本發(fā)明涉及通信和導(dǎo)航一體化、時(shí)頻域、otfs信號(hào)體制、抗干擾等領(lǐng)域，尤其涉及一種新的通導(dǎo)一體自適應(yīng)時(shí)頻域干擾檢測(cè)與消除方法。

背景技術(shù)：

1、我國目前已經(jīng)構(gòu)建了以北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為核心的時(shí)空基準(zhǔn)保障能力。然而，盡管該系統(tǒng)在許多方面取得了顯著進(jìn)展，仍然存在一些挑戰(zhàn)和局限性。衛(wèi)星信號(hào)的弱信號(hào)強(qiáng)度、穿透性差以及易受干擾等問題，使得在復(fù)雜的電磁環(huán)境和城市地區(qū)的山谷等復(fù)雜地形下，導(dǎo)航定位和時(shí)空服務(wù)仍然存在短板。

2、為了解決這些挑戰(zhàn)，考慮到通信網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍廣、穩(wěn)定性強(qiáng)、普及度高等優(yōu)點(diǎn)，我們可以利用通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充、備份和增強(qiáng)。這種衛(wèi)星與通信網(wǎng)協(xié)同發(fā)展的模式可以有效地提供更廣泛、更精確、更穩(wěn)健的時(shí)空服務(wù)。隨著通信與導(dǎo)航定位技術(shù)的不斷發(fā)展，兩者之間的耦合關(guān)系已經(jīng)不僅僅局限于系統(tǒng)層面，還擴(kuò)展到了信號(hào)層面的一體化設(shè)計(jì)。

3、要實(shí)現(xiàn)通信導(dǎo)航的高效彈性融合，信號(hào)的高效兼容設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)。我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“按需彈性伸縮，環(huán)境自主適應(yīng)”。近年來，正交頻分多址(ofdm)信號(hào)因其高頻譜效率、抗多徑效應(yīng)和抗干擾能力強(qiáng)而被廣泛應(yīng)用于通信和導(dǎo)航一體化系統(tǒng)的信號(hào)設(shè)計(jì)中。然而，對(duì)于ofdm系統(tǒng)來說，窄帶干擾是一種嚴(yán)重影響通信和導(dǎo)航性能的干擾形式。

4、窄帶干擾不僅占用了較小的頻帶寬度，還在頻域上表現(xiàn)為頻譜的局部峰值或突起，從而限制了系統(tǒng)的子載波數(shù)量，需要合理分配給各種數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)和導(dǎo)航參數(shù)估計(jì)任務(wù)。另外，窄帶干擾的中心頻率通常與ofdm系統(tǒng)中的子載波頻率存在一定的頻率偏移，導(dǎo)致頻譜泄漏嚴(yán)重，影響到了較寬的頻率范圍。

5、為了降低干擾對(duì)通信和導(dǎo)航一體化系統(tǒng)性能的影響，基于正交時(shí)頻空間的otfs調(diào)制技術(shù)被提出用來緩解上述問題。該技術(shù)在時(shí)延-多普勒域進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制，并在整個(gè)時(shí)頻域上進(jìn)行擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)高可靠和高速率的數(shù)據(jù)傳輸，并具有良好的抗多普勒頻移和時(shí)延擴(kuò)展性能。傳統(tǒng)的otfs系統(tǒng)的時(shí)頻域干擾檢測(cè)與消除方法并不能很好地消除窄帶干擾，為了消除上述殘余干擾，傳統(tǒng)方法是干擾重建法，即對(duì)干擾的頻率、幅度和相位分別進(jìn)行估計(jì)，并將其從接收信號(hào)中減去。對(duì)于形式已知的單音和頻點(diǎn)數(shù)量較少的多音干擾，該方法的干擾消除性能十分優(yōu)越，輸出信號(hào)的信干噪比通常幾乎與無干擾情形相同。然而，在復(fù)雜電磁環(huán)境中，干擾通常是非平穩(wěn)的，其形式一般不可預(yù)知，需要設(shè)計(jì)不依賴于干擾形式的自適應(yīng)殘余干擾消除方法。不妨考慮窄帶bpsk干擾的情形。此時(shí)干擾的中心頻率雖然可以預(yù)估，但其相位是隨時(shí)間隨機(jī)變化的，難以進(jìn)行干擾重建。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)傳統(tǒng)ofdm信號(hào)抗多普勒頻移和時(shí)延擴(kuò)展性能較差問題，提出了基于正交時(shí)頻空間的otfs信號(hào)體制中采用雙門限幅值檢測(cè)的方法，提出基于局部最大勢(shì)檢測(cè)器的干擾消除方法，設(shè)計(jì)時(shí)域限幅型殘余干擾消除機(jī)制，以對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行重建并消除。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種通導(dǎo)一體化自適應(yīng)時(shí)頻域干擾檢測(cè)與消除方法，包括以下步驟：

4、步驟1，基于傅里葉變換將接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻變換，得到接收信號(hào)的頻域信息；

5、步驟2，將頻域信息進(jìn)行雙門限干擾消除；

6、步驟3，將雙門限干擾干擾消除后的頻域信息進(jìn)行反傅里葉變換，得到接收信號(hào)的時(shí)域信息；

7、步驟4，將時(shí)域信息進(jìn)行基于局部最大勢(shì)檢測(cè)器的殘余干擾消除；

8、步驟5，將殘余干擾消除后的信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，提取出信號(hào)中的有用信息。

9、進(jìn)一步的，步驟2具體過程為：

10、將頻域信息進(jìn)行兩次幅值檢測(cè)，分別對(duì)應(yīng)于如下統(tǒng)計(jì)量：

11、

12、

13、式中，m為子帶寬數(shù)，n為子時(shí)隙數(shù)，s(t,f)為接收到的時(shí)頻信息，s(tn,fm)為具體的時(shí)頻信息，γ1和γ2為兩次幅值檢測(cè)中各自使用的檢測(cè)門限，當(dāng)a1(t,f)>0時(shí)，對(duì)應(yīng)時(shí)頻格點(diǎn)處的接收信號(hào)幅值大于整個(gè)時(shí)頻平面上信號(hào)幅值均值的γ1倍，判定干擾存在，同時(shí)將對(duì)應(yīng)格點(diǎn)處的信號(hào)值置零以進(jìn)行初次干擾消除；進(jìn)行初次干擾消除之后，根據(jù)無干擾信號(hào)的平均幅值設(shè)計(jì)門限γ2，進(jìn)行二次干擾檢測(cè)并做進(jìn)一步的干擾消除。

14、進(jìn)一步的，步驟4具體過程為：

15、含殘余干擾的信號(hào)在時(shí)域上視為含兩個(gè)高斯分量的混合高斯分布隨機(jī)變量，采用局部最大勢(shì)檢測(cè)器進(jìn)行最優(yōu)信號(hào)檢測(cè)，局部最大勢(shì)檢測(cè)器輸出的統(tǒng)計(jì)量，即殘余干擾消除后的信號(hào)為：

16、

17、其中p(r(t)；θ)為混合高斯分布隨機(jī)變量，參數(shù)向量θ中包含混合高斯分布隨機(jī)變量中各高斯分量的方差參數(shù)。

18、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為：

19、本發(fā)明利用otfs接收機(jī)自帶wigner變換環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，采用在時(shí)頻平面上進(jìn)行序貫雙門限幅值檢測(cè)的方法，能夠兼顧檢測(cè)準(zhǔn)確性和計(jì)算復(fù)雜度，使最優(yōu)檢測(cè)與干擾消除門限不再依賴于信干比，從而增強(qiáng)了干擾消除模塊的干擾自適應(yīng)能力。

20、本發(fā)明在進(jìn)行了兩次干擾消除之后，干擾的主瓣和部分旁瓣均被消除，但仍有部分距離中心頻率較遠(yuǎn)的旁瓣淹沒在信號(hào)和噪聲之中。當(dāng)干擾功率遠(yuǎn)大于信號(hào)功率時(shí)，這些殘余的干擾旁瓣所造成的負(fù)面影響不可忽略。為此，本發(fā)明基于局部最大勢(shì)(lmp)檢測(cè)器，設(shè)計(jì)時(shí)域限幅型的殘余干擾消除方法。

21、本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)ofdm信號(hào)抗多普勒頻移和時(shí)延擴(kuò)展性能較差問題，提出了基于正交時(shí)頻空間的otfs信號(hào)體制，在時(shí)延-多普勒域進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制并且在整個(gè)時(shí)頻域上進(jìn)行擴(kuò)展，以在時(shí)頻雙選信道下實(shí)現(xiàn)高可靠和高速率的數(shù)據(jù)傳輸。傳統(tǒng)干擾消除方案在復(fù)雜電磁環(huán)境下干擾重建存在困難，本發(fā)明提出基于局部最大勢(shì)檢測(cè)器的干擾消除方法，設(shè)計(jì)時(shí)域限幅型殘余干擾消除機(jī)制，以對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行重建并消除。

技術(shù)特征：

1.一種通導(dǎo)一體化自適應(yīng)時(shí)頻域干擾檢測(cè)與消除方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通導(dǎo)一體化自適應(yīng)時(shí)頻域干擾檢測(cè)與消除方法，其特征在于，步驟2具體過程為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通導(dǎo)一體化自適應(yīng)時(shí)頻域干擾檢測(cè)與消除方法，其特征在于，步驟4具體過程為：

技術(shù)總結(jié)
為了提升傳統(tǒng)OTFS信號(hào)的抗干擾性能性能，本發(fā)明提出了一種通導(dǎo)一體化自適應(yīng)時(shí)頻域干擾檢測(cè)與消除方法，涉及通信和導(dǎo)航一體化、時(shí)頻域、OTFS信號(hào)體制、抗干擾等領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明首先采用在時(shí)頻頁面上進(jìn)行序貫雙門限幅值檢測(cè)方法，能夠兼顧準(zhǔn)確性和計(jì)算復(fù)雜度，其次采用基于局部最大勢(shì)檢測(cè)器的殘余干擾消除方法，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)信號(hào)檢測(cè)。理論推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn)均驗(yàn)證了該方案的有效性。本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)OFDM信號(hào)抗多普勒頻移和時(shí)延擴(kuò)展性能較差問題，提出了基于正交時(shí)頻空間的OTFS信號(hào)體制，在時(shí)延?多普勒域進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制并且在整個(gè)時(shí)頻域上進(jìn)行擴(kuò)展，以在時(shí)頻雙選信道下實(shí)現(xiàn)高可靠和高速率的數(shù)據(jù)傳輸。

技術(shù)研發(fā)人員：孫博,樹玉泉,葉紅軍,張亞林,許磊,穆俊生,景曉軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/17