CN102801663A - 一种用于深空探测器的多档码速率估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于深空探测器的多档码速率估计方法，包括以下步骤：步骤1：对接收的输入信号下变频后分别进行高速率、中速率和低速率的滤波和抽样；步骤2：对步骤1产生的3路信号进行自动增益控制；步骤3：对步骤2输出的3路信号进行缓存，当3路信号达到缓存数据长度时，按照低速率信号优先于中速率信号优先于高速率信号的顺序输出，并转入步骤4；步骤4：对步骤3输入的信号进行速率估计，输出速率估计标志。采用本发明实现了对多档码速率的自适应估计。

Description

一种用于深空探测器的多档码速率估计方法

技术领域

本发明涉及一种用于深空探测器的多档码速率估计方法。

背景技术

在深空测控通信系统中，由于通信距离远，无线电波传输延时长，信号能量衰减严重，并且测控通信信道受到太阳带电粒子的影响，当地球与探测器之间的距离越远(即信道中带电粒子的密度越大)，这种现象越严重。根据不同信道环境，深空测控通信系统采用不同的码速率通信，当信道环境比较恶劣的时候，采用极低码速率进行通信；当通信系统中断后，从地面发射的信号可能会根据信道环境进行实时调整信道速率，因此，为了保证探测器能够正常通信，探测器需要不间断的进行信道码速率估计，即实现自适应码速率估计。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种用于深空探测器的多档码速率估计方法，实现了对多档码速率的自适应估计。

本发明的技术解决方案是：

一种用于深空探测器的多档码速率估计方法，包括以下步骤：

步骤1：对接收的输入信号下变频后分别进行高速率、中速率和低速率的滤波和抽样；

步骤3：对步骤2输出的3路信号进行缓存，当3路信号达到缓存数据长度时，按照低速率信号优先于中速率信号优先于高速率信号的顺序输出，并转入步骤4；

步骤4：对步骤3输入的信号进行速率估计，输出速率估计标志。

所述步骤4中速率估计的方法包括以下步骤：

步骤41：对所述信号进行去调制处理，获得调制前信号；

步骤42：对所述调制前信号进行FFT运算并计算FFT运算后实部与虚部平方和；

步骤43：提取平方和最大值、平方和次大值和平方和第三大值，并计算除所述平方和最大值、所述平方和次大值和所述第三大值之外的平均值；

步骤44：若所述平方和次大值处于预设位置，且平方和次大值大于平均值的N倍，则更新速率估计标志为当前档位的速率，并速率估计标志；否则转入步骤45；

步骤45：若平方和第三大值在预设的位置，且大于平均值的N倍，则更新速率估计标志为当前档位的速率，并速率估计标志。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明为了满足深空通信要求，对接收到的输入信号同时进行高速率、中速率和低速率的滤波和抽样，对输入信号进行了预选，通过预选提高了后续进行速率估计的精度，使得利用本发明速率估计后的通信更加可靠；同时为了以省星上处理资源，对3路信号分别进行缓存，并按照低速率优于中速率优于高速率的优先级顺序进行输出，从而实现了对速率估计硬件的复用，节省了空间仪器的实现资源。且在对缓存信号进行输出的时候，可以根据设定的缓存数据长度进行，从而利用对缓存数据长度的调整保证了速率的实时性。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为分档滤波示意图；

图3为自动增益控制流程图；

图4为数据缓存的控制流程图；

图5为速率估计控制流程图；

图6为速率估计实现原理图；

图7为运算速率估计策略流程图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

如图1所示，为本发明流程图。本发明完成深空探测器的多档码速率估计，并根据估计结果控制探测器接收机完成自适应解调。

步骤1：由于输入信号的速率存在不确定性，多档速率信号都可能，因此采用预选滤波器组和抽样对输入的信号进行初步分类。如图2所示，对输入信号分别经过高速率档滤波、中速率档滤波和低速率档滤波，并对滤波后的信号进行抽样。由于本发明的码速率估计是在预知可能存在的码速率，因此预选滤波器的设计要求并不是很严格，只对信号进行初步分类，确保不同速率档信号不重合出现在一个支路上；而抽样系数的设计是满足抽样后的信号速率为4倍符号速率。

步骤2：对经过步骤1后输出的3路信号，如图3所示，分别进行数字AGC控制采用平方和积分清洗算法进行功率估计，将功率估计变换后作为增益表查找地址，增益表输出增益值，利用增益值对与输入信号相乘完成增益控制。

步骤3：对完成增益控制后的3路信号，采用下述机制进行缓存。

本系统采用一种串行复用机制512点FFT运算，为了确保码速率的估计准确性和实时性，每进入40个数据进行一次估计运算，并且低码速率通道信号的运算优先级最高，根据码速率的顺序依次往高，数据缓存的控制流程图见图4。低速时钟区为信号输入缓冲，当信号首次缓冲到512时，进行一次FFT运算的速率估计，之后每进入40个数据，进行一次估计。高速时钟区是对输入信号进行读取，然后做速率估计运算。

步骤4：对缓冲后的3路信号，由于中高速率信号到达速度比低速信号快，为了保证速率估计准确性，将低速率信号估计的优先级设为最高，按照低速率信号优于中速率信号优于高速率信号的优先级顺序进行速率估计。如图5所示，

a.当低速率信号存储输出满标志，即进行低速率档速率估计，即优先级最高；

b.在没有对低速率信号进行速率估计时，若中速率信号存储输出满标志，则进行中速率档速率估计；

c.在低速率信号和中速率信号都没有进行速率估计时，若高速率信号存储输出满标志，则进行高速率档速率估计。

上述步骤a，b，c中对各档速率信号进行的速率估计通过如图6所示过程进行。

信号在4倍符号速率下，进行去调制、FFT估计运算和码速率映射，估计码速率大小，码速率估计实现原理框图见图5所示和FFT算法速率估计策略流程图见图6。FFT运算速率估计流程：

a.对准备进行速率估计的信号进行平方，平方后的信号即恢复调制信号的包络；

b.对恢复信号包络进行FFT运算；

c.对于FFT运算后的实部与虚部进行平方求和；

d.确定对应的平方和中的最大值、次大值和第三大值，及各值对应的索引位置，对除去最大值、次大值和第三大值后的平方和进行平均；

e.根据实施规则判断次大值的位置是否在预设位置，且次大值是否满足大于平均值的N倍，满足输出速率标志，否则转到下一步；

f.不满足e的情况下，判断第三大值的位置是否在预设位置，且第三大值是否满足大于平均值的N倍，满足输出速率标志，否则转到下一步；

g.如果e、f均不满足，保持原速率估计值。

实施例

信号速率分别为1kbps、125bps和7.8125bps载波为8k的BPSK调制信号。

最终形成如下的处理过程：

(1)将通道AD采样后，进行数字下变频，下变频后的信息速率为N/Tb，N为采样倍数(N＝32)，Tb为码元宽度。

(2)将下变频数据送入滤波器组进行信号预选，然后对信号抽样，保证每档速率输出的信号采样率为4T/b。

(3)取16个码元预选信号同相与正交分量分别平方，然后积分清洗(即累加)求和，最终输出功率值；对功率值进行变换作为增益表的查找地址，增益值与地址一一对应，查出增益值与输入信号相乘完成AGC控制。

(4)将数据存入双口ram，当双口ram输入数据首次满512时，进行FFT运算一次，之后每进入40个数据，进行一次FFT运算。

(5)读双口ram数据进行FFT运算，由于高速率信号与低速率信号速率相差128倍，因此，低速率信号进行1次FFT运算，高速率信号可以进行128次，为了保证低速率信号估计实时性，在低速率信号接收40个数，FFT运算终止之前的运算，进行低速率信号FFT运算；其次是中速率信号的FFT运算。

(6)在进行FFT运算之前，先恢复信号包络即同相与正交分量平方。

(7)对FFT运算输出做平方和，搜索最大值、次大值和第三大值及其位置，对除3个最值外的剩余值做均值。

(8)比较次大值与N倍均值大小以及次大值的位置是否在预设范围内，满足完成速率估计；否则比较第三大值与N倍均值大小及第三大值的位置是否在预设范围内，满足完成速率估计；否则保持上次估计结果。

(9)输出速率标志，控制解调器，完成解调。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (2)

1.一种用于深空探测器的多档码速率估计方法，包括以下步骤：

步骤1：对接收的输入信号下变频后分别进行高速率、中速率和低速率的滤波和抽样；

步骤2：对步骤1产生的3路信号进行自动增益控制；

其特征在于，还包括以下步骤：

步骤3：对步骤2输出的3路信号进行缓存，当3路信号达到缓存数据长度时，按照低速率信号优先于中速率信号优先于高速率信号的顺序输出，并转入步骤4；

步骤4：对步骤3输入的信号进行速率估计，输出速率估计标志。

2.如权利要求1所述的一种用于深空探测器的多档码速率估计方法，其特征在于，所述步骤4中速率估计的方法包括以下步骤：

步骤41：对所述信号进行去调制处理，获得调制前信号；

步骤42：对所述调制前信号进行FFT运算并计算FFT运算后实部与虚部平方和；

步骤43：提取平方和最大值、平方和次大值和平方和第三大值，并计算除所述平方和最大值、所述平方和次大值和所述第三大值之外的平均值；

步骤44：若所述平方和次大值处于预设位置，且平方和次大值大于平均值的N倍，则更新速率估计标志为当前档位的速率，并速率估计标志；否则转入步骤45；

步骤45：若平方和第三大值在预设的位置，且大于平均值的N倍，则更新速率估计标志为当前档位的速率，并速率估计标志。

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