CN111510409B - 利用bpsk数据估计天基机会信号多普勒的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的方法和系统，应用于用户终端，包括：对经过匹配滤波之后的目标天基机会信号进行解调，得到I、Q路比特序列和导频序列；在I、Q路比特序列中查找满足预设条件的BPSK子序列，得到目标BPSK序列；计算目标天基机会信号中，与导频序列和目标BPSK序列所对应的部分信号的载波相位，得到第一载波相位；对第一载波相位进行相位展开操作，得到第二载波相位；基于第二载波相位，得到载波残余多普勒频偏估计值；基于载波残余多普勒频偏估计值和目标粗频偏估计值，得到目标天基机会信号的多普勒频偏估计值。本发明缓解了现有技术中存在的多普勒频偏估计值精度不高的技术问题。

Description

利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的方法和系统
技术领域
本发明涉及无线电导航技术领域，尤其是涉及一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的方法和系统。
背景技术
随着科技的发展，全球导航卫星系统越来越成为生产生活不可或缺的一部分，但其受限于复杂的无线电环境，并且易受到遮挡、干扰和欺骗等而导致不可用。在军用或其他重要场景下，保持安全可靠的导航定位非常重要，那么就需要别的手段来确保导航行为的准确性、可用性和完好性。机会信号导航定位是指利用所有可以利用的非导航无线电信号进行导航，可作为现有导航系统的备份和增强，大大提高现有导航系统的性能。
天基机会无线电信号是机会信号中的一大类，是指辐射源位于天空或太空的无线电信号，其主要定位方式是多普勒定位、差分多普勒定位和共视协作导航定位，而这几种定位方式都需要对天基机会无线电信号的载波多普勒进行估计。另一方面，多普勒定位的定位精度对多普勒误差非常敏感，很小的多普勒估计误差就会对最终的定位精度产生非常大的影响。而现有技术中针对天基机会信号的多普勒估计存在着精度不高的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的方法和系统，以缓解了现有技术中用户终端利用天基机会信号进行定位时存在的多普勒频偏估计值精度不高的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的方法，应用于用户终端，包括：对经过匹配滤波之后的目标天基机会信号进行解调，得到I、Q路比特序列和导频序列；所述天基机会信号为从目标辐射源发射出来的无线电信号；在所述I、Q路比特序列中查找满足预设条件的BPSK子序列，得到目标BPSK序列；计算所述目标天基机会信号中，与所述导频序列和所述目标BPSK序列所对应的部分信号的载波相位，得到第一载波相位；对所述第一载波相位进行相位展开操作，得到第二载波相位；基于所述第二载波相位，得到载波残余多普勒频偏估计值；基于所述载波残余多普勒频偏估计值和目标粗频偏估计值，得到所述目标天基机会信号的多普勒频偏估计值，以通过所述多普勒频偏估计值对所述用户终端进行定位；所述目标粗频偏估计值为所述目标天基机会信号的导频部分进行基于快速傅里叶变换的粗频偏估计而得到的载波多普勒频偏粗估计值。
进一步地，在对经过匹配滤波之后的目标天基机会信号进行解调，得到I、Q路比特序列和导频序列之前，所述方法还包括：接收目标辐射源发射的目标天基机会信号；对所述目标天基机会信号的导频部分进行基于快速傅里叶变换的粗频偏估计，得到载波多普勒频偏粗估计值；消除所述目标天基机会信号的所述载波多普勒频偏粗估计值，得到去多普勒频偏的目标天基机会信号；对所述去多普勒频偏的目标天基机会信号进行匹配滤波操作，得到匹配滤波后的目标天基机会信号。
进一步地，所述I、Q路比特序列包括：I路比特序列和Q路比特序列；所述预设条件包括：所述BPSK子序列的I路比特序列和Q路比特序列完全相同，且，所述BPSK子序列为以下任一比特序列：全零比特序列、全一比特序列、零一交替比特序列。
进一步地，计算所述目标天基机会信号中，与所述导频序列和所述目标BPSK序列所对应的部分信号的载波相位，得到第一载波相位，包括：确定所述目标天基机会信号中，与所述导频序列和所述目标BPSK序列所对应的部分信号的采样点的集合，得到目标采样点集合；通过如下算式计算所述目标采样点集合所对应的天基机会信号的部分信号的载波相位：
Figure BDA0002454250830000031
其中，n表示所述目标采样点集合中的采样点编号；x1(n)表示采样点编号为n的采样点所对应的天基机会信号的部分信号；
Figure BDA0002454250830000032
表示信号x1(n)的复数共轭信号；j表示单位复数；θ(n)表示采样点编号为n的采样点所对应的天基机会信号的部分信号的载波相位；将θ(n)作为第一载波相位。
进一步地，基于所述第二载波相位，得到载波残余多普勒频偏估计值，包括：对所述第二载波相位利用最小二乘法进行多项式拟合操作，得到目标线性方程；基于所述目标线性方程求解所述第二载波相位的载波残余多普勒频偏估计值。
进一步地，基于所述载波残余多普勒频偏估计值和目标粗频偏估计值，得到所述目标天基机会信号的多普勒频偏估计值，包括：将所述载波残余多普勒频偏估计值和所述目标粗频偏估计值的和，作为所述目标天基机会信号的多普勒频偏估计值。
第二方面，本发明实施例还提供了一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的系统，应用于用户终端，包括：信号解调模块，查找模块，计算模块，相位展开模块，第一频偏估计模块和第二频偏估计模块，其中，所述信号解调模块，用于对经过匹配滤波之后的目标天基机会信号进行解调，得到I、Q路比特序列和导频序列；所述天基机会信号为从目标辐射源发射出来的无线电信号；所述查找模块，用于在所述I、Q路比特序列中查找满足预设条件的BPSK子序列，得到目标BPSK序列；所述计算模块，用于计算所述目标天基机会信号中，与所述导频序列和所述目标BPSK序列所对应的部分信号的载波相位，得到第一载波相位；所述相位展开模块，用于对所述第一载波相位进行相位展开操作，得到第二载波相位；所述第一频偏估计模块，用于基于所述第二载波相位，得到载波残余多普勒频偏估计值；所述第二频偏估计模块，用于基于所述载波残余多普勒频偏估计值和目标粗频偏估计值，得到所述目标天基机会信号的多普勒频偏估计值，以通过所述多普勒频偏估计值对所述用户终端进行定位；所述目标粗频偏估计值为所述目标天基机会信号的导频部分进行基于快速傅里叶变换的粗频偏估计而得到的载波多普勒频偏粗估计值。
进一步地，所述系统还包括：滤波模块，用于：接收目标辐射源发射的目标天基机会信号；对所述目标天基机会信号的导频部分进行基于快速傅里叶变换的粗频偏估计，得到载波多普勒频偏粗估计值；消除所述目标天基机会信号的所述载波多普勒频偏粗估计值，得到去多普勒频偏的目标天基机会信号；对所述去多普勒频偏的目标天基机会信号进行匹配滤波操作，得到匹配滤波后的目标天基机会信号。
进一步地，所述第一频偏估计模块包括：拟合单元和估计单元，其中，所述拟合单元，用于对所述第二载波相位利用最小二乘法进行多项式拟合操作，得到目标线性方程；所述估计单元，用于基于所述目标线性方程求解所述第二载波相位的载波残余多普勒频偏估计值。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述的方法的步骤。
本发明实施例提供了一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的方法和系统，在利用已知头部导频部分的基础上，还利用了天基机会信号数据信号中存在的部分特定特征的BPSK序列，实现了对天基机会信号的多普勒高精度估计，缓解了现有技术中用户终端利用天基机会信号进行定位时存在的多普勒频偏估计值精度不高的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种对天基机会信号进行匹配滤波操作的流程图；
图3为本发明实施例提供的三种天基机会信号的实际采样示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的第一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的系统的示意图；
图6为本发明实施例提供的第二种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的系统的示意图；
图7为本发明实施例提供的第三种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的系统的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
图1时根据本发明实施例提供的一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的方法的流程图，应用于用户终端。具体地，应用于用户终端上的天基机会信号导航接收机。如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
步骤S102，对经过匹配滤波之后的目标天基机会信号进行解调，得到I、Q路比特序列和导频序列。其中，I、Q路比特序列包括I路比特序列和Q路比特序列，I路比特序列是同向(In-phase)信号比特序列，Q路比特序列是正交(Quadrature)信号比特序列；天基机会信号为从目标辐射源发射出来的无线电信号。
步骤S104，在I、Q路比特序列中查找满足预设条件的BPSK子序列，得到目标BPSK序列。
其中，二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying，BPSK)是用二进制基带信号(0、1)对载波进行二相调制的方式。
在本发明实施例中，预设条件为：BPSK子序列的I路比特序列和Q路比特序列完全相同，且，BPSK子序列为以下任一比特序列：全零比特序列、全一比特序列、零一交替比特序列。
步骤S106，计算目标天基机会信号中，与导频序列和目标BPSK序列所对应的部分信号的载波相位，得到第一载波相位。
步骤S108，对第一载波相位进行相位展开操作，得到第二载波相位。其中，第二载波相位为无折叠相位。
步骤S110，基于第二载波相位，得到载波残余多普勒频偏估计值。
步骤S112，基于载波残余多普勒频偏估计值和目标粗频偏估计值，得到目标天基机会信号的多普勒频偏估计值，以通过多普勒频偏估计值对用户终端进行定位；目标粗频偏估计值为目标天基机会信号的导频部分进行基于快速傅里叶变换的粗频偏估计而得到的载波多普勒频偏粗估计值。
本发明提供了一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的方法，首先对经过匹配滤波之后的目标天基机会信号进行解调，得到I、Q路比特序列和导频序列；然后在I、Q路比特序列中查找满足预设条件的BPSK子序列，得到目标BPSK序列；计算目标天基机会信号中，与导频序列和目标BPSK序列所对应的部分信号的载波相位，并进行相位展开操作，再基于无折叠载波相位得到载波残余多普勒频偏估计值；最后基于载波残余多普勒频偏估计值和目标粗频偏估计值，得到目标天基机会信号的多普勒频偏估计值，以通过多普勒频偏估计值对用户终端进行定位。本发明实施例是在利用已知头部导频部分的基础上，还利用了天基机会信号数据信号中存在的部分特定特征的BPSK序列，实现了对天基机会信号的多普勒高精度估计，缓解了现有技术中存在的多普勒频偏估计值精度不高的技术问题。
可选地，在对目标天基机会信号进行解调之前，还需要对目标天基机会信号做预处理和匹配滤波操作。图2是根据本发明实施例提供的一种对天基机会信号进行匹配滤波操作的流程图。如图2所示，该过程包括如下步骤：
步骤S21，接收目标辐射源发射的目标天基机会信号。其中，目标辐射源为位于天空或太空的能够辐射无线电信号的辐射源。
步骤S22，对目标天基机会信号的导频部分进行基于快速傅里叶变换的粗频偏估计，得到载波多普勒频偏粗估计值。可选地，本发明实施例用的粗频偏估计方法包括但不限于Rife算法。
步骤S23，消除目标天基机会信号的载波多普勒频偏粗估计值，得到去多普勒频偏的目标天基机会信号。
步骤S24，对去多普勒频偏的目标天基机会信号进行匹配滤波操作，得到匹配滤波后的目标天基机会信号。
可选地，步骤S106中的第一载波相位可以通过如下步骤计算得到：
确定目标天基机会信号中，与导频序列和目标BPSK序列所对应的部分信号的采样点的集合，得到目标采样点集合；
通过如下算式计算目标采样点集合所对应的天基机会信号的部分信号的载波相位：
Figure BDA0002454250830000081
其中，n表示目标采样点集合中的采样点编号；x1(n)表示采样点编号为n的采样点所对应的天基机会信号的部分信号；
Figure BDA0002454250830000082
表示信号x1(n)的复数共轭信号；j表示单位复数；θ(n)表示采样点编号为n的采样点所对应的天基机会信号的部分信号的载波相位；
将θ(n)作为第一载波相位。
可选地，将上述步骤S22中得到的载波多普勒频偏粗估计值作为目标粗频偏估计值，并将载波残余多普勒频偏估计值和目标粗频偏估计值的和，作为目标天基机会信号的多普勒频偏估计值。
具体地，步骤S110包括：
步骤S111，对第二载波相位利用最小二乘法进行多项式拟合操作，得到目标线性方程。可选地，第二载波相位所拟合的二项式形式为：θ1(n)＝a1n2+a2n+θ0+w(n)，a1和a2为描述载波相位变化的多项式系数，θ0为初始载波相位,w(n)为高斯白噪声。
步骤S112，基于目标线性方程求解第二载波相位的载波残余多普勒频偏估计值。
可选地，载波残余多普勒频偏估计值f1(n)满足：
Figure BDA0002454250830000083
图3为发明实施例提供的三种天基机会信号的实际采样示意图，横坐标为采样点计数，纵坐标为信号幅度。如图3所示，采集到的天基机会信号可以分为两个部分，信号幅度包络较为恒定的部分和波动非常大的部分。信号幅度包络较为恒定的部分主要是信号的头部导频部分，例如前2.56ms部分，而波动非常大的部分主要是信号的有效数据区，例如前2.56ms后的部分。而天基机会信号中信号的有效数据区的特定数据序列也会导致信号产生包络恒定的部分，如图3中的中下两个子图所示。
本发明实施例提供的一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的方法，是在利用已知头部导频部分的基础上，还利用了天基机会信号数据信号中存在的部分特定特征的BPSK序列，所利用点数的增加必定会提高最终的估计精度，从而实现了对天基机会信号的多普勒高精度估计，缓解了现有技术中存在的多普勒频偏估计值精度不高的技术问题。
实施例二：
图4是根据本发明实施例提供另一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的方法的流程图。如图4所示，该方法具体包括如下步骤：
S41，对接收到的天基机会信号x(n)进行多普勒细估计前的预处理，得到匹配滤波后的天基机会信号x1(n)；其中，n为天基机会信号采样点编号。具体地，预处理包括如下步骤：
S411，对接收到的天基机会信号x(n)的导频部分(前N个采样点)进行基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)的粗频偏估计，得到载波多普勒频偏粗估计值f0，包括但不限于Rife算法；
具体地，先对天基机会信号x(n)的导频部分做FFT，得到N点频域序列记为X(k)，寻找其最大幅值位置k0，满足k0＝argmaxk|X(k)|，然后对最大幅值位置应用Rife算法，得到频偏粗估计值f0，满足：
Figure BDA0002454250830000091
其中，fs为采样率。
S412，消除天基机会信号的载波多普勒频偏粗估计值f0，得到去多普勒频偏的天基机会信号x′(n)；
S413，对去多普勒频偏的天基机会信号x′(n)进行匹配滤波，得到匹配滤波后的天基机会信号x1(n)。
S42，对匹配滤波之后的天基机会信号x1(n)进行解调，得到解调后的I、Q路比特序列和采样点集合C。
采样点集合C具体地是指可被利用的采样点位置的集合。需要说明的是，采样点集合C会根据所利用点的增多而发生改变，在步骤2中为天基机会信号的前N个采样点，也就是导频部分。
S43，查找解调后I、Q路比特序列中是否存在满足预设条件的子序列，如果存在，则记录下子序列的比特起止位置和采样点起止位置，如果不存在则直接进入步骤S46。
其中，子序列满足的预设条件为同时满足如下两个条件：
(1)I、Q路解调后比特完全相同(也就是BPSK调制)；
(2)解调后比特为全零或全一或零一交替。
将满足预设条件的子序列的起止位置的序列记为[M1,M2]，其中M1和M2分别为序列的起始位置和终止位置，起止位置序列对应的采样点序列为[M1fs,M2fs]。
S44，若查找到的子序列满足全零比特或全一比特，则将该子序列的采样点起止位置区间的元素加入到采样点集合C中。
S45，若查找到的子序列满足零一交替比特，则将该子序列的Q路信号后移π/2相位，即fs/2个采样点，并将该子序列的采样点起止位置区间的元素加入采样点集合C。其中，fs为采样率。
S46，对匹配滤波之后的天基机会信号x1(n)中属于采集点集合C中的信号部分，计算对应的载波相位θ(n)。
其中，载波相位θ(n)满足以下关系：
Figure BDA0002454250830000111
Figure BDA0002454250830000112
代表复数共轭，θ(n)∈[-π,π]，n∈C，C表示采集点集合，j表示单位复数。
S47，对载波相位θ(n)进行去折叠(即相位展开)处理，消除载波相位的周期性，得到消除载波相位周期性的载波相位θ1(n)。
S48，对消除载波相位周期性的载波相位θ1(n)利用多项式最小二乘拟合，得到载波残余多普勒估计值f1(n)。
S49，根据多普勒频偏粗估计值f0和载波残余多普勒估计值f1(n)得到完整载波多普勒fd(n)。
具体地，完整载波多普勒fd(n)满足fd(n)＝f0+f1(n)。
具体地，步骤S47包括如下步骤：
S471，若子序列满足预设条件，直接进入步骤S473；
S472，若子序列不满足预设条件，那么采样点集合C只有导频部分，保持载波相位θ(n)的连续性，得到去折叠载波相位θ1(n)，并直接进入步骤S48；
S473，根据采样点集合C，对起始采样点位置M1fs前面和后面(包括该点)的采样点对应的载波相位θ(n)分别进行连续性保持操作，得到连续性保持载波相位θ’(n)；
S474，估算起始采样点位置M1fs前一个采样点对应的θ’(n)和起始采样点位置M1fs对应的θ’(n)之间的差值Δ；
具体地，差值Δ满足：
Figure BDA0002454250830000113
其中，
Figure BDA0002454250830000114
是指四舍五入后取整操作，f′＝(θ’(L0)-θ’(1))/L0，L0＝max{k|k＜M1fs,k∈C}。
S475，基于差值Δ对起始采样点位置M1fs和后面的采样点所对应的θ’(n)的值进行调整，得到最终去折叠载波相位θ1(n)。
具体地，θ1(n)满足：
Figure BDA0002454250830000121
需要说明的是，在上述步骤S473和S474中，连续性保持具体是指保持相位的连续性，去除模糊度。
步骤S48包括如下步骤：
S481，根据载波相位θ1(n)建立线性方程；
具体地，假设多普勒频率线性变化，那么载波相位θ1(n)将以二次多项式变化，具体地，θ1(n)＝a1n2+a2n+θ0+w(n)，其中a1和a2为描述载波相位变化的多项式系数，θ0为初始载波相位,w(n)为高斯白噪声。
线性方程的矩阵形式可以表示为：θ1＝H·[a1,a2,θ0]T，那么有：[a1,a2,θ0]T＝(HTH)-1HTθ1，其中，H满足
Figure BDA0002454250830000122
θ1满足
Figure BDA0002454250830000123
hk＝[p2,p,1]，p为采样点集合C的第k个元素，K为采样点集合C的元素总个数。
S482，根据线性方程求解载波残余多普勒估计值f1(n)；具体地，载波残余多普勒估计值f1(n)满足
Figure BDA0002454250830000124
本发明实施例提供的方法，是在利用天基机会信号的已知头部导频部分的基础上，还利用了天基机会信号数据信号中存在的部分特定特征BPSK序列，实现了对天基机会信号的多普勒高精度估计，仿真表明，本发明实施例提供的方法相较于现有技术关于多普勒频偏估计算法精度提高了1倍，在信噪比12dB时，多普勒频偏估计精度即可达到1Hz以内。
实施例三：
图5是根据本发明实施例提供的第一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的系统的示意图，应用于用户终端。如图5所示，该系统包括：信号解调模块10，查找模块20，计算模块30，相位展开模块40，第一频偏估计模块50和第二频偏估计模块60。
具体地，信号解调模块10，用于对经过匹配滤波之后的目标天基机会信号进行解调，得到I、Q路比特序列和导频序列，天基机会信号为从目标辐射源发射出来的无线电信号。其中，目标辐射源为位于天空或太空的能够辐射无线电信号的辐射源。
查找模块20，用于在I、Q路比特序列中查找满足预设条件的BPSK子序列，得到目标BPSK序列。
具体地，预设条件为：BPSK子序列的I路比特序列和Q路比特序列完全相同，且，BPSK子序列为以下任一比特序列：全零比特序列、全一比特序列、零一交替比特序列。
计算模块30，用于计算目标天基机会信号中，与导频序列和目标BPSK序列所对应的部分信号的载波相位，得到第一载波相位。
相位展开模块40，用于对第一载波相位进行相位展开操作，得到第二载波相位。
第一频偏估计模块50，用于基于第二载波相位，得到载波残余多普勒频偏估计值。
第二频偏估计模块60，用于基于载波残余多普勒频偏估计值和目标粗频偏估计值，得到目标天基机会信号的多普勒频偏估计值，以通过多普勒频偏估计值对用户终端进行定位；目标粗频偏估计值为目标天基机会信号的导频部分进行基于快速傅里叶变换的粗频偏估计而得到的载波多普勒频偏粗估计值。
本发明实施例是在利用已知头部导频部分的基础上，还利用了天基机会信号数据信号中存在的部分特定特征的BPSK序列，实现了对天基机会信号的多普勒高精度估计，缓解了现有技术中存在的多普勒频偏估计值精度不高的技术问题。
图6是根据本发明实施例提供的第二种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的系统的示意图。如图6所示，该系统还包括：滤波模块70，用于：
接收目标辐射源发射的目标天基机会信号；对目标天基机会信号的导频部分进行基于快速傅里叶变换的粗频偏估计，得到载波多普勒频偏粗估计值；消除目标天基机会信号的载波多普勒频偏粗估计值，得到去多普勒频偏的目标天基机会信号；对去多普勒频偏的目标天基机会信号进行匹配滤波操作，得到匹配滤波后的目标天基机会信号。
可选地，如图6所示，第一频偏估计模块50包括：拟合单元51和估计单元52。
拟合单元51，用于对第二载波相位利用最小二乘法进行多项式拟合操作，得到目标线性方程。
估计单元52，用于基于目标线性方程求解第二载波相位的载波残余多普勒频偏估计值。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例一或者实施例二中的方法的步骤。
实施例四：
图7是根据本发明实施例提供的第三种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的系统的示意图，该系统包括：缓存模块B1，多普勒频偏粗估计模块B2，去除载波频偏模块B3，匹配滤波模块B4，解调模块B5，判断模块B6，缓存模块B7，载波相位计算模块B8，载波相位去折叠模块B9，多项式最小二乘模块Ba，求和模块Bb。
具体地，缓存模块B1的输入连接输入信号、信号有效指示，输出连接多普勒频偏粗估计模块B2，用于缓存输入信号和根据信号有效指示输出有效信号。
多普勒频偏粗估计模块B2的输入连接缓存模块B1，输出连接去除载波频偏模块B3和求和模块Bb，用于基于傅里叶变换的Rife算法对载波多普勒粗频偏进行估计，并将结果传给求和模块Bb等待后续处理。
去除载波频偏模块B3的输入连接多普勒频偏粗估计模块B2和缓存模块B1，输出连接匹配滤波模块B4，用于根据来自多普勒频偏粗估计模块B2的多普勒频偏粗估计值去除缓存模块B1的有效输入信号的载波多普勒粗频偏。
匹配滤波模块B4的输入连接去除载波频偏模块B3，输出连接解调模块B5、判断模块和载波相位计算模块B8，用于对天基机会信号进行匹配滤波操作。
解调模块B5的输入连接匹配滤波模块B4，输出连接判断模块B6和缓存模块B7，用于对匹配滤波后信号进行解调，得到解调后序列。
判断模块B6的输入连接解调模块B5和匹配滤波模块B4，输出连接载波相位计算模块B8、缓存模块B7，用于对解调后的序列判断是否存在特定BPSK序列，若存在全零或全一序列，则传输指令信号1；若存在零一交替序列，则传输指令信号2；若不存在特定BPSK序列，则传输指令信号0。
缓存模块B7的输入连接解调模块B5和判断模块B6，输出连接载波相位计算模块B8和载波相位去折叠模块B9，用于根据判断模块B6的传输指令信号对可用的采样点集合进行缓存。
载波相位计算模块B8的输入连接缓存模块B7匹配滤波模块B4，输出连接载波相位去折叠模块B9，用于根据缓存模块B7中缓存的采样点集合计算匹配滤波后信号相应采样点的载波相位。
载波相位去折叠模块B9的输入连接载波相位计算模块B8、缓存模块B7，输出连接多项式最小二乘模块Ba，用于根据判断模块B6的传输指令信号和缓存模块B7中的采样点集合对计算得到的载波相位去折叠，得到去折叠的载波相位。
多项式最小二乘模块Ba的输入连接载波相位去折叠模块B9和缓存模块B7，输出连接求和模块Bb，用于根据缓存模块B7的采样点集合和载波相位去折叠模块B9的去折叠载波相位进行多项式最小二乘拟合。
求和模块Bb的输入连接多项式最小二乘模块Ba和多普勒频偏粗估计模块B2，输出为最终输出，用于将多项式最小二乘模块Ba的计算结果和多普勒频偏粗估计模块B2的估计结果求和得到最终多普勒估计结果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的方法，应用于用户终端，其特征在于，包括：
对经过匹配滤波之后的目标天基机会信号进行解调，得到I、Q路比特序列和导频序列；所述天基机会信号为从目标辐射源发射出来的无线电信号；
在所述I、Q路比特序列中查找满足预设条件的BPSK子序列，得到目标BPSK序列；
计算所述目标天基机会信号中，与所述导频序列所对应的部分信号的载波相位和与所述目标BPSK序列所对应的部分信号的载波相位，得到第一载波相位；
对所述第一载波相位进行相位展开操作，得到第二载波相位；
基于所述第二载波相位，得到载波残余多普勒频偏估计值；
基于所述载波残余多普勒频偏估计值和目标粗频偏估计值，得到所述目标天基机会信号的多普勒频偏估计值，以通过所述多普勒频偏估计值对所述用户终端进行定位；所述目标粗频偏估计值为所述目标天基机会信号的导频部分进行基于快速傅里叶变换的粗频偏估计而得到的载波多普勒频偏粗估计值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对经过匹配滤波之后的目标天基机会信号进行解调，得到I、Q路比特序列和导频序列之前，所述方法还包括：
接收目标辐射源发射的目标天基机会信号；
对所述目标天基机会信号的导频部分进行基于快速傅里叶变换的粗频偏估计，得到载波多普勒频偏粗估计值；
消除所述目标天基机会信号的所述载波多普勒频偏粗估计值，得到去多普勒频偏的目标天基机会信号；
对所述去多普勒频偏的目标天基机会信号进行匹配滤波操作，得到匹配滤波后的目标天基机会信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述I、Q路比特序列包括：I路比特序列和Q路比特序列；所述预设条件包括：
所述BPSK子序列的I路比特序列和Q路比特序列完全相同，且，所述BPSK子序列为以下任一比特序列：全零比特序列、全一比特序列、零一交替比特序列。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述目标天基机会信号中，与所述导频序列和所述目标BPSK序列所对应的部分信号的载波相位，得到第一载波相位，包括：
确定所述目标天基机会信号中，与所述导频序列所对应的部分信号的采样点和与所述目标BPSK序列所对应的部分信号的采样点的集合，得到目标采样点集合；
通过如下算式计算所述目标采样点集合所对应的天基机会信号的部分信号的载波相位：
Figure FDA0002772821370000021
其中，n表示所述目标采样点集合中的采样点编号；x1(n)表示采样点编号为n的采样点所对应的天基机会信号的部分信号；
Figure FDA0002772821370000022
表示信号x1(n)的复数共轭信号；j表示单位复数；θ(n)表示采样点编号为n的采样点所对应的天基机会信号的部分信号的载波相位；
将θ(n)作为第一载波相位。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述第二载波相位，得到载波残余多普勒频偏估计值，包括：
对所述第二载波相位利用最小二乘法进行多项式拟合操作，得到目标线性方程；
基于所述目标线性方程求解所述第二载波相位的载波残余多普勒频偏估计值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述载波残余多普勒频偏估计值和目标粗频偏估计值，得到所述目标天基机会信号的多普勒频偏估计值，包括：
将所述载波残余多普勒频偏估计值和所述目标粗频偏估计值的和，作为所述目标天基机会信号的多普勒频偏估计值。
7.一种利用BPSK数据估计天基机会信号多普勒的系统，应用于用户终端，其特征在于，包括：信号解调模块，查找模块，计算模块，相位展开模块，第一频偏估计模块和第二频偏估计模块，其中，
所述信号解调模块，用于对经过匹配滤波之后的目标天基机会信号进行解调，得到I、Q路比特序列和导频序列；所述天基机会信号为从目标辐射源发射出来的无线电信号；
所述查找模块，用于在所述I、Q路比特序列中查找满足预设条件的BPSK子序列，得到目标BPSK序列；
所述计算模块，用于计算所述目标天基机会信号中，与所述导频序列所对应的部分信号的载波相位和与所述目标BPSK序列所对应的部分信号的载波相位，得到第一载波相位；
所述相位展开模块，用于对所述第一载波相位进行相位展开操作，得到第二载波相位；
所述第一频偏估计模块，用于基于所述第二载波相位，得到载波残余多普勒频偏估计值；
所述第二频偏估计模块，用于基于所述载波残余多普勒频偏估计值和目标粗频偏估计值，得到所述目标天基机会信号的多普勒频偏估计值，以通过所述多普勒频偏估计值对所述用户终端进行定位；所述目标粗频偏估计值为所述目标天基机会信号的导频部分进行基于快速傅里叶变换的粗频偏估计而得到的载波多普勒频偏粗估计值。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：滤波模块，用于：
接收目标辐射源发射的目标天基机会信号；对所述目标天基机会信号的导频部分进行基于快速傅里叶变换的粗频偏估计，得到载波多普勒频偏粗估计值；消除所述目标天基机会信号的所述载波多普勒频偏粗估计值，得到去多普勒频偏的目标天基机会信号；对所述去多普勒频偏的目标天基机会信号进行匹配滤波操作，得到匹配滤波后的目标天基机会信号。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一频偏估计模块包括：拟合单元和估计单元，其中，
所述拟合单元，用于对所述第二载波相位利用最小二乘法进行多项式拟合操作，得到目标线性方程；
所述估计单元，用于基于所述目标线性方程求解所述第二载波相位的载波残余多普勒频偏估计值。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至6任一项所述的方法的步骤。
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