一种基于FPGA的自适应空频滤波算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的自适应空频滤波算法，涉及通信导航技术领域，本发明专利技术基于空频自适应抗干扰处理模块，空频自适应抗干扰处理模块包括快速傅里叶变换模块、相关矩阵R计算模块、相关矩阵R累积模块、相关矩阵R求逆模块、权值w计算模块、权值相乘滤波模块和快速傅里叶逆变换模块，多路时域复信号通过快速傅里叶变换转换到频域信号，进行相关矩阵R的计算和累加，对累加结果进行求逆运算，根据求逆结果计算得到权值，将权值和多路频域复信号相乘滤波，最后再进行快速傅里叶逆变换得到自适应空频滤波后的时域输出信号，本发明专利技术具有抗干扰处理速度快，能够并行且快速在频域处理卫星导航信号，提高了信号处理的实时性、稳定性，具有较高的可靠性的优点。

An adaptive spatial frequency filtering algorithm based on FPGA

The invention discloses an adaptive space-frequency filtering algorithm based on FPGA, which relates to the field of communication and navigation technology. The invention is based on the space-frequency adaptive anti-jamming processing module. The space-frequency adaptive anti-jamming processing module includes fast Fourier transform module, correlation matrix R calculation module, correlation matrix R accumulation module and correlation matrix R calculation module. Inverse module, weight W calculation module, weight multiplication filter module and fast Fourier inverse transform module, multi-channel complex signal in time domain is converted to frequency domain signal by fast Fourier transform, and the correlation matrix R is calculated and accumulated. The cumulative result is inversed, and the weight is calculated according to the inverse result. The invention has the advantages of fast anti-interference processing speed, parallel and fast processing of satellite navigation signal in frequency domain, improving the real-time and stability of signal processing, and high reliability. Advantage.

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的自适应空频滤波算法
本专利技术涉及通信导航
，更具体的是涉及一种基于FPGA的自适应空频滤波算法。
技术介绍
GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem，全球卫星导航系统)已经在军事、气象、交通等领域发挥出巨大的作用，各国都将其视为重中之重，并大力发展和扶持，它几乎关系到了每个人的日常生活。全球卫星导航系统定位是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量来定位的，同时还必须知道用户钟差，全球导航卫星系统是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的3维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统，通常要通过对收四颗卫星才能准确对经纬度还有高度进行定位。由于导航信号容易受到其他信号的干扰，因此，对于导航信号的抗干扰处理是很有必要的，随着时代的发展，人们对抗干扰算法提出了更高的要求，而现有的抗干扰处理速度较慢，不能满足对导航信号实时处理的要求，可靠性较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：为了解决现有的抗干扰处理速度较慢，不能实时对导航信号进行处理，可靠性较低的问题，本专利技术提供一种基于FPGA的自适应空频滤波算法。本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种基于FPGA的自适应空频滤波算法，包括如下步骤：步骤1：将待处理多路数字信号传入FPGA模块进行数字下变频处理得到实部信号和虚部信号；步骤2：对实部信号和虚部信号分别进行快速傅里叶变换，得到多路频域复信号；步骤3：对多路频域复信号进行相关矩阵R的计算，并对计算结果进行M次累加，然后对累加结果进行求逆运算，得到求逆结果；步骤4：利用求逆结果计算得到权值，将权值与步骤2中的多路频域复信号一起进行权值相乘滤波处理；步骤5：对权值相乘滤波处理后的输出值进行快速傅里叶逆变换，得到时域输出信号；步骤6：对时域输出信号进行数字上变频处理以及数字增益控制后，输出数字导航信号；步骤7：将数字导航信号经D/A转换处理后，转换为模拟导航信号输出。进一步的，所述步骤3中，对计算结果进行M次累加，所述M次累加的累加结果与相关矩阵R的平均值相同。进一步的，设步骤2中快速傅里叶变换的的缩放倍数为2X，则缩放倍数2X与累加次数M应满足：M＝22X。进一步的，设步骤3中的相关矩阵R的实部为A，虚部为B，即R＝A+Bi，则对相关矩阵R求逆为：R-1＝(A+BA-1B)-1-iA-1B(A+BA-1B)-1。进一步的，所述步骤4中利用求逆结果计算得到权值，采用复数除法，设被除数X＝A+Bi，除数Y＝C+Di，则权值进一步的，所述步骤1中的待处理多路数字信号的产生，包括如下步骤：步骤a：阵列天线接收卫星导航信号及干扰信号，将卫星导航信号及干扰信号传入射频端进行射频处理，得到多路射频信号；步骤b：将多路射频信号经A/D转换处理后，转换为待处理多路数字信号输出。进一步的，所述步骤a中得到的多路射频信号的最大幅度范围为2Z～2Z+1，其中Z为卫星导航信号及干扰信号的有效位数。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术的算法对待处理多路数字信号进行快速傅里叶变换转换为多路频域复信号，然后再对多路频域复信号进行相关矩阵R的计算和累加，然后对累加结果进行求逆运算，得到求逆结果，根据求逆结果计算得到权值，将权值和多路频域复信号相乘滤波，最后再进行快速傅里叶逆变换得到自适应空频滤波后的时域输出信号，抗干扰处理速度快。2、本专利技术对实部信号和虚部信号分别求逆，相比与现有技术整体求逆来说，操作更加简单，对时序的把控更加精准，求逆思路更加清晰，进一步提高了信号处理的可靠性。附图说明图1是本专利技术的硬件框图。图2是本专利技术方法的流程图。图3是本专利技术矩阵求逆的流程图。具体实施方式为了本
的人员更好的理解本专利技术，下面结合附图和以下实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1本实施例提供一种基于FPGA的自适应空频滤波算法，所述算法基于空频自适应抗干扰处理模块，所述空频自适应抗干扰处理模块包括快速傅里叶变换模块、相关矩阵R计算模块、相关矩阵R累积模块、相关矩阵R求逆模块、权值w计算模块、权值相乘滤波模块和快速傅里叶逆变换模块，所述方法包括如下步骤：步骤1：将待处理四路数字信号传入FPGA模块进行数字下变频处理得到实部信号和虚部信号，然后将实部信号和虚部信号传入空频自适应抗干扰处理模块；如图1所示，所述待处理四路数字信号的产生，包括如下步骤：步骤a：四个阵列天线接收卫星导航信号及干扰信号，将卫星导航信号及干扰信号传入射频端进行射频处理，得到四路射频信号；步骤b：将四路射频信号经A/D转换处理后，转换为待处理四路数字信号输出；且本实施例中步骤a中得到的四路射频信号的最大幅度范围稳定在212～213之间，卫星导航信号及干扰信号的有效位数为12；步骤2：将实部信号和虚部信号组成的输入复信号传入快速傅里叶变换模块进行快速傅里叶变换，得到四路频域复信号；步骤3：对四路频域复信号进行相关矩阵R的计算，并对计算结果进行M次累加，然后对累加结果进行求逆运算，得到求逆结果；如图2所示，在空频自适应抗干扰处理模块中，快速傅里叶变换模块采用128个点，将快速傅里叶变换模块输出的四路频域复信号分别记作：S1r、S1i、S2r、S2i、S3r、S3i、S4r、S4i，然后相关矩阵R计算模块按下表运用定点乘法和定点加法计算出相关矩阵R的每一个数，并且分别将实部和虚部存入两个随机存取存储器，简称ram中：由于快速傅里叶变换的结果缩放了23倍，则将相关矩阵R通过相关矩阵R累积模块累加64次后输出累加结果；累加方法是将两ram输出和新输入数据进行定点加法后再分别接到两ram输入，当累加完成的时候，将累加结果直接传入相关矩阵R求逆模块，此时两ram中的数据正好就是平均的相关矩阵R；如图3所示，相关矩阵R求逆模块的求逆是对4×4的复矩阵求逆，设相关矩阵R的实部为A，虚部为B，即R＝A+Bi，则对相关矩阵R求逆为：R-1＝(A+BA-1B)-1-iA-1B(A+BA-1B)-1具体的：先用4×4的复矩阵求逆求出A-1，然后求出A-1B，并保存记作C，再求出BC，然后与A矩阵相加，结果记作D，再求出D-1，即为相关矩阵R求逆后的实部，然后再计算出CD-1，取相反数后即为相关矩阵R求逆后的虚部；步骤4：利用求逆结果通过权值w计算模块计算得到权值，将求逆后输出的实部和虚部的第一行数据取出，设被除数X＝A+Bi，除数Y＝C+Di，则权值w的公式为：其中S＝[1,0，0,0]T运用浮点乘法和浮点加减法算出C2+D2，保存下来，同理计算出AC+BD和BC-AD，最后得到的权值实部结果和虚部结果存入对应ram中，将权值w与步骤2中的四路频域复信号一起传入权值相乘滤波模块进行权值相乘滤波处理，使权值w与四路频域复信号相乘再相加；步骤5：将权值相乘滤波处理后的输出值传入快速傅里叶逆变换模块进行快速傅里叶逆变换，还原得到输出复信号，即时域输出信号；步骤6：对时域输出信号进行数字上变频处理以及数字增益控制后，输出数字导航信号；步骤7：将数字导航信号经D/A转换处理后，转换为模拟导航信号输出。以上所述，仅为本专利技术的较佳实施例，并不用以限制本专利技术，本专利技术的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本专利技术的说明书及附图内容所作的等同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA的自适应空频滤波算法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将待处理多路数字信号传入FPGA模块进行数字下变频处理得到实部信号和虚部信号；步骤2：对实部信号和虚部信号分别进行快速傅里叶变换，得到多路频域复信号；步骤3：对多路频域复信号进行相关矩阵R的计算，并对计算结果进行M次累加，然后对累加结果进行求逆运算，得到求逆结果；步骤4：利用求逆结果计算得到权值，将权值与步骤2中的多路频域复信号一起进行权值相乘滤波处理；步骤5：对权值相乘滤波处理后的输出值进行快速傅里叶逆变换，得到时域输出信号；步骤6：对时域输出信号进行数字上变频处理以及数字增益控制后，输出数字导航信号；步骤7：将数字导航信号经D/A转换处理后，转换为模拟导航信号输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的自适应空频滤波算法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将待处理多路数字信号传入FPGA模块进行数字下变频处理得到实部信号和虚部信号；步骤2：对实部信号和虚部信号分别进行快速傅里叶变换，得到多路频域复信号；步骤3：对多路频域复信号进行相关矩阵R的计算，并对计算结果进行M次累加，然后对累加结果进行求逆运算，得到求逆结果；步骤4：利用求逆结果计算得到权值，将权值与步骤2中的多路频域复信号一起进行权值相乘滤波处理；步骤5：对权值相乘滤波处理后的输出值进行快速傅里叶逆变换，得到时域输出信号；步骤6：对时域输出信号进行数字上变频处理以及数字增益控制后，输出数字导航信号；步骤7：将数字导航信号经D/A转换处理后，转换为模拟导航信号输出。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的自适应空频滤波算法，其特征在于，所述步骤3中，对计算结果进行M次累加，所述M次累加的累加结果与相关矩阵R的平均值相同。3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的自适应空频滤波算法，其特征在于，设步骤2中快速傅里叶...

【专利技术属性】
技术研发人员：周敬权，郝筱鲲，王鹏，
申请(专利权)人：成都烨软科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51