CN108521388B - 一种基于tc-ofdm的频率捕获方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

一种基于tc-ofdm的频率捕获方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供的基于TC‑OFDM的频率捕获方法、装置、电子设备及存储介质，属于通信技术领域。通过接收基站发送的射频定位信号，将射频定位信号转变为零中频信号，然后将零中频信号分成两路信号，再将两路信号分别输入第一预设数目个并行的下变频和积分单元中，得到第一预设数目个非相干积分值，然后从第一预设数目个非相干积分值中选取数值最大的第二预设数目个非相干积分值，根据第二预设数目个非相干积分值、第二预设数目个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程，最后计算拟合方程的最大值，将最大值对应的频率值作为残留载波频率的估计值。采用本发明可以提高频率捕获的精度。

Description

一种基于TC-OFDM的频率捕获方法、装置、电子设备及存储 介质
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基于TC-OFDM的频率捕获方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
在地面环境进行信号跟踪时，通常采用TC-OFDM(Time&Code Division-Orthogonal Frequency Division Multiplexing，时分码分正交频分复用)技术，TC-OFDM接收机在运行过程时，通常会由于晶振误差等原因产生残留载波，TC-OFDM接收机需要确定残留载波频率之后，才能牵入锁相环(即进行信号的跟踪)。
TC-OFDM接收机确定残留载波频率的过程被称为频率捕获(或频率搜索)。目前，TC-OFDM接收机通常采用多个并行的下变频和积分单元，根据接收到的零中频信号和数控振荡器生成的多个本地信号，先计算出多个非相干积分值，然后选取多个非相干积分值中最大的3个值及这3个值对应的数控振荡器生成的频率值，使用最小二乘法拟合曲线(即拟合方程)，将该曲线的最大值对应的频率值作为残留载波频率的估计值。
然而，发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术至少存在如下问题：在地面环境中，使用现有技术进行频率捕获时，采用最小二乘法拟合曲线后得到的残留载波频率的估计值与残留载波频率的实际值偏差较大，导致频率捕获精度较低。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于TC-OFDM的频率捕获的方法、装置、电子设备及存储介质，以提高频率捕获的精度。具体技术方案如下：
第一方面，提供了一种基于TC-OFDM的频率捕获方法，所述方法包括：
接收基站发送的射频定位信号，并将所述射频定位信号转变为零中频信号，所述零中频信号中包含残留载波；
根据预设的零中频信号分解算法，将所述零中频信号分成两路信号；
将所述两路信号分别输入第一预设数目个并行的下变频和积分单元中，得到所述两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值；
从所述第一预设数目个非相干积分值中选取数值最大的第二预设数目个非相干积分值，根据所述第二预设数目个非相干积分值、所述第二预设数目个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程；
计算所述拟合方程的最大值，并将所述最大值对应的频率值作为所述残留载波频率的估计值。
可选的，所述从所述第一预设数目个非相干积分值中选取数值最大的第二预设数目个非相干积分值，根据所述第二预设数目个非相干积分值、所述第二预设数目个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程，包括：
将所述第一预设数目个非相干积分值按照数控振荡器生成的频率值从小到大排序，从所述第一预设数目个非相干积分值中选取其中的前三个最大值以及与所述前三个最大值相邻并且分别排列在所述前三个最大值两侧的两个非相干积分值；
根据所述五个非相干积分值、所述五个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程。
可选的，所述根据所述五个非相干积分值、所述五个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程，包括：
根据所述两侧的两个非相干积分值、第二大非相干积分值和第三大非相关积分值，计算得到两个斜率值；
将所述前三个最大值作为插值点，所述两个斜率值作为拟合方程端点处的一阶导数，通过预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程。
可选的，所述将所述两路信号分别输入第一预设数目个并行的下变频和积分单元中，得到所述两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值，包括：
在第一预设数目个下变频和积分单元中，按照预设的相乘公式分别将所述两路信号与预设的数控振荡器生成的相互正交的正弦信号和余弦信号相乘；
根据所述相乘后得到的信号和预设的积分公式，分别计算所述相乘后得到的信号的积分值；
在所述第一预设数目个下变频和积分单元中，分别计算所述相乘后得到的信号的积分值的平方和，得到所述两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值。
第二方面，提供了一种基于TC-OFDM的频率捕获装置，所述装置包括：
接收单元，用于接收基站发送的射频定位信号，并将所述射频定位信号转变为零中频信号，所述零中频信号中包含残留载波；
分解单元，用于根据预设的零中频信号分解算法，将所述零中频信号分成两路信号；
下变频和积分单元，用于将所述两路信号分别输入第一预设数目个并行的下变频和积分单元中，得到所述两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值；
拟合单元，用于从所述第一预设数目个非相干积分值中选取数值最大的第二预设数目个非相干积分值，根据所述第二预设数目个非相干积分值、所述第二预设数目个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程；
计算单元，用于计算所述拟合方程的最大值，并将所述最大值对应的频率值作为所述残留载波频率的估计值。
可选的，所述拟合单元包括：
选取子单元，用于将所述第一预设数目个非相干积分值按照数控振荡器生成的频率值从小到大排序，从所述第一预设数目个非相干积分值中选取其中的前三个最大值以及与所述前三个最大值相邻并且分别排列在所述前三个最大值两侧的两个非相干积分值；
拟合子单元，用于根据所述五个非相干积分值、所述五个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程。
可选的，所述拟合子单元包括：
计算子模块，用于根据所述两侧的两个非相干积分值、第二大非相干积分值和第三大非相关积分值，计算得到两个斜率值；
拟合子模块，用于将所述前三个最大值作为插值点，所述两个斜率值作为拟合方程端点处的一阶导数，通过预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程。
可选的，所述下变频和积分单元包括：
数控振荡器子单元，用于在第一预设数目个下变频和积分单元中，按照预设的相乘公式分别将所述两路信号与预设的数控振荡器生成的相互正交的正弦信号和余弦信号相乘；
积分器子单元，用于根据所述相乘后得到的信号和预设的积分公式，分别计算所述相乘后得到的信号的积分值；
平方和子单元，用于在所述第一预设数目个下变频和积分单元中，分别计算所述相乘后得到的信号的积分值的平方和，得到所述两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值。
第三方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现如上述第一方面所述的基于TC-OFDM的频率捕获方法步骤。
第四方面，为了达到上述目的，本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述第一方面所述的基于TC-OFDM的频率捕获方法步骤。
本发明实施例提供的基于TC-OFDM的频率捕获方法、装置、电子设备及存储介质，通过接收基站发送的射频定位信号，将射频定位信号转变为零中频信号，零中频信号中包含残留载波，然后根据预设的零中频信号分解算法，将零中频信号分成两路信号，再将两路信号分别输入第一预设数目个并行的下变频和积分单元中，得到两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值，然后从第一预设数目个非相干积分值中选取数值最大的第二预设数目个非相干积分值，根据第二预设数目个非相干积分值、第二预设数目个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程，最后计算拟合方程的最大值，将最大值对应的频率值作为残留载波频率的估计值。
本发明实施例提供的基于TC-OFDM的频率捕获方法、装置、电子设备及存储介质，采用三次样条差值拟合算法得到拟合方程，得到的拟合方程更符合残留载波频率的分布特点，从而能够提高频率捕获的精度。当然，实施本发明的任一产品或方法不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例提供的基于TC-OFDM的频率捕获方法的一种流程示意图；
图2为本发明实施例提供的下变频和积分单元的一种结构示意图；
图3为本发明实施例提供的基于TC-OFDM和三次样条插值拟合算法的频率捕获方法的一种仿真示意图；
图4为本发明实施例提供的基于TC-OFDM和最小二乘拟合算法的频率捕获方法的一种仿真示意图；
图5为本发明实施例提供的基于TC-OFDM的频率捕获装置的一种结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
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描述。
本发明实施例提供了一种基于TC-OFDM的频率捕获方法、装置、电子设备及存储介质，本发明实施例的执行主体可以是TC-OFDM接收机，以下分别进行详细说明。
如图1所示，图1为本发明实施例提供的基于TC-OFDM的频率捕获方法的一种流程图，包括如下步骤：
S110：接收基站发送的射频定位信号，并将射频定位信号转变为零中频信号，其中，零中频信号中包含残留载波。
在本发明实施例中，TC-OFDM接收机(以下简称接收机)可以实时地接收基站发送的射频信号，射频信号通常是经过调制并具有较高发射频率的电磁波，接收机通常可以将射频信号经过下变频处理和低通滤波处理，以此得到零中频信号。接收机在将射频信号转变为零中频信号的过程中，通常会由于接收机的晶振误差等原因，使零中频信号包含残留载波。
S120：根据预设的零中频信号分解算法，将零中频信号分成两路信号。
在本发明实施例中，接收机可以根据预设的零中频信号分解算法，将零中频信号分成两路信号。零中频信号可以用下面的公式(1)表示，被分解后的两路信号sIF,I和sIF,Q可以分别由公式(2)和公式(3)求和得到。
其中，sIF(t)表示零中频信号，表示第i个基站对应的sIF,I的分量，sIF,I等于各基站对应公式(2)的分量的总和，表示第i个基站对应的sIF,Q的分量，sIF,Q等于各基站对应公式(3)的分量的总和，j表示虚数，n(t)表示噪声信号，m(i)表示导航电文，表示零中频信号幅度，c(i)表示扩频码，τ(i)表示射频信号从基站到接收机天线的传播延时，表示由多普勒频率和接收机晶振偏差引起的残留载波频率，表示零中频初相，fIF表示零中频信号频率，nI、nQ表示噪声信号，上标(i)表示来自不同基站的射频信号，nI(t)表示噪声信号分量，nQ(t)表示噪声信号分量。
S130：将两路信号分别输入第一预设数目个并行的下变频和积分单元中，得到两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值。
在本发明实施例中，采用多个(可以称为第一预设数目个)并行的下变频和积分单元。在每个下变频和积分单元中，公式(2)和公式(3)对应的两路信号经过下变频和积分单元处理后，得到一个非相干积分值。相应的，这两路信号通过第一预设数目个下变频和积分单元处理后，得到第一预设数目个非相干积分值。
可选的，作为本发明实施例的一种具体实现方式，上述S130可以通过以下步骤实现：
S131：在第一预设数目个下变频和积分单元中，按照预设的相乘公式分别将两路信号与预设的数控振荡器生成的相互正交的正弦信号和余弦信号相乘。
在本发明实施例中，第一预设数目个下变频和积分单元可以如图2所示，每个下变频和积分单元中包含数控振荡器子单元、积分器子单元和平方和子单元，各数控振荡器子单元生成的频率值通常是不同的，并且生成的正弦信号和余弦信号是相互正交的。正弦信号和余弦信号可以分别用下面的公式(4)和公式(5)表示：
uos(t)＝sin(2πfNCOt+θNCO)(4)
uoc(t)＝cos(2πfNCOt+θNCO)(5)
其中，fNCO和θNCO分别表示数控振荡器生成的信号的频率值和初相位。正弦信号和余弦信号与公式(2)和公式(3)表示的两路信号相乘后得到信号i和信号q可以用下面的公式(6)和(7)表示(为了方便说明和分析，以下忽略了噪声并省略了上标(i))：
i＝sIF,I·uoc+sIF,Q·uos
＝AIFm(t-τ)c(t-τ)cos[2π(fd-fNCO)t+(θIF-θNCO)] (6)
q＝sIF,Q·uoc-sIF,I·uos
＝AIFm(t-τ)c(t-τ)sin[2π(fd-fNCO)t+(θIF-θNCO)] (7)
S132：根据相乘后得到的信号和预设的积分公式，分别计算相乘后得到的信号的积分值。
由于导航电文的周期远大于积分周期，因此，假设m(t)在一次积分时间中为一个定值，预设的积分公式可以用下面的公式(8)和(9)表示：
S133：在第一预设数目个下变频和积分单元中，分别计算所述相乘后得到的信号的积分值的平方和，得到两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值。
每个下变频和积分单元中得到的非相干积分值可以用下面的公式(10)表示：
根据公式(10)可知，非相干积分值P的最大值出现在频差是0(即fd-fNCO＝0)的地方，P的值关于fd-fNCO＝0对称，并且主瓣宽度为2/Ts。在并行频率搜索过程中，各下变频和积分单元的控制逻辑控制数控振荡器以频率间隔Δf产生不同的频率值作为fNCO，积分Ts时间内产生n个(第一预设数目个)非相关积分P值。最大的P值对应的fNCO即为最接近真实fd的频率值。为了保证在主瓣宽度范围内，至少有一个搜索频点，频率间隔Δf最大不能超过1/Ts。
在并行频率搜索方法中，频率搜索精度取决于预设的频率间隔Δf的大小，最大误差为Δf/2。在一定频段范围内，频率间隔Δf越小，频率搜索结果越精确，但预设频率点越多时，下变频和积分单元数就越多，运算量就越大，在硬件上越难实现。采用频率估计法，可在仅增加少量计算量的情况下，大大提高频率搜索的精度。
本发明实施例提供的方案中，采用多个并行的下变频和积分单元进行残留载波的频率搜索，这样得到的残留载波频率的估计值更加准确。
S140：从第一预设数目个非相干积分值中选取数值最大的第二预设数目个非相干积分值，根据第二预设数目个非相干积分值、第二预设数目个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程。
在本发明实施例中，接收机在计算各非相干积分值的时候，各相干积分值分别对应一个数控振荡器生成的频率值。接收机可以根据各相干积分值的大小，从第一预设数目个非相干积分值中选取数值最大的第二预设数目个非相干积分值，然后根据第二预设数目个非相干积分值、第二预设数目个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程(也可以称为拟合曲线)。
可选的，作为本发明实施例的一种具体实现方式，上述S140可以通过以下步骤实现：
S141：将第一预设数目个非相干积分值按照数控振荡器生成的频率值从小到大排序，从第一预设数目个非相干积分值中选取其中的前三个最大值以及与前三个最大值相邻并且分别排列在前三个最大值两侧的两个非相干积分值。
在本发明实施例中，接收机可以将第一预设数目个非相干积分值按照数控振荡器生成的频率值从小到大进行排序，排序的结果如图3所示，图中的横坐标表示数控振荡器生成的频率值，纵坐标表示非相干积分值，正方形方框表示接收机计算出的非相干积分值，最大的3个非相干积分值为图中的B、C和D，这3个点依次相邻，A和E与这3个最大值相邻并且分别排列在这3个最大值两侧，所以选取A、B、C、D和E这5个点用于拟合方程。
S142：根据五个非相干积分值、五个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程。
接收机可以根据五个非相干积分值、五个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程，其中，预设的三次样条差值拟合算法可以将图3中的A和E作为一阶边界条件或二阶边界条件或周期边界条件，进行拟合。
本发明实施例提供的方案中，采用非相干积分值中的最大值进行拟合方程，这样得到的拟合方程的最大值更接近残留载波频率值，以此提高频率捕获的精度。
可选的，作为本发明实施例的一种具体实现方式，上述S142可以通过以下步骤实现：
S1421：根据两侧的两个非相干积分值、第二大非相干积分值和第三大非相关积分值，计算得到两个斜率值。
在本发明实施例中，如果第二大非相干积分值和第三大非相干积分值为图3中的B和D，两侧的两个非相干积分值为A和E，接收机可以计算A和B的斜率值，以及D和E的斜率值，从而得到两个斜率值。
S1422：将前三个最大值作为插值点，两个斜率值作为拟合方程端点处的一阶导数，通过预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程。
接收机可以将如图3中的B、C和D作为差值点，S1422中的两个斜率值作为拟合方程端点处一阶导数，通过预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程。
本发明实施例提供的方案中，选取非相干积分值中的前三个最大值作为插值点，两个斜率值作为拟合方程端点处的一阶导数，这样得到的拟合方程的最大值更接近残留载波频率值，以此提高频率捕获的精度。
S150：计算拟合方程的最大值，并将最大值对应的频率值作为残留载波频率的估计值。
在本发明实施例中，接收机可以计算拟合方程的最大值，即拟合方程对应的拟合曲线的最高点，可以将该最大值对应的频率值作为残留载波频率的估计值。
本发明实施例提供的基于TC-OFDM的频率捕获方法，采用三次样条差值拟合算法得到拟合方程，得到的拟合方程更符合残留载波频率的分布特点，从而能够提高频率捕获的精度。
以下结合仿真结果说明本发明实施例提供的频率捕获方法的捕获精度可以明显高于现有技术的捕获精度。在MATLAB平台上利用TC-OFDM系统的8191码作为伪随机码，积分时间Ts为1.6382ms，信号中心频率为754Mhz，信噪比为-20dB，进行100组仿真，每组仿真采用带有500～599Hz不同残留载波的信号数据。以下用带有502Hz的残留载波的信号数据为例进行分析。用17个下变频&积分单元，以200Hz间隔在上下各1600Hz频带内进行并行频率搜索，计算17个相关结果。选取并行搜索的17个非相干积分值中的最大的3个相关结果，计算最小二乘拟合曲线，曲线最大值即为残留载波频率的估计值，拟合曲线如图4所示。图4中，拟合曲线最大值处的频率值为511Hz，与实际残留频率值(502Hz)的误差为9Hz。当选取17个非相干积分值中的最大的3个相关结果及其两侧的两个相关结果，计算三次样条插值拟合曲线，拟合曲线如图3所示，拟合曲线最大值处的频率值为501Hz，与实际残留频率值(502Hz)的误差为1Hz。在进行100组仿真实验中，采用最小二乘法时捕获误差均值为8.15Hz，捕获误差方差为3.33；采用三次样条差值法时捕获误差均值为0.73Hz，捕获误差方差为0.28。由此可见，本发明实施例提供的频率捕获方法可以提高频率捕获的精度。
基于相同的技术构思，相应于图1所示方法实施例，本发明实施例还提供了一种基于TC-OFDM的频率捕获的装置，如图5所示，该装置包括：
接收单元501，用于接收基站发送的射频定位信号，并将所述射频定位信号转变为零中频信号，所述零中频信号中包含残留载波；
分解单元502，用于根据预设的零中频信号分解算法，将所述零中频信号分成两路信号；
下变频和积分单元503，用于将所述两路信号分别输入第一预设数目个并行的下变频和积分单元中，得到所述两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值；
拟合单元504，用于从所述第一预设数目个非相干积分值中选取数值最大的第二预设数目个非相干积分值，根据所述第二预设数目个非相干积分值、所述第二预设数目个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程；
计算单元505，用于计算所述拟合方程的最大值，并将所述最大值对应的频率值作为所述残留载波频率的估计值。
本发明实施例提供的基于TC-OFDM的频率捕获装置，采用三次样条差值拟合算法得到拟合方程，得到的拟合方程更符合残留载波频率的分布特点，从而能够提高频率捕获的精度。
可选的，所述拟合单元504包括：
选取子单元，用于将所述第一预设数目个非相干积分值按照数控振荡器生成的频率值从小到大排序，从所述第一预设数目个非相干积分值中选取其中的前三个最大值以及与所述前三个最大值相邻并且分别排列在所述前三个最大值两侧的两个非相干积分值；
拟合子单元，用于根据所述五个非相干积分值、所述五个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程。
本发明实施例提供的方案中，采用非相干积分值中的最大值进行拟合方程，这样得到的拟合方程的最大值更接近残留载波频率值，以此提高频率捕获的精度。
可选的，所述拟合子单元包括：
计算子模块，用于根据所述两侧的两个非相干积分值、第二大非相干积分值和第三大非相关积分值，计算得到两个斜率值；
拟合子模块，用于将所述前三个最大值作为插值点，所述两个斜率值作为拟合方程端点处的一阶导数，通过预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程。
本发明实施例提供的方案中，选取非相干积分值中的前三个最大值作为插值点，两个斜率值作为拟合方程端点处的一阶导数，这样得到的拟合方程的最大值更接近残留载波频率值，以此提高频率捕获的精度。
可选的，所述下变频和积分单元503包括：
数控振荡器子单元，用于在第一预设数目个下变频和积分单元中，按照预设的相乘公式分别将所述两路信号与预设的数控振荡器生成的相互正交的正弦信号和余弦信号相乘；
积分器子单元，用于根据所述相乘后得到的信号和预设的积分公式，分别计算所述相乘后得到的信号的积分值；
平方和子单元，用于在所述第一预设数目个下变频和积分单元中，分别计算所述相乘后得到的信号的积分值的平方和，得到所述两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值。
本发明实施例提供的方案中，采用多个并行的下变频和积分单元进行残留载波的频率搜索，这样得到的残留载波频率的估计值更加准确。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图6所示，包括处理器601、通信接口602、存储器603和通信总线604，其中，处理器601、通信接口602、存储器603通过通信总线604完成相互间的通信；
存储器603，用于存放计算机程序；
处理器601，用于执行存储器603上所存放的程序时，实现本发明实施例提供的频率捕获方法；
具体的，上述频率捕获方法，包括：
接收基站发送的射频定位信号，并将所述射频定位信号转变为零中频信号，所述零中频信号中包含残留载波；
根据预设的零中频信号分解算法，将所述零中频信号分成两路信号；
将所述两路信号分别输入第一预设数目个并行的下变频和积分单元中，得到所述两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值；
从所述第一预设数目个非相干积分值中选取数值最大的第二预设数目个非相干积分值，根据所述第二预设数目个非相干积分值、所述第二预设数目个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程；
计算所述拟合方程的最大值，并将所述最大值对应的频率值作为所述残留载波频率的估计值。
本发明实施例提供的电子设备，采用三次样条差值拟合算法得到拟合方程，得到的拟合方程更符合残留载波频率的分布特点，从而能够提高频率捕获的精度。
需要说明的是，上述频率捕获方法的其他实现方式与前述方法实施例部分相同，这里不再赘述。
上述电子设备的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的频率捕获方法。
本发明实施例提供的计算机可读存储介质，采用三次样条差值拟合算法得到拟合方程，得到的拟合方程更符合残留载波频率的分布特点，从而能够提高频率捕获的精度。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备和计算机可读存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

Claims (8)

1.一种基于时分码分正交频分复用TC-OFDM的频率捕获方法，其特征在于，所述方法包括：
接收基站发送的射频定位信号，并将所述射频定位信号转变为零中频信号，所述零中频信号中包含残留载波；
根据预设的零中频信号分解算法，将所述零中频信号分成两路信号；
将所述两路信号分别输入第一预设数目个并行的下变频和积分单元中，得到所述两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值；
从所述第一预设数目个非相干积分值中选取数值最大的第二预设数目个非相干积分值，根据所述第二预设数目个非相干积分值、所述第二预设数目个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程；
计算所述拟合方程的最大值，并将所述最大值对应的频率值作为所述残留载波频率的估计值；
所述根据预设的零中频信号分解算法，将所述零中频信号分成两路信号，包括：
根据公式(1)表示的零中频信号分解算法，将零中频信号分成两路信号sIF,I和sIF,Q；
公式(1)为：
公式(2)为：
公式(3)为：
其中，sIF(t)表示零中频信号，表示第i个基站对应的sIF,I的分量，sIF,I等于各基站对应公式(2)的分量的总和，表示第i个基站对应的sIF,Q的分量，sIF,Q等于各基站对应公式(3)的分量的总和，j表示虚数，n(t)表示噪声信号，m(i)表示导航电文，表示零中频信号幅度，c(i)表示扩频码，τ(i)表示射频信号从基站到接收机天线的传播延时，表示由多普勒频率和接收机晶振偏差引起的残留载波频率，表示零中频初相，fIF表示零中频信号频率，nI、nQ表示噪声信号，上标(i)表示来自不同基站的射频信号，nI(t)表示噪声信号分量，nQ(t)表示噪声信号分量；
所述将所述两路信号分别输入第一预设数目个并行的下变频和积分单元中，得到所述两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值，包括：
在第一预设数目个下变频和积分单元中，按照预设的相乘公式分别将所述两路信号与预设的数控振荡器生成的相互正交的正弦信号和余弦信号相乘；
根据所述相乘后得到的信号和预设的积分公式，分别计算所述相乘后得到的信号的积分值；
在所述第一预设数目个下变频和积分单元中，分别计算所述相乘后得到的信号的积分值的平方和，得到所述两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述第一预设数目个非相干积分值中选取数值最大的第二预设数目个非相干积分值，根据所述第二预设数目个非相干积分值、所述第二预设数目个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程，包括：
将所述第一预设数目个非相干积分值按照数控振荡器生成的频率值从小到大排序，从所述第一预设数目个非相干积分值中选取其中的前三个最大值以及与所述前三个最大值相邻并且分别排列在所述前三个最大值两侧的两个非相干积分值；
根据所述五个非相干积分值、所述五个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述五个非相干积分值、所述五个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程，包括：
根据所述两侧的两个非相干积分值、第二大非相干积分值和第三大非相关积分值，计算得到两个斜率值；
将所述前三个最大值作为插值点，所述两个斜率值作为拟合方程端点处的一阶导数，通过预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程。
4.一种基于时分码分正交频分复用TC-OFDM的频率捕获装置，其特征在于，所述装置包括：
接收单元，用于接收基站发送的射频定位信号，并将所述射频定位信号转变为零中频信号，所述零中频信号中包含残留载波；
分解单元，用于根据预设的零中频信号分解算法，将所述零中频信号分成两路信号；
下变频和积分单元，用于将所述两路信号分别输入第一预设数目个并行的下变频和积分单元中，得到所述两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值；
拟合单元，用于从所述第一预设数目个非相干积分值中选取数值最大的第二预设数目个非相干积分值，根据所述第二预设数目个非相干积分值、所述第二预设数目个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程；
计算单元，用于计算所述拟合方程的最大值，并将所述最大值对应的频率值作为所述残留载波频率的估计值；
所述分解单元，具体用于：根据公式(1)表示的零中频信号分解算法，将零中频信号分成两路信号sIF,I和sIF,Q；
公式(1)为：
公式(2)为：
公式(3)为：
其中，sIF(t)表示零中频信号，表示第i个基站对应的sIF,I的分量，sIF,I等于各基站对应公式(2)的分量的总和，表示第i个基站对应的sIF,Q的分量，sIF,Q等于各基站对应公式(3)的分量的总和，j表示虚数，n(t)表示噪声信号，m(i)表示导航电文，表示零中频信号幅度，c(i)表示扩频码，τ(i)表示射频信号从基站到接收机天线的传播延时，表示由多普勒频率和接收机晶振偏差引起的残留载波频率，表示零中频初相，fIF表示零中频信号频率，nI、nQ表示噪声信号，上标(i)表示来自不同基站的射频信号，nI(t)表示噪声信号分量，nQ(t)表示噪声信号分量；
所述下变频和积分单元包括：
数控振荡器子单元，用于在第一预设数目个下变频和积分单元中，按照预设的相乘公式分别将所述两路信号与预设的数控振荡器生成的相互正交的正弦信号和余弦信号相乘；
积分器子单元，用于根据所述相乘后得到的信号和预设的积分公式，分别计算所述相乘后得到的信号的积分值；
平方和子单元，用于在所述第一预设数目个下变频和积分单元中，分别计算所述相乘后得到的信号的积分值的平方和，得到所述两路信号对应的第一预设数目个非相干积分值。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述拟合单元包括：
选取子单元，用于将所述第一预设数目个非相干积分值按照数控振荡器生成的频率值从小到大排序，从所述第一预设数目个非相干积分值中选取其中的前三个最大值以及与所述前三个最大值相邻并且分别排列在所述前三个最大值两侧的两个非相干积分值；
拟合子单元，用于根据所述五个非相干积分值、所述五个非相干积分值分别对应的数控振荡器生成的频率值和预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述拟合子单元包括：
计算子模块，用于根据所述两侧的两个非相干积分值、第二大非相干积分值和第三大非相关积分值，计算得到两个斜率值；
拟合子模块，用于将所述前三个最大值作为插值点，所述两个斜率值作为拟合方程端点处的一阶导数，通过预设的三次样条差值拟合算法，得到拟合方程。
7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-3任一所述的方法步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1-3任一所述的方法步骤。
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Assignee: Beijing Duwei Technology Co.,Ltd.

Assignor: Beijing University of Posts and Telecommunications

Contract record no.: X2022980005266

Denomination of invention: A frequency acquisition method, device, electronic equipment and storage medium based on tc-ofdm

Granted publication date: 20190906

License type: Common License

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