CN111399001B - 一种处理宽带干扰方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种处理宽带干扰方法和装置。所述装置应用于多模GNSS接收机，所述装置包括自动增益控制器AGC，其中所述自动增益控制器AGC的输入端与射频前端的模数转换器相连，输出端与射频前端的模拟信号放大器相连，其中：所述自动增益控制器AGC，用于获取模数转换器ADC输出的GNSS信号的信号幅度信息；确定所述GNSS信号的信号幅度的变化信息；在所述GNSS信号的信号幅度的变化信息符合预设的异常变化条件时，向所述模拟信号放大器输出用于降低射频增益的控制信号。
Description
技术领域
本申请实施例涉及信息处理领域，尤指一种处理宽带干扰方法和装置。
背景技术
中国、美国、俄罗斯和欧盟等国家和地区近年来都相继发射、建成了各自的卫星导航系统，基于GNSS定位的应用几乎无处不在。随着消费者对定位精度、定位时间和定位可用性等需求的不断提升，多模GNSS接收机逐步成为市场的主流产品。图1为相关技术中位于L1和L5频段GNSS信号的示意图。如图1所示，多模GNSS接收机不仅支持接收传统的GPS L1频段的C/A信号，还支持接收北斗B1I,伽利略E1b和E1c,Glonass L1,甚至L2,L5频段的GNSS信号等等。
图2为相关技术中GNSS接收机的示意图。如图2所示，GNSS接收机通过天线、射频前端、数字前端、捕获引擎、跟踪引擎、位置速度时间计算模块等处理，确定用户的位置、速度和时间等信息。
由于导航卫星距离地面的距离在20000公里以上，地面能接收到的卫星信号非常微弱，即使在开阔天空的场景下，接收的卫星信号功率在-130dBm左右，比噪声功率还要低20dB。在这样的条件下，卫星信号极易受到各种干扰的影响，特别是处于GNSS有用信号频段内的各种干扰，包括窄带/单音干扰，和宽带干扰(干扰带宽在200KHz以上)，如果不进行检测和抑制，对定位性能的影响非常大，造成定位精度下降，甚至会导致卫星信号跟踪环路失锁，无法捕获、跟踪卫星信号进行定位等等。
对于宽带干扰，空域滤波是比较常用的手段，利用自适应天线阵列实现对宽带干扰的抑制。可是，对于消费类GNSS接收机，出于控制成本的考虑，一般只有一个天线，无法使用空域滤波方案。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种处理宽带干扰方法和装置。
为了达到本申请实施例目的，本申请实施例提供了一种处理宽带干扰的装置，应用于多模GNSS接收机，所述装置包括自动增益控制器AGC，其中所述自动增益控制器AGC的输入端与射频前端的模数转换器相连，输出端与射频前端的模拟信号放大器相连，其中：
所述自动增益控制器AGC，用于获取模数转换器ADC输出的GNSS信号的信号幅度信息；确定所述GNSS信号的信号幅度的变化信息；在所述GNSS信号的信号幅度的变化信息符合预设的异常变化条件时，向所述模拟信号放大器输出用于降低射频增益的控制信号。
在一个示例性实施例中，所述自动增益控制器AGC具体用于：
如果所述信号幅度的变化信息符合变化快的判断条件，则先进行快收敛模式，再获取执行快收敛模式后的所述GNSS信号的信号幅度的新的变化信息；如果执行快收敛模式后新的变化信息满足预设的慢收敛模式的触发条件，则将快收敛模式切换为慢收敛模式，直到所述信号幅度的变化信息满足预设的正常变化条件；
如果所述信号幅度的变化信息符合变化慢的判断条件，则执行慢收敛模式，直到所述信号幅度的变化信息满足预设的正常变化条件；
其中，所述快收敛模式和所述慢收敛模式均发送所述控制信号；
其中，在相同时间内，与所述慢收敛模式发送的控制信号控制射频增益降低的速度相比，所述快收敛模式发送的控制信号控制射频增益降低的速度快。
在一个示例性实施例中，所述自动增益控制器AGC具体用于：
在执行慢收敛模式过程中，获取执行慢收敛模式后的所述GNSS信号的信号幅度的新的变化信息；如果执行慢收敛模式后新的信号幅度的变化信息符合变化快的判断条件，则将慢收敛模式切换为快收敛模式。
在一个示例性实施例中，所述自动增益控制器AGC，还用于在完成射频增益的降低操作完成后，获取本次射频增益的降低幅度信息；判断包括本次和上一次的降低操作的降低幅度信息是否均大于预先设置的门限信息，得到判断结果；如果所述判断结果为均大于所述门限信息，则通知执行宽带干扰检测操作。
在一个示例性实施例中，所述装置还包括：
CPU，位于GNSS接收机的芯片中，与所述自动增益控制器AGC相连，用于在模数转换器输出数字信号至基带处理模块后，获取所述基带处理模块对所述数字信号的窄带干扰检测结果；如果所述窄带干扰检测结果为没有窄带干扰，则判断所述GNSS信号的载噪比是否下降；如果所述GNSS信号的载噪比下降，则确定GNSS信号带内有宽带干扰；如果所述窄带干扰检测结果为有窄带干扰，则判断窄带干扰的功率和射频增益的变化是否预设的匹配策略；如果所述窄带干扰的功率和射频增益的变化不符合所述匹配策略，则判断所述GNSS信号的载噪比是否下降；如果所述GNSS信号的载噪比下降，则确定GNSS信号带内有宽带干扰。
在一个示例性实施例中，所述CPU，还用于获取发生载噪比下降的GNSS信号的信号类型；以及，获取GNSS信号接收通路中的基带增益下降的GNSS信号的信号类型；根据获取到的信号类型，确定同时发生载噪比下降和基带增益下降的GNSS信号的目标信号类型，将所述目标信号类型对应的信号带作为宽带干扰发生的信号带。
在一个示例性实施例中，所述装置还包括：
基带处理模块，用于在检测到GNSS信号存在宽带干扰后，如果接收GNSS信号的数字信号，则利用滤波器对所述数字信号中的宽带干扰进行抑制操作。
在一个示例性实施例中，所述滤波器包括n阶的级联积分-梳状滤波器，其中n表示阶数，取值为正整数。
在一个示例性实施例中，所述滤波器中的n阶的级联积分-梳状滤波器的阶数是根据宽带干扰的检测结果和干扰强度确定的。
一种处理宽带干扰的方法，应用于多模GNSS接收机的射频前端，所述方法包括：
获取模数转换器ADC输出的GNSS信号的信号幅度信息；
确定所述GNSS信号的信号幅度的变化信息；
在所述GNSS信号的信号幅度的变化信息符合预设的异常变化条件时，向所述模拟信号放大器输出用于降低射频增益的控制信号。
本申请实施例提供的方案，当有突发的干扰发生，射频自动增益控制器AGC会自动迅速降低射频增益，通常能在1ms以内完成射频增益的调整，避免ADC饱和的发生。
本申请实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例的实施例一起用于解释本申请实施例的技术方案，并不构成对本申请实施例技术方案的限制。
图1为相关技术中位于L1和L5频段GNSS信号的示意图；
图2为相关技术中GNSS接收机的示意图；
图3为本申请实施例提供的GNSS接收机中射频信号放大和增益控制电路的示意图；
图4为本申请实施例提供的射频自动增益控制(RF AGC)状态转换的示意图；
图5为本申请实施例提供的基带数字信号预处理电路的示意图；
图6为本申请实施例提供的多阶可配置级联积分-梳状滤波器(CIC filter)的示意图；
图7为本申请实施例提供的处理宽带干扰的方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请实施例的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本申请实施例提供一种处理宽带干扰的装置，其特征在于，应用于多模GNSS接收机，所述装置包括自动增益控制器AGC，其中所述自动增益控制器AGC的输入端与射频前端的模数转换器相连，输出端与射频前端的模拟信号放大器相连，其中：
所述自动增益控制器AGC，用于获取模数转换器ADC输出的GNSS信号的信号幅度信息；确定所述GNSS信号的信号幅度的变化信息；在所述GNSS信号的信号幅度的变化信息符合预设的异常变化条件时，向所述模拟信号放大器输出用于降低射频增益的控制信号。
以一款双频多模GNSS接收机芯片为例进行说明：
首先，确定多模GNSS接收机能接收的GNSS信号以及各GNSS信号对应的信号频段信息；其中一款多模GNSS接收机能接收的GNSS信号以及信号频段参见表1。
表1
上述处理宽带干扰的装置用于检测和抑制发生于表1右列的宽带干扰。
图1为本申请实施例提供的GNSS接收机中射频信号放大和增益控制电路的示意图。如图1所示，当GNSS信号通过天线进入GNSS接收机后，首先在射频前端进行混频、滤波，形成低中频信号，然后进行放大和模数转换，转成数字信号送到数字基带进行处理。自动增益控制器AGC能根据输入的功率，自动调整射频增益。
在一个示例性实施例中，所述自动增益控制器AGC具体用于：
如果所述信号幅度的变化信息符合变化快的判断条件，则先进行快收敛模式，再获取执行快收敛模式后的所述GNSS信号的信号幅度的新的变化信息；如果执行快收敛模式后新的变化信息满足预设的慢收敛模式的触发条件，则将快收敛模式切换为慢收敛模式，直到所述信号幅度的变化信息满足预设的正常变化条件；
如果所述信号幅度的变化信息符合变化慢的判断条件，则执行慢收敛模式，直到所述信号幅度的变化信息满足预设的正常变化条件；
其中，所述快收敛模式和所述慢收敛模式均发送所述控制信号；
其中，在相同时间内，与所述慢收敛模式发送的控制信号控制射频增益降低的速度相比，所述快收敛模式发送的控制信号控制射频增益降低的速度快。
在一个示例性实施例中，所述自动增益控制器AGC具体用于：
在执行慢收敛模式过程中，获取执行慢收敛模式后的所述GNSS信号的信号幅度的新的变化信息；如果执行慢收敛模式后新的信号幅度的变化信息符合变化快的判断条件，则将慢收敛模式切换为快收敛模式。
图4为本申请实施例提供的射频自动增益控制(RF AGC)状态转换的示意图；如图4所示，为提升系统的响应时间同时保证收敛之后系统的稳定性，采用了两种不同的增益收敛因子，将收敛模式分为快速收敛和慢收敛两种模式。其中，快收敛模式和慢收敛模式的差异主要是增益收敛因子和统计点数的差异。相关的门限，包括slow2fastThr,fast2slowThr等，都可由软件进行配置。其中，当信号的幅度发生较大变化时，检测判断符号条件之后先进行快速增益收敛，待增益收敛到一定程度之后，将切换到慢收敛模式。
在一个示例性实施例中，所述自动增益控制器AGC，还用于在完成射频增益的降低操作完成后，获取本次射频增益的降低幅度信息；判断包括本次和上一次的降低操作的降低幅度信息是否均大于预先设置的门限信息，得到判断结果；如果所述判断结果为均大于所述门限信息，则通知执行宽带干扰检测操作。
当有突发的干扰发生时，射频自动增益自动增益控制器AGC会自动迅速降低射频增益，能在1ms以内完成射频增益的调整，尽量避免模数转换器(ADC)发生饱和；同时，当相邻两次射频增益调整的幅度大于预设的门限，射频自动增益自动增益控制器AGC会产生一个中断，通知GNSS接收机的芯片中的主CPU进行处理，主CPU会触发相应的宽带干扰检测机制。
在一个示例性实施例中，所述装置还包括：
CPU，位于GNSS接收机的芯片中，与所述自动增益控制器AGC相连，用于在模数转换器输出数字信号至基带处理模块后，获取所述基带处理模块对所述数字信号的窄带干扰检测结果；如果所述窄带干扰检测结果为没有窄带干扰，则判断所述GNSS信号的载噪比是否下降；如果所述GNSS信号的载噪比下降，则确定GNSS信号带内有宽带干扰；如果所述窄带干扰检测结果为有窄带干扰，则判断窄带干扰的功率和射频增益的变化是否预设的匹配策略；如果所述窄带干扰的功率和射频增益的变化不符合所述匹配策略，则判断所述GNSS信号的载噪比是否下降；如果所述GNSS信号的载噪比下降，则确定GNSS信号带内有宽带干扰。
宽带干扰的检测是基于3组参数来判断的，包括射频增益自动增益控制器AGC所产生的中断所报告的射频增益改变量，基带预处理模块所报告的窄带干扰检测结果，以及GNSS信号载噪比(CN0)。其中，表2提供了L1频段5种场景的宽带干扰检测方案，具体如下：
表2
其中，L5频段的宽带干扰检测和L1频段的检测方法相同。
在一个示例性实施例中，所述CPU，还用于获取发生载噪比下降的GNSS信号的信号类型；以及，获取GNSS信号接收通路中的基带增益下降的GNSS信号的信号类型；根据获取到的信号类型，确定同时发生载噪比下降和基带增益下降的GNSS信号的目标信号类型，将所述目标信号类型对应的信号带作为宽带干扰发生的信号带。
在检测出是否有宽带干扰的同时，也能根据CN0的变化和相应信号处理通路中基带增益的变化，比较准确地检测出哪种GNSS信号受到了宽带干扰的影响。
在一个示例性实施例中，检测到GPS L1 C/A信号的CN0下降，同时GPS L1 C/A信号接收通路中的基带增益也下降，就可以确认宽带干扰发生在GPS L1 C/A信号带内(以1575.42MHz为中心，+/-4.092MMhz)。
在一个示例性实施例中，所述装置还包括：
基带处理模块，用于在检测到GNSS信号存在宽带干扰后，如果接收GNSS信号的数字信号，则利用滤波器对所述数字信号中的宽带干扰进行抑制操作。
图5为本申请实施例提供的数字信号预处理电路的示意图。如图5所示，ADC输出的数字化信号进入GNSS基带处理器后，首先进行预处理，根据不同GNSS信号的中心频率，进行基带混频，转换成零中频基带信号，然后进行滤波，去除GNSS信号带外的干扰。在对信号降采样后，进行窄带/单音干扰的检测和去除处理，再进行重量化，最后送到捕获/跟踪引擎。其中，对于每一种类型的需要接收的GNSS信号都必须经过各自的基带预处理，采用不同的混频频率、滤波器配置、降采样率和窄带干扰搜索范围等。信号类型可以为GPS L1 C/A信号或者北斗B1I信号等。
在一个示例性实施例中，所述滤波器包括n阶的级联积分-梳状滤波器，其中n表示阶数，取值为正整数。
基带预处理模块中的滤波器采用了多阶可配置级联积分-梳状滤波器(CICfilter)，具体如图6所示，图6为本申请实施例提供的多阶可配置级联积分-梳状滤波器(CIC filter)的示意图。
在一个示例性实施例中，所述滤波器中的n阶的级联积分-梳状滤波器的阶数是根据宽带干扰的检测结果和干扰强度确定的。
在GNSS接收机运行过程中，根据记录有无宽带干扰的检测结果，确定有无宽带干扰；在检测到有宽带干扰时，根据实际检测到的干扰强度，自适应地配置级联积分-梳状滤波器的阶数，其中阶数最大为4级。其中，阶数越高，对GNSS带外干扰的抑制就越强，其代价是带内有用信号会受一些损失，一般在2dB以内。
综上可以看出，本申请提出一种简单高效的宽带干扰检测和抑制方法，能在不增加GNSS接收机硬件成本的基础上，实时检测出GNSS带内的突发宽带干扰，并通过软件配置进行干扰抑制，极大的提升了多模GNSS接收机的抗宽带干扰能力。
具体在如下方面存在技术优势，包括：
1、在射频自动增益自动增益控制器AGC中采用双增益收敛因子设计，当有突发的干扰发生，射频自动增益自动增益控制器AGC会自动迅速降低射频增益，通常能在1ms以内完成射频增益的调整，尽量避免ADC发生饱和；
2、在射频自动增益自动增益控制器AGC中加入中断发生机制。当相邻两次射频增益调整的幅度大于预设的门限，则会产生一个中断，通知GNSS接收机芯片的主CPU进行处理，触发相应的宽带干扰检测；
3、在不增加额外硬件模块的基础上，基于3组参数来检测宽带干扰。用到的参数包括包括射频增益自动增益控制器AGC所产生的中断所报告的射频增益改变量，基带预处理模块所报告的窄带干扰检测结果，以及GNSS信号载噪比(CN0)；
4、根据CN0的变化和相应信号处理通路中基带增益的变化，比较准确地检测出哪一种GNSS信号受到了宽带干扰影响；
5、采用多阶可配置级联积分-梳状滤波器，通过自适应地调整滤波器的阶数，对宽带干扰进行抑制。
图7为本申请实施例提供的处理宽带干扰的方法的流程图。图7所示方法应用于多模GNSS接收机的射频前端，所述方法包括：
步骤701、获取模数转换器ADC输出的GNSS信号的信号幅度信息；
步骤702、确定所述GNSS信号的信号幅度的变化信息；
步骤703、在所述GNSS信号的信号幅度的变化信息符合预设的异常变化条件时，向所述模拟信号放大器输出用于降低射频增益的控制信号。
本申请实施例提供的方法，当有突发的干扰发生，射频自动增益自动增益控制器AGC会自动迅速降低射频增益，通常能在1ms以内完成射频增益的调整，避免模数转换器ADC饱和的发生。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
Claims (9)
1.一种处理宽带干扰的装置，应用于多模GNSS接收机，所述装置包括自动增益控制器AGC与CPU，其中所述自动增益控制器AGC的输入端与射频前端的模数转换器相连，输出端与射频前端的模拟信号放大器相连，其中：
所述自动增益控制器AGC，用于获取模数转换器ADC输出的GNSS信号的信号幅度信息；确定所述GNSS信号的信号幅度的变化信息；在所述GNSS信号的信号幅度的变化信息符合预设的异常变化条件时，向所述模拟信号放大器输出用于降低射频增益的控制信号；
所述CPU，位于GNSS接收机的芯片中，与所述自动增益控制器AGC相连，用于在模数转换器输出数字信号至基带处理模块后，获取所述基带处理模块对所述数字信号的窄带干扰检测结果；如果所述窄带干扰检测结果为没有窄带干扰，则判断所述GNSS信号的载噪比是否下降；如果所述GNSS信号的载噪比下降，则确定GNSS信号带内有宽带干扰；如果所述窄带干扰检测结果为有窄带干扰，则判断窄带干扰的功率和射频增益的变化是否预设的匹配策略；如果所述窄带干扰的功率和射频增益的变化不符合所述匹配策略，则判断所述GNSS信号的载噪比是否下降；如果所述GNSS信号的载噪比下降，则确定GNSS信号带内有宽带干扰。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述自动增益控制器AGC具体用于：
如果所述信号幅度的变化信息符合变化快的判断条件，则先进行快收敛模式，再获取执行快收敛模式后的所述GNSS信号的信号幅度的新的变化信息；如果执行快收敛模式后新的变化信息满足预设的慢收敛模式的触发条件，则将快收敛模式切换为慢收敛模式，直到所述信号幅度的变化信息满足预设的正常变化条件；
如果所述信号幅度的变化信息符合变化慢的判断条件，则执行慢收敛模式，直到所述信号幅度的变化信息满足预设的正常变化条件；
其中，所述快收敛模式和所述慢收敛模式均发送所述控制信号；
其中，在相同时间内，与所述慢收敛模式发送的控制信号控制射频增益降低的速度相比，所述快收敛模式发送的控制信号控制射频增益降低的速度快。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述自动增益控制器AGC具体用于：
在执行慢收敛模式过程中，获取执行慢收敛模式后的所述GNSS信号的信号幅度的新的变化信息；如果执行慢收敛模式后新的信号幅度的变化信息符合变化快的判断条件，则将慢收敛模式切换为快收敛模式。
4.根据权利要求1至3任一所述的装置，其特征在于：
所述自动增益控制器AGC，还用于在完成射频增益的降低操作完成后，获取本次射频增益的降低幅度信息；判断包括本次和上一次的降低操作的降低幅度信息是否均大于预先设置的门限信息，得到判断结果；如果所述判断结果为均大于所述门限信息，则通知执行宽带干扰检测操作。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述CPU，还用于获取发生载噪比下降的GNSS信号的信号类型；以及，获取GNSS信号接收通路中的基带增益下降的GNSS信号的信号类型；根据获取到的信号类型，确定同时发生载噪比下降和基带增益下降的GNSS信号的目标信号类型，将所述目标信号类型对应的信号带作为宽带干扰发生的信号带。
6.根据权利要求1或5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
基带处理模块，用于在检测到GNSS信号存在宽带干扰后，如果接收GNSS信号的数字信号，则利用滤波器对所述数字信号中的宽带干扰进行抑制操作。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述滤波器包括n阶的级联积分-梳状滤波器，其中n表示阶数，取值为正整数。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述滤波器中的n阶的级联积分-梳状滤波器的阶数是根据宽带干扰的检测结果和干扰强度确定的。
9.一种处理宽带干扰的方法，应用于多模GNSS接收机的射频前端，所述方法包括：
获取模数转换器ADC输出的GNSS信号的信号幅度信息；
确定所述GNSS信号的信号幅度的变化信息；
在所述GNSS信号的信号幅度的变化信息符合预设的异常变化条件时，向模拟信号放大器输出用于降低射频增益的控制信号；
在模数转换器输出数字信号至基带处理模块后，获取所述基带处理模块对所述数字信号的窄带干扰检测结果；
如果所述窄带干扰检测结果为没有窄带干扰，则判断所述GNSS信号的载噪比是否下降；如果所述GNSS信号的载噪比下降，则确定GNSS信号带内有宽带干扰；
如果所述窄带干扰检测结果为有窄带干扰，则判断窄带干扰的功率和射频增益的变化是否预设的匹配策略；如果所述窄带干扰的功率和射频增益的变化不符合所述匹配策略，则判断所述GNSS信号的载噪比是否下降；如果所述GNSS信号的载噪比下降，则确定GNSS信号带内有宽带干扰。
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