CN109450487A - 一种基于能量检测的中频信号幅度估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于能量检测的中频信号幅度估计方法。该方法包括在卫星接收端将接收的混合信号与本地产生信号相减，得到差值信号，根据已经获取的载波信息和伪码信息，对差值信号进行解调和解扩运算，得到基带信号，计算基带信号的能量，以最强接收信号的幅度为基准，对幅度系数值进行归一化设置，再以归一化能量的1/Q为步进间隔进行累加变化，每改变一次值计算一次对应的能量值，统计所有幅度系数值对应的能量值，输出能量最小值对应的幅度系数，即为该路中频信号最接近的接收信号幅度的估计值。通过该方法可以减少和消除多址干扰的影响，会使得弱信号支路的码跟踪环路不会出现误差。

Description

一种基于能量检测的中频信号幅度估计方法
技术领域
本发明涉及卫星测控技术领域，尤其涉及一种基于能量检测的中频信号幅度估计方法。
背景技术
为了对卫星实施定轨，测控系统需要采用多站测距体制，多个地面测控站发送的上行测距信号采用码分多址体制。由于多站之间扩频伪码的互相关特性，在卫星接收机收到来自多个地面测控站的多路上行信号的混合信号后，会使得弱信号支路的码跟踪环路受到其它站的多址干扰的影响，从而使码环跟踪出现误差，导致测距值出现偏差。当系统对测距精度要求较高时，多址干扰引起的测距误差不能忽视，需要采取相应的措施。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于能量检测的中频信号幅度估计方法，解决卫星通信现有技术中的普勒频移补偿工作体制复杂、补偿精度低、实时性不强等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种基于能量检测的中频信号幅度估计方法，包括以下步骤：第一步：在卫星接收端将接收的混合信号与本地产生信号G'M(t)相减，得到差值信号第二步：根据已经获取的载波信息cosM(ωt+θ)和伪码信息PNM(t)，对差值信号进行解调和解扩运算，得到解调解扩后的基带信号SM(t)＝(AM-αM)D(t)，αM为幅度系数；第三步：计算解调后基带信号的能量：
EM＝∫SM(t)2dt＝∫(AM-αM)2dt；第四步：以最强接收信号的幅度为基准，对幅度系数值αM进行归一化设置，αM以归一化能量的1/Q为步进间隔，以该步进间隔进行累加变化，αM每改变一次值计算一次对应的能量值EM；第五步：重复上述第一步至第四步，直至幅度系数值αM＝1为止；第六步：统计所有幅度系数值αM对应的能量值，输出能量最小值EMmin对应的幅度系数αMmin，即为第M路中频信号最接近的接收信号幅度的估计值。
在本发明基于能量检测的中频信号幅度估计方法另一实施例中，所述本地产生信号G'M(t)＝αMD(t)PNM(t)cosM(ωt+θ)，αM为幅度系数。
在本发明基于能量检测的中频信号幅度估计方法另一实施例中，多次重复所述第一步至第六步，对第M路中频信号进行多次幅度估计，然后再对多次幅度估计的结果进行平均处理。
在本发明基于能量检测的中频信号幅度估计方法另一实施例中，在卫星接收端，在干扰消除之前先利用所述中频信号幅度估计方法对各路中频信号Ri(t)的幅度进行估计，得到对应的幅度系数αimin，然后从混合信号中消除不需要的其他地址的中频信号，而保留所需要的单路中频信号。
本发明的有益效果是：本发明公开了基于能量检测的中频信号幅度估计方法。该方法包括在卫星接收端将接收的混合信号与本地产生信号相减，得到差值信号，根据已经获取的载波信息和伪码信息，对差值信号进行解调和解扩运算，得到基带信号，计算基带信号的能量，以最强接收信号的幅度为基准，对幅度系数值进行归一化设置，再以归一化能量的1/Q为步进间隔进行累加变化，每改变一次值计算一次对应的能量值，统计所有幅度系数值对应的能量值，输出能量最小值对应的幅度系数，即为该路中频信号最接近的接收信号幅度的估计值。通过该方法可以减少和消除多址干扰的影响，会使得弱信号支路的码跟踪环路不会出现误差。
附图说明
图1是根据本发明基于能量检测的中频信号幅度估计方法一实施例的原理图；
图2是根据本发明基于能量检测的中频信号幅度估计方法另一实施例的原理图；
图3是根据本发明基于能量检测的中频信号幅度估计方法另一实施例的流程图；
图4是根据本发明基于能量检测的中频信号幅度估计方法另一实施例的原理图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在卫星接收机端收到来自地面多个测控站的多路上行信号的混合信号后，对各路信号下变频至中频，然后进行捕获、跟踪、解调，通过载波环和码环的跟踪可以得载波相位和码相位信息，同时解调出符号信息。
设中频信号Ri(t)的幅度为Ai，gi(t)是Ri(t)的幅度归一化信号，则混合信号表示为：
通过各路信号解扩解调获取载波相位、伪码相位和符号信息后，只需要估计出每路信号的幅度，就可以在接收机内恢复出各路中频信号，在此基础上对多址干扰信号进行消除。例如，要想恢复出第i路中频信号Ri(t)，在接收端用混合信号减去不含Ri(t)的其他多路信号即可，例如，要获得R1(t)，则有：
与此类似，其他路的中频信号恢复如图1所示，其中包括：
优选的，结合图2，对于每一路接收的中频信号进行准确的幅度估计，例如对其中的第M路中频信号进行幅度估计。多路混合信号信号减G'M(t)：
其中，RM(t)表示第M路中频信号，利用已经获取的载波信息cosM(ωt+θ)和伪码信息PNM(t)进行解调和解扩，特别是解扩中所采用的扩频码PNM(t)是针对于第M路中频信号RM(t)进行解扩，其他路信号因为解扩效应而被视为噪声滤除，因此解扩之后得到的基带信号只与其中的第M路中频信号RM(t)有关，即：
SM(t)＝(AM-αM)D(t)
对基带信号SM(t)进行积分求能量，能量计算可控制在一个数据符号D(t)所持续的区间内，这样可以避开符号跳变的影响，所以数据D(t)不作考虑。根据E＝∫SM(t)2dt，可得：
E＝∫SM(t)2dt＝∫(AM-αM)2dt
优选的，由此进一步根据计算出的能量E来控制幅度系数进行调整。由上式可知：幅度系数αM和接收信号RM(t)的幅度AM越相近，能量E越小。当最小能量Emin≈0时，αM≈AM，说明该路本地信号幅度已经接近该路接收信号的实际幅度值，输出当前的αM值作为该路信号的幅度估计值。
进一步的，基于上述说明，如图3所示，对每一路中频信号幅度估计方法如下：
第一步S101：在卫星接收端将接收的混合信号与本地产生信号G'M(t)相减，得到差值信号
第二步S102：根据已经获取的载波信息cosM(ωt+θ)和伪码信息PNM(t)，对差值信号进行解调和解扩运算，得到解调解扩后的基带信号SM(t)＝(AM-αM)D(t)；
第三步S103：计算解调后基带信号的能量：
EM＝∫SM(t)2dt＝∫(AM-αM)2dt；
第四步S104：以最强接收信号的幅度为基准，对幅度系数值αM进行归一化设置，αM以归一化能量的1/Q(例如Q＝1000)为步进间隔，以该步进间隔进行累加变化，αM每改变一次值计算一次对应的能量值EM；
第五步S105：重复上述第一步至第四步，直至幅度系数值αM＝1为止；
第六步S106：统计所有幅度系数值αM对应的能量值，输出能量最小值EMmin对应的幅度系数αMmin，即为第M路中频信号最接近的接收信号幅度的估计值。
优选的，还可以多次重复上述第一步至第六步，对第M路中频信号进行多次幅度估计，然后再对多次幅度估计的结果进行平均处理，依此提高估计的准确度。
优选的，可以进一步根据图3所示实施例，对混合信号中的其他路中频信号的幅度进行估计，得到对应的幅度系数。
优选的，结合图4，在对每一路中频信号的幅度进行估计以后，可以应用到图1所示的卫星接收端，在干扰消除之前先进行中频信号的幅度估计，然后利用幅度估计结果直接从多址信号的混合信号中消除不需要的其他地址的中频信号，而保留所需要的单路中频信号。如图4所示，经过幅度估计后得到各路中频信号的幅度系数α1min、α2min、…α2min，然后应用到每一路中频信号进行多址消除，例如其中： 由此可以从混合信号中增强对每一路信号提取和接收。
由此可见，本发明公开了基于能量检测的中频信号幅度估计方法。该方法包括在卫星接收端将接收的混合信号与本地产生信号相减，得到差值信号，根据已经获取的载波信息和伪码信息，对差值信号进行解调和解扩运算，得到基带信号，计算基带信号的能量，以最强接收信号的幅度为基准，对幅度系数值进行归一化设置，再以归一化能量的1/Q为步进间隔进行累加变化，每改变一次值计算一次对应的能量值，统计所有幅度系数值对应的能量值，输出能量最小值对应的幅度系数，即为该路中频信号最接近的接收信号幅度的估计值。通过该方法可以减少和消除多址干扰的影响，会使得弱信号支路的码跟踪环路不会出现误差。本发明运算量小，降低了对硬件设备的要求。经性能对比测试，使用本方法后能明显改善多址干扰信号引起的码环鉴相偏差，具有重要的实用价值。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于能量检测的中频信号幅度估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：在卫星接收端将接收的混合信号与本地产生信号G'M(t)相减，得到差值信号
第二步：根据已经获取的载波信息cosM(ωt+θ)和伪码信息PNM(t)，对差值信号进行解调和解扩运算，得到解调解扩后的基带信号SM(t)＝(AM-αM)D(t)，αM为幅度系数；
第三步：计算解调后基带信号的能量：
EM＝∫SM(t)2dt＝∫(AM-αM)2dt；
第四步：以最强接收信号的幅度为基准，对幅度系数值αM进行归一化设置，αM以归一化能量的1/Q为步进间隔，以该步进间隔进行累加变化，αM每改变一次值计算一次对应的能量值EM；
第五步：重复上述第一步至第四步，直至幅度系数值αM＝1为止；
第六步：统计所有幅度系数值αM对应的能量值，输出能量最小值EMmin对应的幅度系数αMmin，即为第M路中频信号最接近的接收信号幅度的估计值。
2.根据权利要求1所述的基于能量检测的中频信号幅度估计方法，其特征在于，所述本地产生信号G'M(t)＝αMD(t)PNM(t)cosM(ωt+θ)，αM为幅度系数。
3.根据权利要求2所述的基于能量检测的中频信号幅度估计方法，其特征在于，多次重复所述第一步至第六步，对第M路中频信号进行多次幅度估计，然后再对多次幅度估计的结果进行平均处理。
4.根据权利要求3所述的基于能量检测的中频信号幅度估计方法，其特征在于，在卫星接收端，在干扰消除之前先利用所述中频信号幅度估计方法对各路中频信号Ri(t)的幅度进行估计，得到对应的幅度系数αimin，然后从混合信号中消除不需要的其他地址的中频信号，而保留所需要的单路中频信号。
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