抗干扰应用中的全数字自动增益控制技术

２０１０年８月第４期　现代导航　・０。　抗干扰应用中的全数字自动增益控制技术　郭卫展　，张骅　，２　（１中国电子科技集团公司第二十研究所，西安７１００６８；２西北工业大学，西安７１００７２）　摘要：本文给出了一种用于抗干扰处理的数字域自动增益控制技术，仿真结果验证了这一　方法的有效性。　关键词：抗干扰；自动增益控制；卫星导航　中图分类号：ＴＮ９７３．３　文献标识码：Ａ　Ｄｉｇｉｔａｌ　ＡＧＣ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ａｎｔｉ—Ｊａｍｍｉｎｇ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ＧＵＯ　Ｗｅｉｚｈａｎ．ＺＨＡＮＧ　Ｈｕａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ａｕｔｏ　ｇａｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｒｅｇｉｏｎ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｕｓｅｆｕｌ　ｉｎ　ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｏｒ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｒｅｖｅａｌ　ｔｈｅ　ｖａｌｉｄｉｔｙ　ｏｆｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ａｎｔｉ—Ｊａｍｍｉｎｇ；ＡＧＣ；Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　随着卫星定位系统广泛应用于军事领域，其在　现代高科技战争中的作用越来越重要，特别是“导　！　塑卜叫　卜叫　Ｉ　天　航战”由概念向武器系统转化后，敌我导航系统之　线　阵　间的“攻”和“防”成为导航战的重要内容。在电子对　列　抗环境中，卫星导航接收机接收信号动态范围大，　王垂垂＝｝＿　二ｌ　Ｉ　墨　在数字式抗干扰接收机的设计中，抗干扰处理后的　信号不再如图１所示转换为射频模拟信号，而是如　图２所示直接以数字中频信号的形式送入接收机的　墓茬嚣霎Ｉ定位结算ｒ＿．—［　－１　竺　ＡＧｃ　ｒ＿＿１茎　信号处理。无论采用何种方案，送入接收机的信号　必须是幅度稳定的。因此图１所示的抗干扰天线与　图１抗干扰天线与接收机分别设计的方案原理　接收机分别设计的方案中接收机部分必须使用模　＿．１１奎塑Ｈ　卜　抗　拟ＡＧＣ；图２所示的一体化数字式接收机中，必须　在抗干扰处理后增加数字ＡＧＣ处理环节。　线　天　亟　干　很明显采用一体化数字接收机方案减小了不　列　阵　垂　扰　处　理　必要的处理环节，减少硬件数量，避免了由此带来　＿．ｆ　的额外信噪比损失。应用于电子对抗环境下的ＡＧＣ　技术，已成为一体化抗干扰型接收机研制的关键技　图２一体化数字式接收机　术。　１数字ＡＧＣ原理　数字ＡＧＣ原理框图如图３所示，主要包括功　收稿日期：２０１０．０６．１２。　率调整，功率估计，增益系数计算等部分。　・１０・　现代导航　２０ｌＯ年　数字信号功率调整　稳幅信号　尸０一日　＝０的根的过程。采用一阶迭代格式（５）、　式（６）或二阶迭代格式（７）实现全数字ＡＧＣ系统放大　倍数调整。　口　＋。＝　＋　【ｘ　一Ｘｉ　Ｊ　ａｋ＋１＝　＋　—　（５）　］　（６）　图３数字ＡＧｃ原理框图　ａｋ＋ｌ＝（２－　＋（１一　一。＋　一　２　２］　（７）　１．１功率估计方法　数字信号功率估计可以采用三种方法进行：　√　＋Ｑ　＝１，Ｉ＋　（１）　√，　＋Ｑ　＝　＋　（２）　＝ｍａｘ｛三，　＋　｝　式中Ｌ＝ｍａｘ｛ｌ［，ｌＱ１）；Ｓ＝ｍｉｎ｛Ｉ］，ｌＱＩ）　三种方法中，式（１）精度较差，仅适合于要　求较低的场合，式（３）精度最高，式（２）基本上可　以满足一般处理的要求。　１．２功率控制算法　全数字ＡＧＣ系统不需要数控ＡＧＣ系统中的可　变增益放大器实现增益调整，而完全在数字域，由　数字信号处理算法实现，一般应用在基带数字信号　处理过程。本文应用牛顿迭代算法设计全数字ＡＧＣ　系统控制算法。　全数字ＡＧＣ系统的理论分析模型结构如图３。　为分析简便，假设在放大倍数ａ调整过程中，输入　信号强度保持不变。　设增益调整初始时刻放大倍数为ａ０，设输入功　率为　，输出功率为Ｐｏ：　ＪＦ：，期望输出功率为　，增益调整完成时，放大倍数为ａ，此时输出功　率为Ｐｏ＝０２Ｐ／，因此，放大倍数调整函数为　ａ＝　（４）　考虑到放大倍数调整函数中存在除法和开根　号操作，因此，我们考虑采用迭代算法来实现。　迭代求解式（４）的过程等价为迭代求解方程　采用一阶迭代格式（５）、式（６）或二阶迭代格式（７）　实现全数字ＡＧＣ系统设计，需要合理选择参数　、　。参数Ｏｆ、　的选取直接影响全数字ＡＧＣ系统　敛散性和收敛速度。为避免确定参数　、　，提高　放大倍数的收敛速度。我们考虑使用牛顿迭代过　程。　令　（　）＝Ｐ，一ａ２Ｐ，＝０，贝０　ｆ　）＝一２　（８）　牛顿迭代格式为　Ｉ　卜１．３控制算法实现设计　利用迭代格式（等　生一９）实现全数字ＡＧＣ系统设计，一生２　　仍然存在除法运算，对此，我们可以采用牛顿迭代　格式的变形来简化运算。　Ｐｏ（ｋ）一Ｐｒ＞　ｅｏ（ｋ）一Ｐ，＞鲁　Ｏｋ＋１　毒　鬟㈣一上　（　）一　一鲁　　８＞ｅｏ（ｋ）一Ｐ，＞一　ｐｏ（ｋ）一Ｐｒ　一曼２　考虑数字信号处理过程，除法可用移位近似，　故将简化牛顿迭代格式０ｏ）修改成如式（１１）所示的　分段函数形式。　。　一１—　第４期　口七　郭卫展等：抗干扰应用中的全数字自动增益控制技术　ｋ一—４—　ｋ一　Ｐｏ（ｋ）一　每　）一　等　）一　兰６４（１１）　醚　一　ａｋ＋１　＋　一　６４　Ｐｏ（　寺　十　．　专＞　（　）一　一　口　＋　４　（七）一　≤一　２仿真结果　图４一图６给出了仿真结果，可以看出此种方　法进行自动增益控制，收敛速度快，输出信号幅度　稳定。　嘻　口　自幢　簿　图４输入信号（未经增益控制）　图５增益控制系数　器　簿　１Ｄ０　２００　３００　４∞　５∞　６００　７００　８００　９００　１０口０　ｔｉｍｅ　图６输出信号（经过自动增益控制处理）　３结论　本文给出的数字域自动增益控制技术操作简　单，便于ＦＰＧＡ系统编程实现，仿真和实测的结果　都能验证方法的有效性。　参考文献：　［１］　Ｇｏｎｃａｌｏ　Ｔａｖａｒｅｓ，Ｍｏｉｓｅｓ　Ｓ．Ｅ　Ｈｉｇｈ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ　Ｆｏｒ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ＡＧＣ［Ｊ］．ＩＥＥＥ，　１９９０．１５２９￣１５３２．　［２］　齐治昌．数值分析及其应用［Ｍ】．长沙：国防科技大学　出版社，２０００．１８６～１８８．　［３】　熊洪允，曾绍标，毛云英．应用数学基础［Ｍ］．天津：天　津大学出版社，１９９８．２６９￣２７１．