本篇论文探讨了基于高速快速傅里叶变换(FFT)结构的频域抗干扰算法在FPGA(现场可编程门阵列)上的实现。频域抗干扰算法在卫星导航领域被广泛应用,目的是提升导航信号在复杂电磁环境中的抗干扰能力。文章中提及的关键技术和概念如下:
1. 导航信号与干扰:导航信号在传输过程中很容易受到环境的干扰,尤其在卫星信号传输到地面的场景下,信号往往非常微弱,相较于高斯白噪声还低30多个dB,因此容易受到干扰的影响。
2. 频域抗干扰技术:频域抗干扰算法的原理在于窄带干扰在频域上的能量分布通常集中在较窄的频带内。通过将接收到的包含干扰的导航信号进行FFT变换到频域,可以检测出干扰对应的频谱位置,并通过将这些干扰谱线置零来减少干扰。IFFT变换回时域后,可以得到抑制了窄带干扰的导航信号。
3. 频谱泄露与加窗处理:在实际应用中,为了得到更好的频谱分析结果,通常需要对信号进行分段处理。但是分段处理会导致频谱泄露,即能量会在频域中传播到原本不应该有能量的区域。为了避免这个问题,可以采用加窗技术,但加窗会降低信噪比。为了平衡,采用了特定方法处理,以尽可能减少信噪比的降低。
4. FFT算法与基4 Radix-4算法:快速傅里叶变换(FFT)是一种高效的离散傅里叶变换算法,广泛应用于信号处理领域。基4算法或Radix-4算法是FFT的一种改进算法,它将输入序列分成4个部分进行处理,能够减少计算量,提高运算速度。在本文中,FFT的设计使用了Radix-4算法。
5. CORDIC算法:旋转因子在FFT算法中起到至关重要的作用。CORDIC算法(Coordinate Rotation Digital Computer)是一种用于生成旋转因子的算法,能够在不使用查找表的情况下高效计算出复数的乘法,节省了存储资源。
6. FPGA实现:FPGA是一种可以通过编程配置的集成电路,具有非常高的灵活性和可重配置性。FPGA的使用可以实现特定算法的硬件加速,从而提高整体系统的性能。文章介绍了如何将频域抗干扰算法映射到FPGA上,实现算法的硬件设计与实施,最终在硬件平台上测试,并证明了算法的有效性。
7. 存储资源的优化:在使用FFT结构的算法中,存储资源是一个重要的考量。CORDIC算法生成旋转因子的方式,可以有效减少所需的存储资源,这对于硬件设计而言尤其重要。
8. 抗干扰效果:通过在硬件平台上进行的测试,证明了该频域抗干扰算法和其在FPGA上的实现能够获得良好的抗干扰效果。
文章阐述了频域抗干扰算法的原理和实现,并着重于将该算法通过硬件设计在FPGA上实现,展示了从理论到应用的技术路线。这项工作对于导航系统、通信系统以及任何依赖信号处理的应用都是具有实际价值的。