低轨卫星扩频通信系统中的窄带干扰抑制技术研究

论文摘要

小卫星技术及系统在通信、遥感、科学研究、技术演示、星际探测与教育等方面有较大的应用前景。由于中国国内和东南亚地区电磁环境复杂，影响了低轨卫星扩频通信的可用性。为提高卫星扩频通信系统的可用性，某型低轨卫星对国内电磁环境进行了监测，测试结果表明UHF频段的电磁干扰主要为窄带干扰，其中窄带干扰是指所占频带远小于接收扩频信号带宽的干扰信号，包括单音干扰、多音干扰、脉冲连续波干扰及其他可能的窄带信号。 本文针对低轨卫星扩频通信系统中存在的窄带干扰，研究了时／频域的一些干扰抑制方法，并提出了以下改进算法： 1、在时域提出了一种新的非线性LTJ(Lattice Transversal Joint)滤波器，并在保证性能前提下，提出了一种简化的改进滤波器。同时，文中了研究该滤波器Lattice和LMS两部分的收敛特性和稳态误差性能，并推导出了窄带干扰经过该滤波器后的噪声功率理论值，从理论上定量分析这种改进LTJ滤波器的干扰抑制性能。 2、在频域中提出了一种简化的干扰门限估计和干扰谱线线性衰减算法。该算法能有效地抑制干扰，且实现复杂度低。 3、在此基础上，针对窄带FSK干扰、窄带与脉冲干扰以及突发窄带干扰等时变干扰，提出了一种级联结构的干扰抑制方法。这种算法通过级联的两个干扰抑制器，分别抑制几种干扰中的连续窄带干扰和突发干扰，提高了系统的鲁棒性和实用性。 同时，在理论研究的基础上，完成了频域窄带干扰抑制验证系统的研制工作，包括以下两方面： 1、针对频率抽取基4FFT提出了一种改进单内存结构，通过采用宏观同地址读写和并行流水计算蝶形单元等措施，在资源和处理速度间达到较好的折衷。 2、采用FPGA实现了频域窄带干扰抑制验证系统，并在某扩频通信系统原理样机上验证了算法的干扰抑制性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 低轨卫星通信系统
• 1.1.1 低轨卫星通信系统的组成
• 1.1.2 低轨卫星通信系统的特点
• 1.1.3 卫星通信系统的通信体制
• 1.2 低轨卫星通信系统干扰信号分析
• 1.2.1 干扰类型
• 1.2.2 干扰源与干扰途径
• 1.3 抗干扰技术研究现状
• 1.4 抗干扰通信系统的主要技术指标
• 1.5 本文研究内容
• 第二章 DSSS中几种时频域窄带干扰抑制方法
• 2.1 接收信号与干扰建模
• 2.2 时域抗干扰自适应滤波器
• 2.2.1 基于线性预测的抗干扰滤波器
• 2.2.2 基于LMS算法的自适应预测滤波器
• 2.3 频域窄带干扰抑制
• 2.3.1 频域窄带干扰抑制原理
• 2.3.2 信号加窗及重叠处理
• 2.3.3 干扰门限的选择
• 2.4 非线性条件中值滤波器
• 2.4.1 中值滤波器（MF）
• 2.4.2 条件中值滤波器（CMF）
• 2.5 本章小结
• 第三章 非线性LTJ滤波器的窄带干扰抑制性能
• 3.1 线性与非线性LTJ滤波器
• 3.1.1 滤波器结构
• 3.1.2 几种滤波器干扰抑制性能仿真比较
• 3.2 改进非线性LTJ滤波器
• 3.2.1 滤波器结构
• 3.2.2 改进非线性LTJ的收敛性能分析
• 3.2.3 窄带干扰抑制后噪声功率分析
• 3.2.4 改进非线性LTJ滤波器的干扰抑制性能仿真
• 3.3 线性LTJ滤波器应用于自适应多用户检测抑制窄带干扰
• 3.3.1 CDMA系统的多址干扰
• 3.3.2 自适应多用户检测
• 3.3.3 线性LTJ滤波器应用于改进的窄带与多址干扰抑制算法
• 3.4 本章小结
• 第四章 一种改进的稳健干扰抑制方法
• 4.1 一种简化的门限估计与干扰消除算法
• 4.1.1 自适应门限估计算法
• 4.1.2 干扰消除算法
• 4.1.3 干扰归零、干扰钳位和干扰衰减的性能评估
• 4.2 一种改进的稳健干扰抑制器
• 4.2.1 时频域干扰滤波器的改进与限制
• 4.2.2 稳健干扰抑制器结构
• 4.2.3 改进稳健干扰抑制器的性能仿真与分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 基4FFT的一种改进实现结构
• 5.1 FFT的基本原理与概念
• 5.1.1 基本原理
• 5.1.2 FFT算法的几个概念
• 5.1.3 频率抽取的基4FFT算法（DIF-4FFT）
• 5.2 FFT的几种实现方法
• 5.2.1 单片内存结构
• 5.2.2 双片内存结构
• 5.2.3 流水线结构
• 5.2.4 并行迭代结构和阵列结构
• 5.3 频率抽取基4FFT的改进单内存结构
• 5.3.1 p级蝶形运算表达式
• 5.3.2 FFT中数据与系数地址的产生
• 5.3.3 改进的单内存结构
• 5.4 本章小结
• 第六章 频域窄带干扰抑制验证系统
• 6.1 性能指标和方案选取
• 6.2 验证系统实现原理
• 6.2.1 总体结构
• 6.2.2 基本模块的硬件实现
• 6.3 频域窄带干扰抑制的干扰抑制性能
• 6.4 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 抗窄带干扰技术展望
• 附录A LATTICE节点的收敛分析
• 附录B 横向LMS部分的收敛分析
• 附录C 窄带干扰估计方差分析
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文目录
• 致谢
• 个人简历
• 学位论文独创性声明
• 学位论文使用授权声明