基于梳状滤波器的罗兰C交叉干扰抑制技术研究

陈俊喆

基于梳状滤波器的罗兰C交叉干扰抑制技术研究

陈俊喆

（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）

罗兰C信号在多台链信号覆盖区域受到的交叉干扰直接影响其导航定位与定时精度。针对当前周期积累等方法的不足，采用梳状滤波器对数字采样后的信号进行数字前端预处理，通过仿真验证了该方法的有效性和抗干扰能力。基于该方法开展了实际信号接收，验证了该方法的实用性。

罗兰C；交叉干扰；梳状滤波器

0 引言

近年来，随着罗兰C授时技术的发展，跨台链多台信号授时技术为罗兰C导航定位精度提升提供了新的思路。多台链导航授时的精度更高，覆盖范围更广，消除了定位不连续性，使得罗兰C接收技术应用变得更加可靠[1]。然而台链之间信号的交叉干扰一直是罗兰C信号接收中存在的老问题，多台链信号的交叉干扰互相之间影响对方台链的导航授时精度，采用周期积累法[2]应对多台链接收越来越不能满足实际使用需求[3]。国外提出采用新的相位编码方式[4]，但当前条件下很难进行发射信号格式的改变。为了应对实际应用中出现的问题，有必要对交叉干扰进行进一步分析研究，以便提供一种新的解决方式，满足实际需要。

1 交叉干扰成因

1.1 罗兰C信号体制

罗兰C信号是由罗兰C脉冲信号所组成。罗兰C脉冲信号是载波频率100 kHz、长度约为250 μs的水滴状波形。如图1所示。

罗兰C信号分为主台信号和副台信号，主台信号由8个间隔1 ms和1个间隔2 ms的罗兰C脉冲信号所组成；副台信号仅由8个间隔1 ms的罗兰C脉冲信号所组成[5]。如图2所示。

图1 归一化罗兰C脉冲波形

对于一个罗兰C发射台链，存在一个主台和多个副台。每一个台链都有一个独一无二的发播周期，同一台链内的发射台均以该周期发播信号，该周期称为脉冲组重复周期（Group Repetition Interval，GRI）。主副台信号的播发根据固定的时间间隔统一发送，先主台，后副台。

1.2 交叉干扰覆盖范围

出于三方面原因：一是不同台链脉冲组发射间隔周期不同；二是发射台链建设初期选址的限制；三是近年来罗兰C接收机接收性能的逐步提升，导致不同台链发射信号的覆盖范围存在重叠。这时就表现为罗兰C信号接收时出现的信号重叠或覆盖，即交叉干扰现象的出现。

图3 北海台链交叉干扰覆盖区

如图3～图5所示，分别为北海台链、东海台链和南海台链在最低30 dBμV/m信号场强条件下，信干比在-12 dB以下的交叉干扰信号覆盖区域，根据场强和信干比的不同，交叉覆盖范围能达数百万平方公里。因此其影响是非常显著的。

1.3 交叉干扰信号规律

根据罗兰C信号的特点，可以发现交叉干扰现象存在以下四条规律：

1）对于同一个发射台链的罗兰C信号，在正常发播条件下，主副台互相之间不会出现交叉干扰现象；

2）对于不同的台链，总会存在一个不同台链的最小公倍数周期；

3）存在最小公倍数周期为

荧光光谱法是一种可以检测结构、官能团以及荧光成分不同的植物油的方法，这种方法不必制备大量的样品，有较高的灵敏度和选择性。方慧敏[18]辨别芝麻油、花生油和菜籽油主要通过同步荧光图和三维荧光等高线谱图结合的方法，但能够发荧光的物质较少，易受温度等其他条件影响。

在固定点接收某一个台链的信号，其他台链信号在该台链信号接收时刻存在固定周期性干扰；

4）在不同位置接收点接收同一个的信号，受到同一干扰带来的周期性相同，但干扰的效果不同，取决于干扰信号的幅度和相位超前或滞后程度。

2 交叉干扰处理方法

2.1 周期积累法

基于点规律，传统接收机在处理交叉干扰时，通过周期积累法增强同周期信号功率，可以在一定程度上提升信干比，提高信号搜索识别的概率。然而基于点规律，从较长时间周期来看，总的信干比是一定的。

为了增加接收信号中目标信号的出现概率，减少交叉干扰信号出现的概率，可以采用周期积累法。以目标信号的作为取样周期，每个周期的数据组与前一组经过对位求和的数据进行对位求和，得到新一组求和数据。这样的周期叠加增强了对位信号的电平，将不同周期的交叉干扰信号能量分散到取样周期的全部范围，降低了交叉干扰的影响，提高了信干比。

该方法是当前最常使用的方法，具有逻辑简单、实现方便的特点。但最大的问题是需要较长的积累时间，同时数据不能有效利用，占据较大的数据存储空间。

2.2 干扰剔除法

基于点规律，有部分的罗兰接收机采用基于干扰剔除的原理进行交叉干扰抑制。通过对接收信号的长期观察及数据统计，对接收信号的判定分为两种[6]：

1）在交叉干扰信号周期性出现的时段剔除其波形；

2）产生精确对位的反相波形叠加到干扰信号上。

两种方法的使用中都需结合脉冲波形包络特性、幅频特性等进行初步识别，再根据一定的判别门限进行选择。

但使用上述方法的前提条件是用户为长期监测的固定站点。基于点规律，运动的目标会导致未知的相位超前或滞后，即使对于低速运动目标，交叉干扰的相位也会发生不确定性的变化，其短期的数据积累并不具备有效的统计特性。

2.3 梳状滤波器法

以四条规律作为约束条件，研究新的滤波方式抑制干扰的周期信号，可以起到有用的效果。使用梳状滤波器作为交叉干扰抑制处理的方法可以在静态或低速状态下做到这种效果。

梳状滤波器的传递函数如下：

信号流图如图6所示。

图6 梳状滤波器的信号流图

其频率响应如式（3）所示：

其差分方程如式（4）所示：

其幅度响应示意图如图7所示。

图7 梳状滤波器的幅频特性示意图

3 仿真分析

图8 梳状滤波收敛示意图

4 实测分析

在西安使用梳状滤波器接收南海台链的信号，来克服东海台链、北海台链及陕西蒲城BPL信号台交叉干扰信号的问题。蒲城台距离西安不超过 100 km，其作为最主要的干扰信号带来至少40 dB的干扰，直接导致接收机无法准确识别南海台链信号。传统的方法是使用剔除法和周期积累法，不仅搜索时间长，而且灵敏度不够，很难及时对瞬时变化的信号作出反应。采用梳状滤波器后对比如图9所示。蓝色为实际采样信号，南海台链信号几乎完全淹没在干扰之中，传统方法无法准确识别；黄色为梳状滤波后的波形，可以明显看见台链三个台近似图的波形。信干比提升20～40 dB，极大地改善了信号识别能力。

采用传统周期积累法和梳状滤波器方法分别对南海台链的主—副1台时差TDX和主—副2台时差TDY进行监测。由于白天采用周期积累法监测信号困难，因此在晚上干扰较小、信号较强的时段进行监测和两种方法的对比。对两组时差的测量约2个小时，两组值均减去了各自的测量均值。测量结果如表1所示。

表1 对南海台链时差监测的统计（单位：μs）

图11 南海台链时差TDY测量两小时波动量

通过使用梳状滤波器，大大改善了信号的搜索能力，搜索速度更快，在交叉干扰较严重的条件下，将传统周期积累法需要5～10 min的搜索时间压缩到30 s。时差测量稳定度进一步提升，采用周期积累法，通过每100组GRI进行一次周期积累进而获得时差值，如图10和图11单点所示。同时使用梳状滤波器进行测量获得时差值，如图10和图11折线所示。可以明显看出采用梳状滤波器方法时，时差测量更加稳定，更适合固定点的信号监测使用。

5 结论

本文针对罗兰C信号交叉干扰问题进行了分析，提出一种以梳状滤波器抑制交叉干扰的方法，通过仿真分析了其幅度响应和幅度收敛特性。通过接收实际监测信号作对比分析，在相同时间内，将交叉干扰抑制的能力提升了20 dB，使接收机具备信号快速响应能力和更高的搜索识别精度，逐步摆脱对周期积累方式的依赖，能满足新一代罗兰接收机的设计需要。

[1] 唐金元，王春雷，王翠珍. 罗兰-C系统多台链接收机定位解算算法[J]. 航空计算技术，2013，2（43）：72-75.

[2] 李实锋，王玉林，华宇，等. 罗兰-C信号的抗干扰快速检测方法[J]. 西安交通大学学报，2013，10（47）：91-96.

[3] 周隽，崔国恒，许江宁，等. 罗兰C数据链交叉干扰抑制新方法[J]. 弹箭与制导学报，2012，4（32）：173-175+184.

[4] M.Bayat, M.H.Madani. Analysis of Cross-Rate Interference Cancelation by Use of a Novel Phase Code Interval in Loran Navigation System[J]. Journal of The Institute of Navigation, 2017, 3(64): 365-376.

[5] 迈迪. 长河二号工程——远程无线电导航系统[M]. 西安：电子工业出版社，1993.

[6] RDJ Van Nee. Multipath and Multi-Transmitter Interference in Spread-Spectrum Communication and Navigation Systems[D]. The Netherlands: Delft University of Technology, 1995.

Cross-Rate Interference Suppression Technology in Loran-C Based on Comb Filter

CHEN Junzhe

The cross-rate interference of Loran-C signal in the area covered by multiple chain signals directly affects its navigation positioning and timing accuracy. Aiming at the deficiency of the current periodic accumulation method, the comb filter is used to preprocess the digital signal after digital sampling, and effectiveness and anti-interference ability of the method are verified by simulation. The practical signal receiving is carried out based on this method, and the practicability of this method is verified.

Loran-C; Cross-Rate Interference; Comb Filter

TN919.2

A

1674-7976-(2022)-01-041-05

2021-12-16。

陈俊喆（1990.07—），陕西西安人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为陆基长波导航。