CN111628816B - 一种卫星通信系统的窄带干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

一种卫星通信系统的窄带干扰抑制方法，方法包括：导航卫星基于符号轨迹和调制类型对组成信号进行合成再生以生成合成信号，在确定合成信号为干扰信号的情况下，对合成信号进行反转处理以生成反转副本；接收组合信号的副本并将反转副本和组合信号的副本进行叠加处理以生成第一级干扰抑制信号，第一级干扰抑制信号能够传输至信号预处理模块中进行处理以将发射信号的时频内容与干扰信号的频率内容进行分离，导航卫星的干扰识别模块对信号预处理模块输出的若干个不同子带中信号进行干扰检测，进而能够确定组合信号中所存在的所有干扰源所对应的频率；将窄带干扰对准的子载波频率去除后信号将不再携带该窄带干扰，随后从信号中将载波间干扰移除。

Description

一种卫星通信系统的窄带干扰抑制方法

本发明是申请号为201910005961.4，申请日为2019年1月3日，申请类型为发明，申请名称为一种基于抑制窄带干扰的卫星通信系统的分案申请。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于抑制窄带干扰的卫星通信系统。

背景技术

全球卫星导航系统的主要工作是为军事和民用提供定位、测速、授时或导航等业务，已经广泛应用于各种武器平台，成为精确制导武器中常用的制导手段。由于卫星信号到达地面的功率远低于接收机热噪声功率，因此特别容易受到各种各样的干扰。虽然卫星导航系统采用扩频通信本身具有一定强度的抗干扰能力，但面对例如是高强度的人为干扰时，必须借助抗干扰技术提高系统的抗干扰能力。现在使用的接收机多采用空域抗干扰方式，能够有效抑制宽带干扰和窄带干扰，但是干扰抑制个数受天线的阵元个数限制。目前常使用的抗窄带干扰技术主要包括时域和频域两种。时域抗干扰技术实现简单，但时域抗干扰算法需要长时间的迭代才能达到稳定状态，无法跟踪快变干扰。频域抗干扰技术相对于时域抗干扰技术，其不需要收敛过程，能对快时变干扰迅速做出反应，且对干扰的模型不敏感，比较适用于快时变窄带干扰抑制。例如，为了提高卫星通信质量，提出了一系列例如是基于时域或频域的窄带干扰抑制措施。采用频域抗窄带干扰的方法的基本思路为：信号所包含的主要信息保留在频谱的相位谱中，幅度谱仅表征信号的功率，因此只需要保留信号的大部分相位信息便可以有效地恢复信号。当大功率窄带干扰占用的频谱宽度远远小于扩频信号占用的频谱带宽时，对干扰频谱置零就可以实现窄带干扰抑制。例如，可以利用DFT变换实现窄带干扰的抑制，DFT具有多干扰抑制、无需收敛过程和结构简单对的优点，但是由于加窗处理使得干扰的频谱发生泄漏，从而导致干扰抑制的不彻底。

同时，空间频谱资源是有限的，卫星通信的数据传输速率的提升是以牺牲信息的带宽为代价的，从而其不断对频谱资源进行巨大冲击。为了避免多个发射机发射同一频段信号而导致同频信号相互干扰，使得接收机无法调节正确信息。为了解决现有问题，常采用频谱固定分配模式，即将固定频段的使用权归于特定用户并禁止其他用户或者服务接入已被划分的频谱。固定频段分配模式十分有效地解决了无线电使用中产生的干扰。但随着无线技术的快速发展，越来越多的服务需要接入频谱，原来的频谱的静态分配管理模式使得频谱资源无法得到充分利用，从而使频谱资源越发显得短缺。因此，频谱利用率高、传输速率快且传输距离远的窄带通信技术的研究已成为必然。

公开号为CN102904604B的专利文献公开了一种窄带干扰抑制方法和装置，其装置包括：自适应滤波器模块、快速傅里叶变换模块、窄带干扰抑制模块和快速傅里叶逆变换模块，方法是：根据自适应算法对采样得到的离散序列进行预测得到窄带干扰预测信号；将所述窄带干扰预测信号乘以因子K，得到预测因子信号，并在所述接收信号中减去所述预测因子信号得到第一信号；将所述第一信号变换到频域，在频域上对所述第一信号进行频域陷波处理；将所述频域陷波后的第一信号转化为时域上的第二信号并输入到扩频信号的解调器，完成窄带干扰抑制。该发明在进行快速傅立叶变换处理之前将信号的时域乘以窗函数以进行加窗处理，时域中的乘法运算等效于频域中的卷积处理，因此加窗的效果仅仅是减少干扰源产生的旁瓣。加窗处理可以提高的性能取决于干扰源的频率。当干扰源并不位于某一个子载波频率上，则会产生频谱泄露，并且窄带干扰会影响所有的相邻子载波。并且其也并未考虑对载波间干扰进行消除处理。该发明也并未考虑信号的频率彼此之间具有重叠时对各组成信号的分离，不能够提高卫星通信系统的频谱利用率。

发明内容

如本文所用的词语“模块”描述任一种硬件、软件或软硬件组合，其能够执行与“模块”相关联的功能。

针对现有技术之不足，本发明提供一种基于抑制窄带干扰的卫星通信系统，导航卫星与中继站按照多通道的方式彼此通信连接以对具有若干个组成信号的组合信号进行中继传输，所述导航卫星至少包括干扰识别模块、加窗模块、分离模块和再生模块，在所述组成信号彼此之间具有频率重叠的情况下，所述导航卫星被配置为按照如下方式对所述组合信号进行处理：所述加窗模块配置为基于加窗处理对所述组合信号的频率进行限定后生成窗处理信号；所述干扰识别模块配置为基于所述窗处理信号的n次幂处理以确定至少一个组成信号的调制特性及其对应的载波的符号率；所述分离模块配置为在所述窗处理信号基于所述n次幂处理产生至少一个连续波的情况下，基于所述符号率的m倍的方式对所述窗处理信号重采样并生成重采样信号，并以此确定至少一个符号轨迹和至少一个调制类型；所述再生模块配置为基于所述符号轨迹和所述调制类型对所述组成信号进行合成再生以生成合成信号。

根据一种优选实施方式，所述导航卫星还包括消除模块和反转模块，在确定所述合成信号为干扰信号的情况下，所述导航卫星被配置为按照如下方式对所述合成信号进行处理：所述反转模块配置为对所述合成信号进行反转处理以生成反转副本；所述消除模块配置为接收所述组合信号的副本并将所述反转副本和所述组合信号的副本进行叠加处理以生成第一级干扰抑制信号。

根据一种优选实施方式，所述导航卫星还包括信号预处理模块和干扰消除模块，所述导航卫星被配置为按照如下方式对所述第一级干扰抑制信号进行处理：所述信号预处理模块配置为建立第一复正弦曲线和第二复正弦曲线，并确定所述第一级干扰抑制信号的频率成分以对干扰信号的频率内容进行分离。所述干扰消除模块配置为：按照所述第一干扰抑制信号与所述第一复正弦曲线的执行乘法处理以生成偏移信号的方式引入载波间干扰；按照子载波频率置零的方式获取干扰消除信号并获取其时域采样样本；按照所述时域采样样本与所述第二复正弦曲线执行乘法处理的方式消除所述载波间干扰。

根据一种优选实施方式，所述干扰消除模块按照如下方式获取所述干扰消除信号：将干扰信号的频率与通信信道的子载波频率中心对准并获取与所述干扰信号的频率最接近的快速傅立叶变换滤波器组的频率Δf；将所述偏移信号依次执行加窗处理和快速傅立叶变换处理以生成频域信号；将所述子载波频率所对应的快速傅立叶变换滤波器组的频率Δf置零。

根据一种优选实施方式，所述信号预处理模块被配置为：配置具有若干个不同滤波等级的滤波器组，并且每个滤波等级至少包括低通信道和高通信道，所述低通信道和所述高通信道均配置至少一组离散小波变换器，其中：基于所述滤波器组的若干个滤波等级获取若干个不同频段的子带；所述子带所包含的信号能够分别经离散小波变换处理分解至若干个不同的时频空间。

根据一种优选实施方式，所述中继站至少包括编码模块和第一调制模块，所述中继站被配置为按照如下方式对所述信号进行调制处理：所述编码模块配置为对所述信号执行编码处理以获取编码信号；所述第一调制模块配置为将所述编码信号执行串并变换处理以生成第一支路码流和第二支路码流，其中：在所述第一支路码流执行延迟处理以使得所述第一支路码流和所述第二支路码流彼此之间间隔设定码元周期的情况下，所述第一支路码流依次执行第一级滤波处理和第一级调制处理获取第一调制信号，所述第二支路码流依次执行所述第一级滤波处理和第二级调制处理获取第二调制信号；所述第一调制信号和所述第二调制信号共同经所述第二级调制处理以获得第三调制信号，其中，所述第三调制信号经所述第二级滤波处理以完成所述调制处理。第一级滤波处理由升余弦滚降滤波器执行，第二级滤波处理由带通滤波器执行。信号经第一级滤波处理后会由于后续的调制重采样过程而使得信号频谱出现周期延拓现象，最终产生码间干扰，并且在调制信号的频率范围内会存在旁瓣干扰，降低了调制信号的质量，使得误码率升高。第二级滤波处理能够将频率范围内的旁瓣大小降低至指定的分贝范围内，能够消除码间干扰。调制生成的第三调制信号相比于现有技术具有更低的平均功率比峰值。并且通过第一级滤波处理能够有效地将第一支路码流和第二支路码流的任何相位的不连续性进行平滑移除。

根据一种优选实施方式，所述编码处理至少包括如下步骤：信号经BCH编码处理以生成BCH码，所述BCH码与发送信息帧按照补充零码的方式共同构成设定比特的若干个信息子帧；在所述信息子帧依次经同步加扰处理、RS编码处理和卷积编码处理以得到处理数据的情况下，所述处理数据至少与载波同步比特、引导序列、独特码和帧尾共同组成完整的调制数据帧。

根据一种优选实施方式，所述中继站还包括滤波模块、第二调制模块和变频模块，所述中继站还按照如下方式对所述信号进行处理：所述编码信号以设定码速率传输至第一调制模块中执行调制处理后以第一载波频率传输至所述滤波模块；所述滤波模块配置为对其接收的信号执行滤波处理并传输至所述第二调制模块；所述第二调制模块以第二载波频率将其接收的信号传输至所述变频模块，其中，所述变频模块配置为将其接收的信号变频至设定的射频输出频率。

根据一种优选实施方式，所述导航卫星还包括解调模块，所述干扰识别模块配置为计算信号的平均功率以确定子带中是否存在干扰信号，所述解调模块配置为对所述干扰消除模块的输出信号进行解调处理，其中：所述第一复正弦曲线的频率为Δf，所述第二复正弦曲线的频率为-Δf。

根据一种优选实施方式，所述滤波模块按照第一滤波器对所述第一支路码流和所述第二支路码流执行所述第一级滤波处理并且第二滤波器对所述第三调制信号执行所述第二级滤波处理的方式对其接收的信号进行滤波处理；在所述第三调制信号经所述滤波模块传输至所述第二调制模块的情况下，所述第二调制模块以第二载波频率将其接收的信号传输至所述变频模块；所述第一滤波器是升余弦滚降滤波器，所述第二滤波器是带通滤波器；所述第一级调制处理是正交调制处理，所述第二级调制处理是同相调制处理。

本发明的有益技术效果：

(1)本发明在迭代过程中，每个窄带干扰信号与通信信道的子载波频率中心对准时便会导致载波间干扰的产生。将窄带干扰对准的子载波频率去除后信号将不再携带该窄带干扰，随后从信号中将载波间干扰移除。因此，在解码之前，信号便去除了所有的窄带干扰以及任何潜在的旁瓣，进而能够消除频谱泄露。

(2)本发明通过数字成形滤波器可以消除码间干扰，进而能够满足无码间干扰的奈奎斯特特性，同时还可以平滑波形，进而能够加快调制信号的频带外衰减速度，提高频谱利用率。通过带通滤波器的处理可以使得调制包络更加圆滑。

(3)本发明能够接收具有频率重叠的信号，并对其中所包含的干扰信号进行检测和滤除，能够有效地提高频谱资源的利用率。

附图说明

图1是本发明优选的卫星通信系统的模块化连接关系示意图；

图2是本发明优选的中继站的模块化结构示意图；

图3是本发明优选的第一调制模块的调制处理流程示意图；

图4是本发明优选的导航卫星的模块化结构示意图；

图5是本发明优选的干扰消除模块的处理流程示意图；

图6是本发明优选的RS码的编码框图；

图7是本发明优选的卷积码的编码框图；

图8是本发明优选的编码模块的处理流程示意图；

图9是本发明优选的另一种导航卫星的模块化结构示意图；和

图10是本发明优选的导航卫星对组合信号的处理流程示意图。

附图标记列表

1：导航卫星 2：中继站

101：干扰识别模块 102：干扰消除模块 103：解调模块

104：信号预处理模块 105：模数转化模块 106：加窗模块

107：分离模块 108：再生模块 109：延迟模块

110：消除模块 111：反转模块 201：编码模块

202：第一调制模块 203：滤波模块 204：第二调制模块

205：变频模块 102a：偏移逻辑电路 102b：第一乘法单元

102c：窗函数电路 102d：第一快速傅立叶变换单元

102e：干扰消除电路 102f：快速傅立叶逆变换电路

102g：校正电路 102h：第二乘法单元

102i：第二快速傅立叶变换单元 2a：第一中继站

2b：第二中继站 203a：第一滤波器 203b：第二滤波器

202a：第一调制器 202b：第二调制器 202c：第三调制器

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

实施例1

本发明提供一种基于抑制窄带干扰的卫星通信系统，至少包括至少一个导航卫星1和若干个彼此通信的中继站2。例如，如图1所示，多通道卫星通信系统包括导航卫星1、第一中继站2a和第二中继站2b。第一中继站2a可以将其接收到的数据信号发送至导航卫星1，进而通过导航卫星1将其中继至第二中继站2b。同理，第二中继站2b也可以将其接收到的数据信号通过导航卫星1中继到第一中继站2a。第一中继站2a和第二中继站2b可以单独具有其各自的网关，并且所有网关可以通过共同的网络彼此通信地耦合在一起。

优选的，如图2所示，中继站2至少包括编码模块201、第一调制模块202、滤波模块203、第二调制模块204和变频模块205。编码模块201用于对中继站2接收到的原始数据信息进行编码并将编码后的数字信号按照设定的码速率传输至第一调制模块202。第一调制模块202用于对数字信号进行调制以将转变至设定的第一载波频率。经第一调制模块202调制后的数字信号传输至滤波模块203中进行滤波处理。经滤波模块203编码模块201滤波处理后的数字信号传输至第二调制模块204中进行再次调制以转变至设定的第二载波频率。具有第二载波频率的数字信号传输至变频模块205中。变频模块205用于将第二调制模块204处理得到的数字信号变频至设定的发射频点以便于将其上传至导航卫星1。

优选的，编码模块201可以被配置为基于循环编码或卷积编码对原始数据信息进行编码。第一调制模块202和第二调制模块204可以基于数字相位调制、多进制数字相位调制、相移键控调制、正交相位键控调制、偏移正交相移键控调制中的一种或多种的组合对数字信号进行调制。滤波模块203可以是数字成形滤波器，通过数字成形滤波器可以消除码间干扰，进而能够满足无码间干扰的奈奎斯特特性，同时还可以平滑波形，进而能够加快调制信号的频带外衰减速度，提高频谱利用率。

优选的，变频模块205可以是可编程锁相环芯片，通过配置锁相环芯片的分频寄存器的参数可以将调制信号变频至设定的射频输出频率范围，同时再通过设置频率划分间隔便可以将可用频谱等频率间隔的分割为若干个载波信道。将频谱划分为多个通道可以提升频谱的利用率。例如，若可用频段为100.0000MHz～100.0100MHz，若频率划分间隔为100Hz，则可以将该频段划分为100个信道。通过变频模块可以得到窄带信号。进而实现中继站2与导航卫星1彼此之间的窄带多通道通信。

优选的，中继站2可以将原始数据经编码模块的编码处理后以600bps的码速率送入第一调制模块202中进行调制处理。第一调制模块202以15KHz的载波频率传输至滤波模块203中进行滤波处理。第二调制模块204将15KHz的调制信号进行再次调制以使得其以10.685MHz的载波频率传输至变频模块205。

优选的，如图3所示，第一调制模块202还被配置为按照如下的工作方式对编码模块201处理得到的编码信号进行调制处理：

S1：编码信号经串并变换处理以生成第一支路码流和第二支路码流，其中，第一支路码流和第二支路码流按照延迟处理的方式彼此间隔设定码元周期。

具体的，编码信号经过串并变换处理生成第一支路码流和第二支路码流后，第一支路码流和第二支路码流各自的码速率为编码信号码速率的二分之一。第一支路码流可以按照串行传输的方式进行信号传输，第二支路码流可以按照并行传输的方式进行信号传输。设定码元周期可以是半个码元周期。将第一支路码流或第二支路码流中的任意一个经过半个码元周期的延时处理后便能将第一支路码流和第二支路码流错开半个码元周期。

S2：在将第一支路码流进行半个码元周期的延时处理的情况下，第一支路码流和第二支路码流按照一一对应的方式分别传输至滤波模块203中进行滤波处理，其中，滤波模块203至少包括第一滤波器203a和第二滤波器203b，第一支路码流和第二支路码流按照一一对应的方式传输至第一滤波器203a中进行滤波处理。通过第一滤波器203a可以执行第一级滤波处理。

具体的，第一滤波器203a是数字成形滤波器。数字成形滤波器可以是升余弦滚降滤波器，通过控制滚降系数，能够改变编码信号的成形波形，从而能够减小抽样定时误差造成的影响。升余弦滚降滤波器的频率响应H(f)可以通过如下公式表示：

其中，对应的时域波形函数为：

其中，码元周期T_s＝1/2f_N，f_N为奎奈斯特频率。α为滚降因子，其决定H(f)的形状，α在[0，1]间取值。当α较大时，时域波形衰减块并且振荡起伏较小，其有利于减小码间干扰和定时误差的影响，但占用频带变宽，频带利用率降低，并且带内噪声对信号的影响也会相应增大。当α较小时，频带利用率增加，带内噪声的影响得到削弱，但波形振荡起伏增大，对码间干扰和定时误差的影响增大，最终导致误码率的提高。优选的，滚降因子α可以选取为0.5，数字成形滤波器的阶数设置为32阶。

S3：经过第一滤波器203a进行滤波处理后的第一支路码流和第二支路码流分别传输至第一调制模块202中进行调制处理。

具体的，第一调制模块202至少包括第一调制器202a、第二调制器202b和第三调制器202c。第一调制器202a是正交调制器，第二调制器202b和第三调制器202c均是同相调制器。第一支路码流传输至第一调制器202a中进行正交调制处理以得到第一调制信号，第二支路码流传输至第二调制器中进行同相调制处理以得到第二调制信号。第一调制信号和第二调制信号均统一传输至第三调制器202c中进行同相调制处理以得到第三调制信号。通过第一调制器202a可以执行第一级调制处理。通过第二调制其202b和第三调制器202c可以执行第二级调制处理。

S4：第三调制信号传输至第二滤波器203b中进行滤波处理以完成对编码信号的调制处理。

具体的，第二滤波器203b是带通滤波器，其允许特定频率范围内的信号通过，能够将特定频率范围外的信号衰减至很低水平。编码信号基于调制模块的调制重采样过程，使得信号频谱会出现周期延拓而产生码间干扰，进而导致调制模块的误码概率增加。优选的，带通滤波器的阶数可以设定为64阶。通过带通滤波器的处理可以使得调制包络更加圆滑。通过第二滤波器203b可以执行第二级滤波处理。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。

再次参见图1，第一中继站2a可以将第一信号发送给导航卫星1，进而通过导航卫星1将第一信号中继至第二中继站2b。当第二中继站2b将第二信号传输至导航卫星时，第二中继站2b能够同时接收到第二信号的回波和第一信号作为组合信号。同理，第一中继站2a能够同时接收到第一信号的回波和第二信号作为组合信号。第一中继站2a和第二中继站2b可以通过回波消除方法以消除由于回波导致的干扰，通过消除回波可以利于第一信号和第二信号的解调。第一信号和第二信号在传输过程中会受到不同环境和不同程度的干扰，从而导致中继站接收到的组合信号至少需要传输的发射信号、发射信号的回波以及噪声基底。需要传输的发射信号是指需要在第一中继站和第二中继站之间进行传输的第一信号或第二信号。噪声基底是指通信系统中所有的噪声源和不需要的信号的总和，即除发射信号之外的任何其他信号。

优选的，如图4所示，导航卫星1至少包括信号预处理模块104。信号预处理模块104包括若干个滤波器以实现对组合信号的分解、分析或抑制干扰信号。信号预处理模块104被配置为按照如下方式对组合信号进行处理：

S1：对组合信号进行快速傅立叶变换处理以确定组合信号的频率成分。例如，信号预处理模块104可以包括快速傅立叶变换器，将组合信号传输至快速傅立叶变换器便能够实现组合信号的快速傅立叶变换。快速傅立叶变换器可以将组合信号样本的乘积与频率的复正弦曲线相加以获取组合信号的频域表示，其中，快速傅立叶变换器的处理过程可以表示为：

x_n是组合信号的数字样本。N是正在处理的样本总数。

S2：经快速傅立叶变换处理后的输出信号经分解处理以获得多个不同时频空间的分解信号。具体的，输出信号可以传输进入滤波器组，滤波器组可以包括若干个不同的滤波等级。每个滤波等级可以包括低通信道和高通信道，并且低通信道和高通信道均分别配置一组离散小波变换器。通过不同的滤波等级能够将输出信号分割成若个个不同频段的子带，不同子带所包含的信号能够经离散小波变换器的离散小波变换处理而分解至多个不同时频空间，从而能够将发射信号的时频内容与干扰信号的频率内容进行分离。

优选的，再次参见图4，导航卫星1至少包括干扰识别模块101、干扰消除模块102和解调模块103。导航卫星1可以具有例如是天线的信号接收模块，进而能够接收中继站2或其他信号终端传输的信号。干扰识别模块101用于对信号预处理模块104输出的若干个不同子带中信号进行干扰检测，进而能够确定组合信号中所存在的所有干扰源所对应的频率。干扰消除模块102用于针对干扰识别模块检测确定干扰源进行例如是滤波处理，从而实现干扰的消除。解调模块103用于对信号进行解调以便于信号的进一步传输。优选的，干扰识别模块101可以计算组合信号的平均功率并且设置标准阈值。当干扰识别模块分析确定的组合信号的实际功率高于设置的标准阈值，则可以判断存在干扰。可以通过对干扰信号进行的提前模拟来提前确定标准阈值的设定值。

优选的，如图5所示，干扰消除模块102可以包括偏移逻辑电路102a、第一乘法单元102b、窗函数电路102c、第一快速傅立叶变换单元102d、干扰消除电路102e、快速傅立叶逆变换电路102f和信号校正电路102g。偏移逻辑电路102a用于将干扰信号的频率与通信信道的子载波的频率中心进行对准，偏移逻辑电路能够确定干扰信号的频率与快速傅立叶转换滤波器组频率Δf的中心频率之间的差值，并且偏移逻辑电路可以从快速傅立叶转换滤波器组频率中确定与干扰信号的频率最为接近的一个或多个。优选的，偏移逻辑电路还能够创建关于接收到的信号的第一复正弦曲线以用于在第一乘法单元102b中执行模拟信号彼此之间的相乘。第一复正弦曲线的频率可以用-Δf表示，并且第一复正弦曲线可以通过如下公式

(n＝0，1，…，N-1)进行表示。F_s表示采样频率。N是快速傅立叶变换采样点数。第一乘法单元102b可以从偏移逻辑电路中接收第一复正弦曲线以及组合信号，其中，组合信号中包含干扰信号的采样样本。第一乘法单元102b将第一复正弦曲线与采样样本相乘以获取偏移信号。同时，通过将第一复正弦曲线与采样样本相乘也能够将载波间干扰引入第一乘法单元102b中。

优选的，窗函数电路102c用于接收第一乘法单元102b的输出，并对其进行加窗处理。窗函数电路可以使用例如是汉宁窗函数、矩形窗函数或巴特利窗函数对信号进行加窗处理。通过加窗处理能够将第一乘法单元102b的输出限制于主瓣上。第一快速傅立叶变换单元102d能够接收窗函数电路102c的输出，并对其执行快速傅立叶变换处理以生成频域信号。干扰消除电路102e能够接收由第一快速傅立叶变换单元102d处理后的解调的快速傅立叶变换信号，并且干扰消除电路102e能够将快速傅立叶变换信号中的由偏移逻辑电路102a在计算Δf过程中所确定的子载波频率进行移除以得到干扰消除信号。具体的，针对Δf计算过程中所涉及的子载波频率，干扰消除电路102e能够将该子载波频率所对应的快速傅立叶转换滤波器组频率设置为零。由于干扰信号的频率已经偏移逻辑电路102a处理而与子载波的频率中心对准，而当前子载波的频率被干扰消除电路102e设定为零，从而使得干扰信号被消除。优选的，干扰消除信号能够传输至快速傅立叶逆变换电路102f并且被执行快速傅立叶逆变换处理以产生时域采样样本。优选的，校正电路102g被配置为生成频率等于Δf的斜坡信号，该斜坡信号可以通过第二复正弦曲线

(n＝0，1，…，N-1)进行表示。从而校正电路102g能够消除载波间干扰。具体的，由校正电路102g生成的第二复正弦曲线与快速傅立叶逆变换电路102f生成的输出信号同时传输至第二乘法单元102h中进行相乘处理以消除载波间干扰。优选的，第二乘法单元102h的输出信号能够传输至第二快速傅立叶变换单元102i中再次进行快速傅立叶变换处理以对该信号进行解调处理。第二快速傅立叶变换单元102i的输出信号最终传输至解调模块103中进行解码处理。优选的，第一快速傅立叶变换单元102d和第二快速傅立叶变换单元102i共同限定快速傅立叶转换滤波器组。

优选的，在迭代过程中，每个窄带干扰信号与通信信道的子载波频率中心对准时便会导致载波间干扰的产生。将窄带干扰对准的子载波频率去除后信号将不再携带该窄带干扰，随后从信号中将载波间干扰移除。因此，在解码之前，信号便去除了所有的窄带干扰以及任何潜在的旁瓣，进而能够消除频谱泄露。

实施例3

本实施例是对前述实施例的进一步改进，重复的内容不再赘述。

优选的，导航卫星1在与中继站2彼此通信时，导航卫星1也可以接收到由多种组成信号组成的组合信号。组合信号可以包括需求信号和干扰信号，需求信号是指需要通过导航卫星1进行中继传输的信号。导航卫星1还包括模数转换模块105、加窗模块106、分离模块107、再生模块108、延迟模块109、消除模块110和反转模块111。导航卫星1与中继站2之间建立多通道传输，多通道传输的信号彼此之间可以具有频率重叠，进而能够提高频谱资源的利用率。

优选的，导航卫星1被配置为按照如下方式对具有频率重叠的组合信号进行分离处理：

S1：基于加窗模块106执行加窗处理以获取窗处理信号，并基于干扰识别模块101对窗处理信号执行n次幂处理确定组成信号的调制特性及组成信号对应的载波的符号率。

具体的，模数转换模块105用于将导航卫星接收到的组合信号进行模数转换以将模拟信号转换为数字信号。导航卫星1接收到的组合信号首先传输至模数转换模块105中进行模数转换处理以生成数字信号。加窗模块106能够接收经模数转换模块105处理生成的数字信号，加窗模块106能够限制数字信号的带宽或者关注数字信号的一部分以保证其能够对需求信号的频谱部分进行有效处理，进而能够生成窗处理信号。干扰识别模块101可以接收窗处理信号并对其信号组成成分进行识别确定。例如，干扰识别模块101可以配置为将窗处理信号执行n次幂处理直至将其转换为连续波为止。当窗处理信号中包含多种不同信号时，例如可以包含两个需求信号和三个干扰信号，不同的信号由于具有不同的调制特性，进而可以形成多个不同的n次幂处理，即，窗处理信号可能在执行4次幂处理时便可以得到一个连续波，在执行8次幂时又可以得到另一个连续波。具有5种信号的窗处理信号可以以5中不同的n次幂产生5个彼此独立的连续波。n次幂处理按照以2的倍数进行执行，即可以执行2次幂处理、4次幂处理、6次幂处理等。优选的，在执行n次幂处理时，按照每级递增2级的方式进行执行。例如，在执行2次幂处理时未产生连续波的情况下，依次执行4次幂处理、6次幂处理、8次幂处理等。优选的，组成信号的调制特性至少可以通过组成信号的相位偏移、频率偏移、带宽和时间延迟中的一种或多种进行确定。通过n次幂处理后形成的连续波的波形便可以确定相位偏移、频率偏移、带宽和时间延迟。

优选的，可以基于对窗处理信号的n次幂处理过程对窗处理信号的符号率进行确定。例如，当信号在执行n次幂处理的过程中，符号的相位会产生相互关联或将彼此的相互关联关系消除，进而能够形成由频域中的单一频率表示的连续波，该过程能够产生分布在连续波的频率周围的小旁瓣，小旁瓣彼此之间的间隔与相应的组成信号的载波的符号率相关，进而可以基于小旁瓣彼此之间的间隔对载波的符号率进行确定。

S2：在窗处理信号基于n次幂处理产生至少一个连续波的情况下，分离模块107按照基于符号率的m倍的方式对窗处理信号进行重采样以生成重采样信号，并以此确定至少一个符号轨迹和至少一个调制类型。

优选的，当干扰识别模块101确定组合信号中具有多个组成信号时，窗处理信号可以传输至分离模块107中，分离模块可以基于确定的调制特性以符号率的m倍的方式对窗处理信号进行重新采样。即分离模块107是以更高的速率对其接收的信号进行采样，进而能够导出符号轨迹、整形因子和调制类型。整形因子可以用于评价信号能量的集中程度或分散程度。例如，整形因子可以是窗处理信号的根升余弦频谱。优选的，不同组成信号能够在不同的n次幂处理过程中生成多个连续波。例如，在使用二进制相位键控方式对信号进行调制时，可以两次幂处理时产生连续波。在使用正交相移键控方式对信号进行调制时，可以在四次幂处理时产生连续波。因而，可以根据n次幂处理的自乘次数确定信号的调制类型。

优选的，再生模块108基于至少一个符号轨迹和至少一个调制类型对每一个组成信号进行合成以生成合成信号，在确定合成信号是干扰信号的情况下，反转模块111对合成信号进行反转处理以生成反转副本，延迟模块109将组合信号的副本延迟传输至消除模块110中，消除模块110将反转副本与组合信号的副本进行叠加处理以将干扰信号消除，进而能够获得第一级干扰抑制信号。

优选的，如图9所示，第一级干扰抑制信号能够传输至信号预处理模块104中进行处理以将发射信号的时频内容与干扰信号的频率内容进行分离。经信号预处理模块101处理后的第一级干扰抑制信号能够传输至干扰消除模块102中对干扰信号进行进一步消除。

实施例4

本实施例是对前述实施例的进一步改进，重复的内容不再赘述。

优选的，如图8所示，编码模块201还被配置为按照如下方式对信号进行编码处理：

S1：将信号经BCH编码处理后生成的BCH码与发送信息帧组成设定比特的信息子帧，其中，在信息子帧的比特长度不满足设定比特长度的情况下，按照补充0码的方式对其进行补齐。

具体的，a比特的信号经过BCH(b，a)编码能够得到b比特的BCH码输出，将b比特的BCH码与发送信息帧组成c比特的信息子帧。例如，b可以设定为31，c可以设置为223。

优选的，BCH码的生成多项式可以通过公式g(x)＝x¹⁰+x⁹+x⁸+x⁶+x⁵+x³+1进行表示。

S2：信息子帧经同步加扰处理。在数字通信中发送连续较长的0码或连续的1码时，会受到空间传输信道中存在的电磁场干扰，从而产生误码。扰码是一个n伪随机序列，将n序列的线性反馈和数据进行相加可以平衡0码和1码的出现次数，可以将数据转换成近似白噪声，降低了空间信号的衰落和误码率。具体的，同步加扰处理的扰码周期可以设定为2¹⁵-1，多项式为1+X¹⁴+X¹⁵，起始寄存器值为1001_0101_0000_000的n序列，将成帧后的所有数据进行加扰处理。

S3：经加扰处理后的子帧依次进行RS编码和卷积编码。例如，RS编码的具体参数可以配置如下：码长n＝255，监督端k＝223，生成多项式g(x)＝x⁸+x⁴+x³+x²+1。卷积编码具有1个输入端口和2个输出端口，两个输出端口分别对应的生成多项式为g1(x)＝x⁶+x⁵+x⁴+x³+1和g2(x)＝x⁶+x⁴+x³+x¹+1。

优选的，图6示出了RS码的编码框图，输入信息多项式h(x)去除g(x)得到余式r(x)，将r(x)拼接至h(x)的尾部，得到输出码字。具体的，h(x)通过选通器A直接输出，并且h(x)进入RS校验电路，此时校验电路的输出断路，当223个元素全部进入检验电路后，若干个寄存器中存放数据为RS校验位。此时校验电路的输出开路，将校验位输出，完成r(x)拼接至h(x)的尾部，从而构成255比特的RS编码数据。

优选的，图7示出了卷积码的编码框图，码率为3/4比特/符号，约束长度为7比特，连接矢量G1＝1111001，G2＝1011011。输出由打孔方案决定，其中，C1：101，C2：110，1表示被传输的符号，0表示不被传送的符号。移位寄存器用于存储比特信息，输出的码流序列进入移位寄存器的同时将码流序列分为两个支路，分别进行两路异或运算。第一支路的运算多项式为g1(x)，第二支路的运算多项式为g2(x)。第一支路和第二支路能够将运算结果送入打孔单元，其中，两个支路的运算结果交替进入打孔单元中，打孔单元将连续6比特数据移位划分为一组，每组进入顺序是C₁(1)C₂(1)C₁(2)C₂(2)C₁(3)C₂(3)…。最后打孔单元根据打孔方案将一组数据进行卷积编码3/4删余输出，输出序列的顺序是C₁(1)C₂(1)C₂(2)C₁(3)…。

S4：将卷积编码后产生的数据与载波同步比特、引导序列、独特码、帧尾共同组成完整的调制数据帧。例如，卷积编码后产生的数据可以与320比特载波同步比特、160比特引导序列、64比特独特码、64比特帧尾共同组成完整的调制数据帧。通过将编码方式进行有机组合，形成的组合编码方式的误码率低、保密性高、频谱利用率高。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种卫星通信系统的窄带干扰抑制方法，导航卫星与中继站按照多通道的方式彼此通信连接以对具有若干个组成信号的组合信号进行中继传输，其特征在于，所述方法包括：

所述导航卫星基于符号轨迹和调制类型对所述组成信号进行合成再生以生成合成信号，在确定所述合成信号为干扰信号的情况下，

对所述合成信号进行反转处理以生成反转副本；

接收所述组合信号的副本并将所述反转副本和组合信号的副本进行叠加处理以生成第一级干扰抑制信号，所述第一级干扰抑制信号能够传输至信号预处理模块中进行处理以将发射信号的时频内容与干扰信号的频率内容进行分离，其中，

所述导航卫星的干扰识别模块对所述信号预处理模块输出的若干个不同子带中的信号进行干扰检测，进而能够确定所述组合信号中所存在的所有干扰源所对应的频率；

将窄带干扰对准的子载波频率去除后信号将不再携带该窄带干扰，随后从信号中将载波间干扰移除，

所述导航卫星基于加窗处理对所述组合信号的频率进行限定后生成窗处理信号；

所述干扰识别模块基于所述窗处理信号的n次幂处理以确定至少一个组成信号的调制特性及其对应的载波的符号率；

所述导航卫星在所述窗处理信号基于n次幂处理产生至少一个连续波的情况下，基于所述符号率的m倍的方式对所述窗处理信号重采样并生成重采样信号，并以此确定至少一个符号轨迹和至少一个调制类型，

所述第一级干扰抑制信号传输至所述信号预处理模块中进行处理的步骤包括：

所述信号预处理模块建立第一复正弦曲线和第二复正弦曲线，并确定所述第一级干扰抑制信号的频率成分以对干扰信号的频率内容进行分离；

干扰消除模块执行如下步骤：

按照所述第一级干扰抑制信号与所述第一复正弦曲线执行乘法处理以生成偏移信号的方式引入载波间干扰；

按照子载波频率置零的方式获取干扰消除信号并获取其时域采样样本；

按照所述时域采样样本与所述第二复正弦曲线执行乘法处理的方式消除所述载波间干扰。

2.根据权利要求1所述的卫星通信系统的窄带干扰抑制方法，其特征在于，所述干扰消除模块按照如下方式获取所述干扰消除信号：

将干扰信号的频率与通信信道的子载波频率中心对准并获取与所述干扰信号的频率最接近的快速傅立叶变换滤波器组的频率Δf；

将所述偏移信号依次执行加窗处理和快速傅立叶变换处理以生成频域信号；

将所述子载波频率所对应的快速傅立叶变换滤波器组的频率Δf置零。

3.根据权利要求2所述的卫星通信系统的窄带干扰抑制方法，其特征在于，所述信号预处理模块具有若干个不同滤波等级的滤波器组，并且每个滤波等级至少包括低通信道和高通信道，所述低通信道和所述高通信道均配置至少一组离散小波变换器，其中：

基于所述滤波器组的若干个滤波等级获取若干个不同频段的子带；

所述子带所包含的信号能够分别经离散小波变换处理分解至若干个不同的时频空间。

4.根据权利要求3所述的卫星通信系统的窄带干扰抑制方法，其特征在于，所述导航卫星还包括解调模块，所述解调模块对所述干扰消除模块的输出信号进行解调处理，其中：

所述第一复正弦曲线的频率为-Δf，所述第二复正弦曲线的频率为Δf。

5.根据权利要求4所述的卫星通信系统的窄带干扰抑制方法，其特征在于，所述中继站按照如下方式对信号进行调制处理：

编码模块对信号执行编码处理以获取编码信号；

第一调制模块将所述编码信号执行串并变换处理以生成第一支路码流和第二支路码流，其中：

在所述第一支路码流执行延迟处理以使得所述第一支路码流和所述第二支路码流彼此之间间隔设定码元周期的情况下，所述第一支路码流依次执行第一级滤波处理和第一级调制处理获取第一调制信号，所述第二支路码流依次执行所述第一级滤波处理和第二级调制处理获取第二调制信号；

所述第一调制信号和所述第二调制信号共同经所述第二级调制处理以获得第三调制信号，其中，所述第三调制信号经第二级滤波处理以完成所述调制处理。

6.根据权利要求5所述的卫星通信系统的窄带干扰抑制方法，其特征在于，所述编码处理至少包括如下步骤：

信号经BCH编码处理以生成BCH码，所述BCH码与发送信息帧按照补充零码的方式共同构成设定比特的若干个信息子帧；

在所述信息子帧依次经同步加扰处理、RS编码处理和卷积编码处理以得到处理数据的情况下，所述处理数据至少与载波同步比特、引导序列、独特码和帧尾共同组成完整的调制数据帧。

7.根据权利要求6所述的卫星通信系统的窄带干扰抑制方法，其特征在于，所述中继站还按照如下方式对所述信号进行处理：

所述编码信号以设定码速率传输至第一调制模块中执行调制处理后以第一载波频率传输至滤波模块(203)；

所述滤波模块(203)对其接收的信号执行滤波处理并传输至第二调制模块(204)；

所述第二调制模块(204)以第二载波频率将其接收的信号传输至变频模块(205)，其中，所述变频模块(205)将其接收的信号变频至设定的射频输出频率。

8.根据权利要求7所述的卫星通信系统的窄带干扰抑制方法，其特征在于，所述滤波模块(203)按照第一滤波器(203a)对所述第一支路码流和所述第二支路码流执行所述第一级滤波处理并且第二滤波器(203b)对所述第三调制信号执行所述第二级滤波处理的方式对其接收的信号进行滤波处理；

在所述第三调制信号经所述滤波模块(203)传输至所述第二调制模块(204)的情况下，所述第二调制模块(204)以第二载波频率将其接收的信号传输至所述变频模块(205)；

所述第一滤波器(203a)是升余弦滚降滤波器，所述第二滤波器(203b)是带通滤波器；所述第一级调制处理是正交调制处理，所述第二级调制处理是同相调制处理。

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