一种中频抗窄带干扰自适应滤波方法

信号与信息处理　

一种中频抗窄带干扰自适应滤波方法　

陈锡春　一，郭晓峰　

（１．西安电子科技大学，陕西西安７１００７１；　２．中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄０５００８１；　３．河北省卫星导航技术与装备工程技术研究中心，河北石家庄０５００８１）　

摘要根据实际的技术需求，针对信号传输带内可能存在领近频率的干扰，采用自适应滤波技术，抑制带内　的窄带干扰。该方法是一种数字滤波方法，对中频时域信号进行Ａ／Ｄ采样，通过ＦＦＴｒ（快速傅里叶变换），变换为　相应的离散频域信号，应用抗窄带干扰的自适应滤波算法，消除其频带内的窄带干扰，而同时基本保留有效信号，　通过ＩＦＦｒ（反变换）将滤波后的频域信号转换为时域信号，并Ｄ／Ａ输出。　关键词窄带干扰；自适应滤波；ＦｆＴｒ；ＩＦｆＴｒ；频域信号　中图分类号ＴＮ９７３．３　文献标识码　Ａ　文章编号　１００３—３１０６（２００８）０６—００２６—０３　

Ａｎ　Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　Ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　

Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　ａｔ　Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　

ＣＨＥＮ　Ｘｉ．ｃｈｕｎ　一．ＧＵＯ　Ｘｉａｏ．ｆｅｎｇ２　（１．Ｘｉｄｉａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　’ａｎ　Ｓｈａｎｘｉ　７１００７１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｔｈｅ　５４ｔｈ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＣＥＴＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　Ｈｅｂｅｉ　０５００８１，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｈｅｂｅｉ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｓｈｏ＇ｉａｚｈｕａｎｇ　Ｈｅｂｅｉ　０５００８１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｐｏｓｓｉｂｌｙ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｎｅａｒｂｙ一￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｒｏｍ　ｎｅａｒｂｙ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ　ｉｎ　ｓｉｇｎａｌ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ　ｔｏ　ｍｉｎｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．Ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ａ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ　Ｍｇｏｒｉｔｈｍ，ｆｉｒｓｔ　ｉｔ　ｕｓｅｓ　ｔｈｅ　Ａ／Ｄ　ｔｏ　ｓａｍｐｌｅ　ｔｈｅ　ｉｎｃｏｍｉｎｇ　ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｓｉｇｎａｌ　ｉｎ　ｔｉｍｅ　ｄｏｍａｉｎ，ｔｈｅｎ　ｕｓｅｓ　ＦＶＦ　（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）ｔｏ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｉｎ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｄｏｍａｉｎ，ｔｈｅｎ　ａｐｐｌｉｅｓ　ｔｈｅ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｔｏ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅ　ｔｈｅ　ｕｎｗａｎｔｅｄ　ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｗｉｔｈｉｎ　ｔｈｅ　ｂａｎｄ，ｗｈｉｌｅ　ｋｅｅｐｉｎｇ　ｔｈｅ　ｗａｎｔｅｄ　ｓｉｇｎａｌ　ａｌｍｏｓｔ　ｕｎｔｏｕｃｈｅｄ．Ａｎｄ　ｆｉｎａｌｌｙ，　ｔｈｒｏｕｇｈ　ＩＦＦｒ．ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ　ｓｉｇｎａｌ　ｂａｃｋ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ—ｄｏｍａｉｎ　ｓｉｇｎａｌ　ｆｏｒ　Ｄ／Ａ　ｏｕｔｐｕｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ａｄａｐｔｉｖｅ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ；Ｆｒｒ；ＩＦ丌．；ｓｉｇｎａｌ　ｉｎ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｄｏｍａｉｎ　

０　引言　

扩频技术具有较强的抗于扰能力、隐蔽性、抗多　径于扰能力和多址能力，因而在通信系统中获得应　

用。但是，由于扩频技术采用相对宽的频带，因而也　为于扰提供了更大的可能性。因此，必须研究其抗　

于扰技术。由于扩频信号的处理增益作用，其弱窄　

带于扰信号的影响不大，因此自适应滤波的主要目　的是抑制强窄带于扰。为了自适应多个强的窄带于　

扰并且尽可能保留扩频信号，应该使得自适应算法　

对弱信号不敏感，而对强窄带于扰大幅度抑制。利　

用频域自适应滤波算法进行抑制的目的不在于把于　扰全部消除，而是将它们在频率域内的功率谱线降　

低到与白噪声功率谱线相近，使它们对有效信号的　

影响削弱到可以接受的程度。由于频域自适应滤波　

２６　２００８　Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．６　并不去检测于扰是否存在及于扰信号的参数，因此　

比较适用于实时的信号处理。　

１　自适应抗干扰滤波的工作原理　

中频自适应滤波原理框图如图１所示。图１　

中，标称为７０　ＭＨｚ中频入站信号首先经带通滤波器　

（ＢＰＦ）对带外的噪声和干扰进行抑制，然后经二次　

下变频（Ｄ／Ｃ）使中心频率变换为１５　ＭＨｚ，后面的　

ＢＰＦ滤除下变频产生的副产品，再经Ａ／Ｄ采样获得　

数字信号。　

ＢＰＦ　ｌ　Ｄ／Ｃ　Ｉ　ＢＰＦ　ｌ　Ａ／Ｄ［司自适应滤波　Ｄ／Ａ　Ｉ　ＢＰＦ　Ｉ放大　

图１中频自适应滤波原理　

收稿１３期：２００８—０２—

２０　维普资讯 http://www.cqvip.com 信号与信息处理　

自适应滤波在数字域进行，处理的结果经过Ｄ／Ａ　

变换恢复为模拟信号，但其中的窄带干扰已经得到　

抑制。Ｄ／Ａ的输出经ＢＰＦ后送到信号处理设备。　

为了能够抑制多个强窄带干扰并且尽可能保留　

扩频信号，应该使自适应算法对弱信号不敏感，而对　

强窄带干扰大幅度抑制。该算法的原理如图２所示。　

图２抑制窄带干扰的频域处理电路　

此方法与常规的频域自适应滤波不同，其主要　

特点有：　①用输入的频域复信号的　（ｋ）作为希望的　

频域复信号，因此其误差复信号为：　

ｅ　（ｋ）＝　（ｋ）一　（ｋ）　（ｋ）。　（１）　式中，ｅ　（ｋ）为滤波后的信号输出；　（ｋ）为当前的　

滤波权值。　②引人权泄露因子ａ，０＜ａ＜１。权值更新的　

递推式为：　

（ｋ＋１）＝口　（ｋ）＋２　（ｋ）　（ｋ）。　（２）　因此将式（１）代人到式（２）得：　

（ｋ＋１）＝口　（ｋ）＋２　Ｆ［１一　（ｋ）］　（ｋ）　Ｆ　ｉ（ｋ）＝　

口　（ｋ）＋２　Ｆ［１一　（　）］Ｉ　（ｋ）Ｉ　２　ｏ　（３）　于是可以看出，权值更新与当前权值和输入信号在　

该频率单元上的功率有关，而且权值更新步长和权　

值均为实数。　③误差复信号　（ｋ）作为希望的输出，对它进　

行ＩＦＦＴ，获得干扰抑制后的时域信号。　

由式（３）大体看出：如果该谱线功率很小，即权　

值经多次迭代后趋于０，则输出ｅ　（ｋ）一　（ｋ）。如　果该谱线的功率很大，即权值增量很大，会抵消泄漏　

因子的作用，并使权值经多次迭代后趋于１，使　

（ｋ）一０，输入信号近乎完全抑制。　

２各项滤波参数的确定　

要完成上面提出的自适应处理算法，首先需要　

解决滤波器的几个参数的取值：门限因子Ｂ、步长因　

子　和权泄漏因子ａ以及权向量的初始值。　２．１参数的确定　

为便于表达起见，对于ＦＦＴ变换后获得的某个　

频率单元的输出以及随后的滤波处理，略去各变量　

和参数的下标。按滤波算法的计算流程，对于某个　

频率单元，所要完成的计算如下：，　

（ｋ）＝　（ｋ）一　（ｋ）　（ｋ）＝［１一　（ｋ）］　（ｋ）。　（ｋ＋１）＝口　（　）＋２　（ｋ）Ｘ　（　）＝　

口　（ｋ）＋２　［１一　（ｋ）］　（ｋ）Ｘ　（ｋ）。　（４）　第１个计算式是频域滤波，第２个计算式是权　

值更新。以下标Ｒ和，分别表示复数的实部和虚　

部，则上述公式可分解为：　

ｒ　（ｋ）＝［１一　（ｋ）］‰（ｋ）　｛Ｅ，（ｋ）＝［１一　（ｋ）］Ｘ，（ｋ）　。　

Ｌ　（ｋ＋１）＝口　（ｋ）＋叩［１一　（ｋ）］［　（　）＋　｛（　）］，　

＝２　（５）　式中，　为步长因子。而且根据收敛条件，叩的取值　

范围为：　

２。　（６）　。　【６　

式中，　为最大频率单元功率。　

现在估计最大频率单元功率。可以认为最大频　

率单元功率出现在最大干扰信号的谱线上，当干扰　

信号为单频信号时，信号功率集中于它的主谱线上，　

因此可考虑干扰信号为单频信号的最大频率单元功　

率即可。于是可假设干扰信号的数字序列为：　

（　）＝Ａｊｃｏｓ（　）。　（７）　

其频率为ＦＦＴ第ｍ个频率单元对应的频率。　

于是该信号的主谱线出现在ＦＦＴ的第ｍ个和　

第Ⅳ一ｍ个频率单元上，平分信号功率。按离散傅　

里叶变换的定义，第ｍ个频率单元的值为：　

（ｍ）：Ｎ∑－Ｉ　（　）　一ｊ　：　

，Ｎ磊－Ｉｃｏｓ（　）ｅ一　＝吉Ｍ，。　（８）　

因此，最大频率单元功率为：　

Ｐ　＝　（ｍ）Ｘ　（ｍ）＝｛Ⅳ　Ａｊ。　（９）　

由式（２）～式（４），步长因子的２倍可取为：　

７／＝　２＝　ＮＺＡ２。（１ｏ）　一。　Ⅲ　

下一步要确定权泄漏因子ａ，即　

口＝１—２　＝１一　。　（１１）　

２００８年无线电工程第３８卷

第６期　２７　维普资讯 http://www.cqvip.com 信号与信息处理　

式中，曰为门限因子，它是确定滤波器抑制大功率频　

率单元的起控点，这里把起控点定在噪声功率电平　

比较合理，于是ａ也可确定。　

上述参数有个显著特点，即步长因子　极小，　

而权泄漏因子ａ偏大，它们均要求运算时的精度很　

高，给实际的设计带来困难。　

一种变通的办法是适当选择步长因子不要太　

小，然后在给定的门限因子曰的条件下选择权泄漏　

因子。这种方法带来的后果是当某频率单元的干扰　

功率偏大时会使权值１／）（ｋ＋１）＞１，使得滤波器不收　

敛，遇到这种情况的处理策略是，当权值更新时发现　

它大于１，则强行将它限定为１。　

２．２初始权值’．，ｆｋ）的确定　

首先假定没有强干扰信号，信号的各频谱分量　

不需要抑制，因此初始权值可取为０。　

在滤波期间，要求的权应在０和１之间，它不能　

为负的或大于１。按照上述的权值更新方法计算　

时，如果１／）（ｋ＋１）＞１，则滤波器将发散。为避免此　

类情况发生，在计算权值时，若发现它大于１，则应　

把它强行设定为１。通过这种方法来保持滤波器的　

稳定性，并使该单元的信号被完全抑制。　３　结束语　

通过上述对自适应滤波算法的简单描述，根据　Ｎｙｑｕｉｓｔ定律，如果将Ａ／Ｄ采样率确定在大于２倍的　

中频信号频率的范围内，并采用合理的各项滤波参　

数进行滤波时，就能最大程度地将被干扰信号恢复　

出来。　

当然，上述滤波参数的选取和更新，还可能有其　

他一些因素的考虑，需要在实际的试验中不断地加　

以改进。　

参考文献　［１］龚耀寰．自适应滤波一时域自适应滤波和智能天　线［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００３　［２］李彦鹏，黎湘，庄钊文　ＲＬＳ自适应噪声消除器设计研　究［Ｊ］．无线电工程，２００３，３３（９）：１３—１５．　［３］黎海涛，徐继麟．超宽带雷达射频干扰抑制研究［Ｊ］．无　线电工程，２０００，３０（２）：１１—１３．　［４］张琳，初海彬．卫星导航用户机空时域滤波抗干扰技　术［Ｊ］．北京航空航天大学学报，２００７，３３（１）：７６—９０．　［５］刘晓庆，熊晓燕．自适应滤波在噪声抵消中的应用［Ｊ］．　科技情报开发与经济，２００７，１７（１１）：２０８—２０９．