一种抗干扰接收机中数字信号处理字长截断方法

文档序号:1956514 发布日期:2021-12-10 浏览:17次 >En<

阅读说明:本技术 一种抗干扰接收机中数字信号处理字长截断方法 (Digital signal processing word length truncation method in anti-interference receiver ) 是由 姚慰 杜健 周康燕 张海堂 龚珊 汪峰 曾理 任浩 肖剑峰 于 2021-11-12 设计创作,主要内容包括:本发明提出了一种抗干扰接收机中数字信号处理字长截断方法,属于数字信号处理技术领域,该方法通过估计截断前数据的功率,然后自适应地调整增益将截断前的数据放大到满幅状态,最后从最高位截取规定字长的数据。与传统方法相比,本发明对截断前的数据功率变化不敏感,可将数字信号处理字长截断引起的信噪比损耗降到最小。(The invention provides a digital signal processing word length truncation method in an anti-interference receiver, which belongs to the technical field of digital signal processing. Compared with the traditional method, the method is insensitive to the power change of the data before truncation, and can reduce the loss of the signal-to-noise ratio caused by truncation of the word length of the digital signal processing to the minimum.)

一种抗干扰接收机中数字信号处理字长截断方法

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域,具体地说,涉及一种抗干扰接收机中数字信号处理字长截断方法。

背景技术

随着数字信号处理理论和半导体技术的进步,数字接收机已经取代模拟接收机,在通信、雷达、导航以及音视频处理器等系统中得到了广泛的应用。数字接收机以高速模数转换器(analog-to-digital converter, ADC)以及数字信号处理电路为主要特征,具有接收灵敏度高、设计灵活、稳定性高等一系列优点。

在电子对抗环境下,为了应对电磁干扰的威胁,要求数字接收机具备一定的抗干扰能力。由于电磁干扰是非合作信号,其数目和功率一般是随时间变化的,因此接收机所接收信号的电平变化范围很大,通常可达数十分贝。为保证抗干扰接收机在电子对抗环境下仍能不失真地接收信号,并达到抑制干扰的目的,需要接收机的ADC具有较大的转换字长,以提高其动态范围。而在干扰抑制后,为了减少后续数字信号处理所需的逻辑资源和功耗,需要通过截断的方式减小数据的字长。例如,对于卫星导航抗干扰接收机,其ADC的转换字长一般为12~16比特,而抗干扰处理后送至信号捕获跟踪模块的数据字长一般需要截断至2~4比特。

在数字信号处理字长的截断问题上,通常的做法是根据经验截取固定位置上规定字长的数据,例如数据由16比特截断为4比特时,固定截取高4比特数据。按这种方法实现非常简单,但是如果截断之前的数据功率是变化的,这种截断方法将引起信噪比损耗,严重时甚至将导致截断后的数据完全不可用。

发明内容

本发明针对现有技术的上述需求和缺陷,提出了一种抗干扰接收机中数字信号处理字长截断方法,该方法通过估计截断前数据的功率,然后自适应地调整增益将截断前的数据放大到满幅状态,最后从最高位截取规定字长的数据。与传统方法相比,本发明对截断前的数据功率变化不敏感,可将数字信号处理字长截断引起的信噪比损耗降到最小。

本发明具体实现内容如下:

本发明提出了一种抗干扰接收机中数字信号处理字长截断方法,具体操作为:首先估计截断前数字信号数据的功率;然后根据估计得到的阶段前数字信号数据的功率自适应地调整增益,从而将截断前的数字信号数据放大到满幅状态;最后从放大到满幅状态后的数字信号数据中从最高位截取出规定字长的数据。

为了更好地实现本发明,进一步地,所述数字信号处理字长截断方法具体分为以下步骤:

步骤1:使用放大器将获取的数字信号数据进行放大;

步骤2:计算放大后的数字信号数据的平均功率;

步骤3:计算放大后的数字信号数据的平均功率与期望功率之间的差值;

步骤4:根据计算得到的平均功率与期望功率之间的差值,对放大器的增益进行更新;

步骤5:从放大后的数字信号数据的最高位开始截取规定字长的数据。

为了更好地实现本发明,进一步地,所述步骤1的具体操作为:

步骤1.1:设定接收到的数字信号数据为,为字长为a比特的有符号整数,a为 自定义的值;其中,n为数据索引号,为正整数;

步骤1.2:使用放大器对接收到的数字信号数据进行放大,具体放大的公式 为:

式中,为放大后的数字信号数据,为a比特的有符号数;为放大器第k次放 大操作时的增益,为a+4比特的正整数,设放大器的初值为2 a+4-1;k为放大操作的次数;N 为每次操作的数据长度;为取整函数,取整规则是向最靠近零的整数进行取整。

为了更好地实现本发明,进一步地,所述每次操作的数据长度N取值为2的指数倍。

为了更好地实现本发明,进一步地,所述步骤2的具体操作为:

步骤2.1:计算放大后的数字信号数据的瞬时功率;

步骤2.2:计算放大后的数字信号数据的平均功率;

步骤2.3:计算放大后的数字信号数据的期望功率。

为了更好地实现本发明,进一步地,所述步骤2.1的具体操作为:

按照以下公式计算放大后的数字信号数据的瞬时功率:

式中,为放大后的数字信号数据的瞬时功率,为2a比特的正整数。

为了更好地实现本发明,进一步地,所述步骤2.2的具体操作为:

按照以下公式计算放大后的数字信号数据的平均功率:

式中,表示放大后的数字信号数据的平均功率,为字长为2a比特的正整数;为放大后的数字信号数据的瞬时功率,为2a比特的正整数;k代表第k次的放大操作;N 为每次操作的数据长度;为取整函数,取整规则是向最靠近零的整数进行取整。

为了更好地实现本发明,进一步地,所述步骤2.3的具体操作为:

按照以下公式计算放大后的数字信号数据的期望功率:

式中,为放大后的数字信号数据的期望功率;

所述步骤3的具体操作为:

按照以下公式计算得到放大后的数字信号数据的平均功率与期望功率的差值:

式中,为平均功率与期望功率的差值,为2a比特的有符号整数,为放大后的 数字信号数据的期望功率;表示放大后的数字信号数据的平均功率,为字长为2a比特的 正整数。

为了更好地实现本发明,进一步地,所述步骤4的具体操作为:

按照k次放大操作的平均功率与期望功率的差值对下一次放大操作时的放大 器增益进行更新,具体更新公式如下:

式中,为更新后的放大器增益,将作为第k+1次操作中放大器的增益值;为 放大器第k次放大操作时的增益,为a+4比特的正整数;k代表第k次的放大操作;为取 整函数,取整规则是向最靠近零的整数进行取整;为放大后的数字信号数据的期望功率。

为了更好地实现本发明,进一步地,所述步骤5的具体操作为:

截取放大后的数字信号数据的最高位开始的b比特的片段作为阶段后的数据 输出,b为自定义的值,具体阶段公式如下:

式中,为截断后的数据,为b比特的有符号数;n为数据索引号,为正整数;k为 放大操作的次数;N为每次操作的数据长度;为放大后的数字信号数据,为a比特的有符 号数;为取整函数,取整规则是向最靠近零的整数进行取整。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果:

本发明通过自适应地将截断前的数据放大到满幅状态,并从最高位截取规定字长的数据,克服了现有技术存在的对数据功率敏感、截断损耗过大的问题,可将数字信号处理字长截断引起的信噪比损耗降到最小。

附图说明

图1是本发明提供的一种抗干扰接收机中数字信号处理字长截断方法的流程图;

图2是本发明方法得到的数字信号处理字长截断前的数据时域包络图;

图3是本发明方法得到的数字信号处理字长截断后的数据时域包络图;

图4是本发明方法得到的放大器的增益值;

图5是采用传统方法处理得到的数字信号处理字长截断后的数据时域包络图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,应当理解,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例,因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例,本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;也可以是直接相连,也可以是通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1:

本实施例提出了一种抗干扰接收机中数字信号处理字长截断方法,具体操作为:首先估计截断前数字信号数据的功率;然后根据估计得到的阶段前数字信号数据的功率自适应地调整增益,从而将截断前的数字信号数据放大到满幅状态;最后从放大到满幅状态后的数字信号数据中从最高位截取出规定字长的数据。本发明克服了现有技术存在的对数据功率敏感、截断损耗过大的问题,可将数字信号处理字长截断引起的信噪比损耗降到最小。

实施例2:

本实施例在上述实施例1的基础上,如图1所示,为了更好地实现本发明,进一步地,所述数字信号处理字长截断方法具体分为以下步骤:

步骤1:使用放大器将获取的数字信号数据进行放大;

步骤2:计算放大后的数字信号数据的平均功率;

步骤3:计算放大后的数字信号数据的平均功率与期望功率之间的差值;

步骤4:根据计算得到的平均功率与期望功率之间的差值,对放大器的增益进行更新;

步骤5:从放大后的数字信号数据的最高位开始截取规定字长的数据。

本实施例的其他部分与上述实施例1相同,故不再赘述。

实施例3:

本实施例在上述实施例1-2任一项的基础上,为了更好地实现本发明,进一步地,所述步骤1的具体操作为:

步骤1.1:设定接收到的数字信号数据为,为字长为a比特的有符号整数,a为 自定义的值;其中,n为数据索引号,为正整数;

步骤1.2:使用放大器对接收到的数字信号数据进行放大,具体放大的公式 为:

式中,为放大后的数字信号数据,为a比特的有符号数;为放大器第k次放 大操作时的增益,为a+4比特的正整数,设放大器的初值为2 a+4-1;k为放大操作的次数;N 为每次操作的数据长度,一般取2的指数倍,例如1024、2048等;为取整函数,取整规则 是向最靠近零的整数进行取整。

本实施例的其他部分与上述实施例1-2任一项相同,故不再赘述。

实施例4:

本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上,为了更好地实现本发明,进一步地,所述步骤2的具体操作为:

步骤2.1:计算放大后的数字信号数据的瞬时功率;

步骤2.2:计算放大后的数字信号数据的平均功率;

步骤2.3:计算放大后的数字信号数据的期望功率。

,进一步地,所述步骤2.1的具体操作为:

按照以下公式计算放大后的数字信号数据的瞬时功率:

式中,为放大后的数字信号数据的瞬时功率,为2a比特的正整数。

进一步地,所述步骤2.2的具体操作为:

按照以下公式计算放大后的数字信号数据的平均功率:

式中,表示放大后的数字信号数据的平均功率,为字长为2a比特的正整数;为放大后的数字信号数据的瞬时功率,为2a比特的正整数;k代表第k次的放大操作;N 为每次操作的数据长度;为取整函数,取整规则是向最靠近零的整数进行取整。

进一步地,所述步骤2.3的具体操作为:

按照以下公式计算放大后的数字信号数据的期望功率:

式中,为放大后的数字信号数据的期望功率。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同,故不再赘述。

实施例5:

本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上,为了更好地实现本发明,进一步地,所述步骤3的具体操作为:

按照以下公式计算得到放大后的数字信号数据的平均功率与期望功率的差值:

式中,为平均功率与期望功率的差值,为2a比特的有符号整数,为放大后的 数字信号数据的期望功率;表示放大后的数字信号数据的平均功率,为字长为2a比特的 正整数。

本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同,故不再赘述。

实施例6:

本实施例在上述实施例1-5任一项的基础上,为了更好地实现本发明,进一步地,所述步骤4的具体操作为:

按照k次放大操作的平均功率与期望功率的差值对下一次放大操作时的放大 器增益进行更新,具体更新公式如下:

式中,为更新后的放大器增益,将作为第k+1次操作中放大器的增益值; 为放大器第k次放大操作时的增益,为a+4比特的正整数;k代表第k次的放大操作;为 取整函数,取整规则是向最靠近零的整数进行取整;为放大后的数字信号数据的期望功 率。

本实施例的其他部分与上述实施例1-5任一项相同,故不再赘述。

实施例7:

本实施例在上述实施例1-6任一项的基础上,为了更好地实现本发明,进一步地,所述步骤5的具体操作为:

截取放大后的数字信号数据的最高位开始的b比特的片段作为阶段后的数据 输出,b为自定义的值,具体阶段公式如下:

式中,为截断后的数据,为b比特的有符号数;n为数据索引号,为正整数;k为 放大操作的次数;N为每次操作的数据长度;为放大后的数字信号数据,为a比特的有 符号数;为取整函数,取整规则是向最靠近零的整数进行取整。

本实施例的其他部分与上述实施例1-6任一项相同,故不再赘述。

实施例8:

本实施例在上述实施例1-7任一项的基础上,如图2、图3、图4、图5所示:图2和图3是本发明方法得到的数字信号处理字长截断前后的数据时域包络图。在本实施例中,抗干扰接收机字长截断前的数据为16比特有符号整数,需要将数据截断至4比特。每次操作的数据长度N为1024,总共操作了1000次,从图2可以看到,字长截断前数据的包络有明显的起伏,这说明数据的功率是变化的。从图3可以看到,采用本发明方法处理后,字长截断后的数据包络基本是恒定的,且处于满幅状态。图4给出了本发明方法得到的放大器的增益值,增益值为20比特的正整数,初值设置为220-1,从图中可以看到放大器的增益值在截断前数据包络大时取值小、在包络小时取值大,因而能使放大后的数据包络保持恒定。

进一步,图5给出了传统方法处理(截取高4比特)后得到的字长截断后的数据,可以看到,数据包络仍有起伏,且未充分利用4比特的存储字长。根据实验结果,在本实施例中,采用本发明方法处理后,字长截断引起的信噪比损耗为0.22dB,远低于传统方法的5.96dB,具有明显的优势。

本实施例的其他部分与上述实施例1-7任一项相同,故不再赘述。

以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化,均落入本发明的保护范围之内。

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