输出数据，h(k),k＝1,2,
…
,l，为数字低通滤波器的抽头系数，l为数字低通滤波器的长度，x(n)表示采样数据序列，n表示所述采样数据序列的长度。
[0079]
在其中一个实施例中，包络计算模块204还用于采用共轭操作方式获取所述输出数据的包络值，得到脉冲包络数据为：
[0080]
z(n)＝[y(n)*conj(y(n))]
1/2
,n＝1,2,...,n
[0081]
其中，z(n)表示脉冲包络数据，conj(
·
)表示共轭操作。
[0082]
在其中一个实施例中，所述特征值为最大值和最小值；门限构建模块206还用于根据所述脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限为：
[0083]zth
＝z
min
+0.05(z
max-z
min
)
[0084]
在其中一个实施例中，抑制模块208还用于根据所述干扰检测门限以及脉冲检测置零方案，构建判决算法为：
[0085][0086]
关于新的gnss快扫频干扰抑制装置的具体限定可以参见上文中对于新的gnss快扫频干扰抑制方法的限定，在此不再赘述。上述新的gnss快扫频干扰抑制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0087]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种新的gnss快扫频干扰抑制方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
[0088]
本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结
构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0089]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述实施例中方法的步骤。
[0090]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中方法的步骤。
[0091]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0092]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0093]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种新的gnss快扫频干扰抑制方法，其特征在于，所述方法包括：获取卫星导航接收设备的采样数据序列，采用预先设置的低通滤波器对所述采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据；采用共轭操作方式获取所述输出数据的包络值，得到脉冲包络数据；根据所述脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限；根据所述干扰检测门限以及脉冲检测置零方案，对所述脉冲包络数据进行干扰抑制，得到干扰抑制数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用预先设置的低通滤波器对所述采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据，包括：采用预先设置的低通滤波器对所述采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据为：其中，y(n)为低通滤波的输出数据，h(k),k＝1,2,
…
,l，为数字低通滤波器的抽头系数，l为数字低通滤波器的长度，x(n)表示采样数据序列，n表示所述采样数据序列的长度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用共轭操作方式获取所述输出数据的包络值，得到脉冲包络数据包括：采用共轭操作方式获取所述输出数据的包络值，得到脉冲包络数据为：z(n)＝[y(n)*conj(y(n))]
1/2
,n＝1,2,...,n其中，z(n)表示脉冲包络数据，conj(
·
)表示共轭操作。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述特征值为最大值和最小值；根据所述脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限，包括：根据所述脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限为：z
th
＝z
min
+0.05(z
max-z
min
)5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述干扰检测门限以及脉冲检测置零方案，对所述脉冲包络数据进行干扰抑制，包括：根据所述干扰检测门限以及脉冲检测置零方案，构建判决算法为：6.一种新的gnss快扫频干扰抑制装置，其特征在于，所述装置包括：低通滤波模块，用于获取卫星导航接收设备的采样数据序列，采用预先设置的低通滤波器对所述采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据；包络计算模块，用于采用共轭操作方式获取所述输出数据的包络值，得到脉冲包络数据；门限构建模块，用于根据所述脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限；抑制模块，用于根据所述干扰检测门限以及脉冲检测置零方案，对所述脉冲包络数据进行干扰抑制，得到干扰抑制数据。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，低通滤波模块还用于采用预先设置的低通滤波器对所述采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据为：
其中，y(n)为低通滤波的输出数据，h(k),k＝1,2,
…
,l，为数字低通滤波器的抽头系数，l为数字低通滤波器的长度，x(n)表示采样数据序列，n表示所述采样数据序列的长度。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，包络计算模块还用于采用共轭操作方式获取所述输出数据的包络值，得到脉冲包络数据为：z(n)＝[y(n)*conj(y(n))]
1/2
,n＝1,2,...,n其中，z(n)表示脉冲包络数据，conj(
·
)表示共轭操作。9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本申请涉及一种新的GNSS快扫频干扰抑制方法。所述方法包括：获取卫星导航接收设备的采样数据序列，采用预先设置的低通滤波器对所述采样数据序列进行低通滤波，得到输出数据；采用共轭操作方式获取所述输出数据的包络值，得到脉冲包络数据；根据所述脉冲包络数据中的特征值，计算得到干扰检测门限；根据所述干扰检测门限以及脉冲检测置零方案，对所述脉冲包络数据进行干扰抑制，得到干扰抑制数据。采用本方法能够运算复杂度低。本方法能够运算复杂度低。本方法能够运算复杂度低。


技术研发人员：陈飞强 黄龙 孙一凡 刘哲 谢郁辰 刘金圆 任彬彬
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/9/6