CN112636814B - 基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法 - Google Patents
基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法,包括:双极化卫星数据接收系统将接收到的两个通道信号转换为数字信号;将转换得到的数字信号进行数字下变频得到数字零中频信号;将两个通道的数字零中频信号分别进行低通滤波;将低通滤波后的信号各分出一条支路送入另外一个通道的中频横向均衡器;利用中频横向均衡器形成具有与干扰信号相同频率特性的补偿信号;主信号减去横向滤波器输出的补偿信号,输出对消后的信号,即完成交叉极化干扰对消。以上方案在两路信号存在频差、相差和两路信号码速率不一致的情况下,能够取得较好的对消性能,同时在还能有效适应交叉极化干扰较大的情况。
Description
技术领域
本申请涉及卫星数据接收技术领域,具体地,涉及一种基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法。
背景技术
随着高分辨率、高光谱技术的广泛应用,遥感卫星产生的数据量呈几何级增长,而分配给遥感卫星星地数据传输的频谱资源是有限的,为了提高星地数据传输的容量,则必须提高频谱的使用效率,双圆极化复用技术是最理想的技术之一。双圆极化复用技术可以将遥感卫星数据通过两个相互正交的极化波传输至卫星数据接收系统,但是由于极化复用信道的非理想特性,两路极化信道的交叉极化隔离度会受空间链路和天线性能的影响而下降,引起两路信道之间相互干扰,即交叉极化干扰。交叉极化干扰带来严重的码间串扰,导致无法进行信号的解调,因此,需要采用交叉极化干扰对消技术降低其对接收系统的影响。
目前普遍采用的交叉极化干扰对消方法主要采用基于基带的交叉极化干扰对消技术,该技术是在完成两个通道的解调和码元同步后,对两路码元同步输出结果进行交叉极化干扰对消,该技术硬件资源耗费较少,且实现简单,因此在工程中普遍应用。但是基于基带的交叉极化干扰对消方法存在以下2方面的问题:
1.基于基带的交叉极化干扰对消方法利用虽然可以利用主信号的相干载波和码元时钟处理干扰信号,然后进行对消,进而解决两路信号存在频差、相差或者两路信号码速率不一致的情况,但是该方法并未考虑主信号与干扰信号存在的频率差和码元差的情况,导致交叉极化干扰性能较差,尤其是在信噪比较低的情况下,难以满足工程应用需求。
2.基于基带的交叉极化干扰对消方法依赖于两路信号的成功解调,但是在空间链路环境恶劣或者天线性能较差时,极化鉴别率较低,交叉极化干扰会导致信号解调失败,进而导致于基带的交叉极化干扰对消方法失效,此外,当两路信号中的任一路由于信号或者链路故障原因无法正常解调时,基于基带的交叉极化干扰对消方法同样无法正常工作。
发明内容
本申请实施例旨在提供一种基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法,以解决现有技术中的交叉极化干扰对消方式难以满足需求并且受解调结果影响较大的技术问题。
为此,本申请一些实施例中提供一种基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法,包括如下步骤:
将接收到第一通道信号s1(t)送入第一模数转换器转换得到第一通道数字信号s1(n);将接收到的第二通道信号s2(t)送入第二模数转换器转换得到第二通道数字信号s2(n);
将所述第一通道数字信号s1(n)送入第一数字下变频器进行数字下变频后得到第一数字零中频信号z1(n);将第二通道数字信号s2(n)送入第二数字下变频器进行数字下变频后得到第二数字零中频信号z2(n);
将所述第一数字零中频信号z1(n)送入第一低通滤波器得到第一信号x1(n);将所述第二数字零中频信号z1(n)送入第二低通滤波器得到第二信号x2(n);
将所述第一信号x1(n)分出一条支路x′1(n)送入第二通道的中频横向均衡器,将所述第二信号x2(n)分出一条支路x'2(n)送入第一通道的中频横向均衡器;
第一通道的中频横向均衡器形成具有与支路x'2(n)相同频率特性的第一补偿信号;第二通道的中频横向均衡器形成具有与支路x′1(n)相同频率特性的第二补偿信号;
第一信号x1(n)减去第一补偿信号得到第一对消信号,第二信号x2(n)减去第二补偿信号得到第二对消信号,完成交叉极化干扰对消。
可选地,上述的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法,将所述第一通道数字信号s1(n)送入第一数字下变频器进行数字下变频后得到第一数字零中频信号z1(n);将第二通道数字信号s2(n)送入第二数字下变频器进行数字下变频后得到第二数字零中频信号z1(n)中:
第一数字下变频器获取第一通道数字信号s1(n)的频率f1和多普勒频偏Δf1,进而得到第一通道频偏f1+Δf1;第一数字下变频器根据第一通道频偏确定变频方式将所述第一通道数字信号s1(n)进行数字下变频后得到第一数字零中频信号z1(n);
第二数字下变频器获取第二通道数字信号s2(n)的频率f2和多普勒频偏Δf2,进而得到第二通道频偏f2+Δf2;第二数字下变频器根据第二通道频偏确定变频方式将第二通道数字信号s2(n)进行数字下变频后得到第二数字零中频信号z2(n)。
可选地,上述的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法,第一通道的中频横向均衡器形成具有与支路x'2(n)相同频率特性的第一补偿信号;第二通道的中频横向均衡器形成具有与支路x′1(n)相同频率特性的第二补偿信号的步骤中:
所述第一通道的中频横向均衡器和所述第二通道的中频横向均衡器采用最小均方算法对均衡器内的权重系数矩阵进行更新。
可选地,上述的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法,所述第一通道的中频横向均衡器和所述第二通道的中频横向均衡器中采用变步长的方式更新抽头系数;其中根据利用均方根误差算法得到的实际信噪比作为迭代步长的反馈。
可选地,上述的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法,所述第一通道的中频横向均衡器和所述第二通道的中频横向均衡器对所述得到所述第一补偿信号和所述第二补偿信号的步骤包括:
将输入信号x′i(n)与高斯白噪声信号ξ(n)相加得到期望信号di(n):di(n)=x′i(n)+ξ(n);
期望信号与输出信号相减得到误差信号ei(n):ei(n)=di(n)-yi(n);
抽头系数更新迭代步长μi根据后端反馈的信噪比动态调整,具体如下:
其中,||x′i(n)||表示输入信号x′i(n)的功率,(Eb/N0)real表示后端反馈的实际信噪比,(Eb/N0)ideal表示理想信噪比。
可选地,上述的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法,所述第一通道的中频横向均衡器和所述第二通道的中频横向均衡器中的理想信噪比为20dB。
可选地,上述的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法,还包括如下步骤:
对第一对消信号解调得到第一通道接收信号,对第二对消信号解调得到第二通道接收信号。
本发明一些实施例还提供一种存储介质,所述存储介质中存储有程序信息,计算机读取所述程序信息后执行以上任一项所述的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法。
本发明一些实施例还提供一种交叉极化干扰对消电子设备,其特征在于,包括至少一个处理器和至少一个存储器,至少一个所述存储器中存储有程序信息,至少一个所述处理器读取所述程序信息后执行以上任一项所述的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法。
本发明一些实施例还提供一种双极化卫星数据接收系统,其包括以上所述的交叉极化干扰对消电子设备。
本申请实施例提供的以上技术方案,与现有技术相比,至少具有如下技术效果:基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法,以实现双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消,且该方法在两路信号存在频差、相差和两路信号码速率不一致的情况下,能够取得较好的对消性能,同时在还能有效适应交叉极化干扰较大或者两路信号中任意一路存在问题无法正常解调的情况。
附图说明
图1为本申请一个实施例所述基于中频的双极化卫星数据接收系统极化干扰对消方案示意图;
图2为本申请一个实施例所述双极化卫星数据接收系统极化干扰对消方法的流程图;
图3为本申请一个实施例所述中频横向均衡器的工作原理图;
图4为本申请一个实施例所述双极化卫星数据接收系统极化干扰对消电子设备的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
如图1和图2所示,本申请一些实施例中提供一种基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法,其中的方法包括如下步骤:
S101:将接收到第一通道信号s1(t)送入第一模数转换器转换得到第一通道数字信号s1(n);将接收到的第二通道信号s2(t)送入第二模数转换器转换得到第二通道数字信号s2(n)。
S102:将所述第一通道数字信号s1(n)送入第一数字下变频器进行数字下变频后得到第一数字零中频信号z1(n);将第二通道数字信号s2(n)送入第二数字下变频器进行数字下变频后得到第二数字零中频信号z2(n)。优选地,第一数字下变频器获取第一通道数字信号s1(n)的频率f1和多普勒频偏Δf1,进而得到第一通道频偏f1+Δf1;第一数字下变频器根据第一通道频偏确定变频方式将所述第一通道数字信号s1(n)进行数字下变频后得到第一数字零中频信号z1(n);第二数字下变频器获取第二通道数字信号s2(n)的频率f2和多普勒频偏Δf2,进而得到第二通道频偏f2+Δf2;第二数字下变频器根据第二通道频偏确定变频方式将第二通道数字信号s2(n)进行数字下变频后得到第二数字零中频信号z2(n)。如此,本方案能够适应两路非同频信号的情况。
S103:双极化卫星数据接收系统将所述第一数字零中频信号z1(n)送入第一低通滤波器得到第一信号x1(n);将所述第二数字零中频信号z1(n)送入第二低通滤波器得到第二信号x2(n)。
S104:将所述第一信号x1(n)分出一条支路x′1(n)送入第二通道的中频横向均衡器,将所述第二信号x2(n)分出一条支路x'2(n)送入第一通道的中频横向均衡器。
S105:第一通道的中频横向均衡器形成具有与支路x'2(n)相同频率特性的第一补偿信号;第二通道的中频横向均衡器形成具有与支路x′1(n)相同频率特性的第二补偿信号。优选地,所述第一通道的中频横向均衡器和所述第二通道的中频横向均衡器采用最小均方算法对均衡器内的权重系数矩阵进行更新。本步骤中的中频横向均衡器采用LMS(最小均方算法)进行权重系数矩阵(也即各级延时单元的抽头系数)的更新;进一步地,所述第一通道的中频横向均衡器和所述第二通道的中频横向均衡器中采用变步长的方式更新抽头系数;其中根据利用均方根误差算法得到的实际信噪比作为迭代步长的反馈。抽头系数的迭代采用变步长,一方面减少硬件资源的消耗,另一方面,保证中频横向均衡器能够快速完成迭代收敛;而且,迭代的步长根据后端利用均方根误差计算得到的信噪比作为迭代步长的反馈,可以保证交叉极化干扰对消能够收敛在最优信噪比的状态,进而取得较好的性能。
S106:第一信号x1(n)减去第一补偿信号得到第一对消信号,第二信号x2(n)减去第二补偿信号得到第二对消信号,完成交叉极化干扰对消。
以上方案中的中频均衡器的工作原理如附图3所示,其包括:
步骤2:将输入信号x′i(n)与高斯白噪声信号ξ(n)相加得到期望信号di(n):di(n)=x′i(n)+ξ(n);
步骤3:期望信号与输出信号相减得到误差信号ei(n):ei(n)=di(n)-yi(n);
抽头系数更新迭代步长μi根据后端反馈的信噪比动态调整,具体如下:
其中,||x′i(n)||表示输入信号x′i(n)的功率,(Eb/N0)real表示后端反馈的实际信噪比,(Eb/N0)ideal表示理想信噪比,优选地,理想信噪比为20dB。
以上方案中的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法,还包括如下步骤:对第一对消信号解调得到第一通道接收信号,对第二对消信号解调得到第二通道接收信号。也即交叉极化干扰对消在解调之前完成,因此,本方法不受后续解调状态的影响,在交叉极化干扰严重或者信噪比较低的情况下,即使后端无法正常解调也能正常工作,消除交叉极化干扰影响,提高信号信噪比,进而最大限度的发挥交叉极化干扰对消的作用。
在本发明的一些实施例中还提供一种存储介质,所述存储介质中存储有程序信息,计算机读取所述程序信息后执行以上任一项所述的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法。
本发明的一些实施例中还提供一种交叉极化干扰对消电子设备,如图4所示,包括至少一个处理器101和至少一个存储器102,至少一个所述存储器102中存储有程序信息,至少一个所述处理器101读取所述程序信息后执行以上任一项所述的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法。该设备还可以包括:输入装置103和输出装置104。处理器101、存储器102、输入装置103和输出装置104可以通信连接。存储器102作为一种非易失性计算机可读存储介质,可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。处理器101通过运行存储在存储器102中的非易失性软件程序、指令以及模块,从而执行各种功能应用以及数据处理,即实现上述方法实施例的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法。
本发明一些实施例中还提供一种双极化卫星数据接收系统,包括图4所示的交叉极化干扰对消电子设备。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,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申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法,其特征在于,包括如下步骤:
将接收到的第一通道信号s1(t)送入第一模数转换器转换得到第一通道数字信号s1(n);将接收到的第二通道信号s2(t)送入第二模数转换器转换得到第二通道数字信号s2(n);
将所述第一通道数字信号s1(n)送入第一数字下变频器进行数字下变频后得到第一数字零中频信号z1(n);将第二通道数字信号s2(n)送入第二数字下变频器进行数字下变频后得到第二数字零中频信号z2(n);
将所述第一数字零中频信号z1(n)送入第一低通滤波器得到第一信号x1(n);将所述第二数字零中频信号z1(n)送入第二低通滤波器得到第二信号x2(n);
将所述第一信号x1(n)分出一条支路x′1(n)送入第二通道的中频横向均衡器,将所述第二信号x2(n)分出一条支路x'2(n)送入第一通道的中频横向均衡器;
第一通道的中频横向均衡器形成具有与支路x'2(n)相同频率特性的第一补偿信号;第二通道的中频横向均衡器形成具有与支路x′1(n)相同频率特性的第二补偿信号;
第一信号x1(n)减去第一补偿信号得到第一对消信号,第二信号x2(n)减去第二补偿信号得到第二对消信号,完成交叉极化干扰对消;
第一通道的中频横向均衡器形成具有与支路x'2(n)相同频率特性的第一补偿信号;第二通道的中频横向均衡器形成具有与支路x′1(n)相同频率特性的第二补偿信号的步骤中:
所述第一通道的中频横向均衡器和所述第二通道的中频横向均衡器采用最小均方算法对均衡器内的权重系数矩阵进行更新;
所述第一通道的中频横向均衡器和所述第二通道的中频横向均衡器中采用变步长的方式更新抽头系数;其中根据利用均方根误差算法得到的实际信噪比作为迭代步长的反馈;
将输入信号x′i(n)与高斯白噪声信号ξ(n)相加得到期望信号di(n):di(n)=x′i(n)+ξ(n);
期望信号与输出信号相减得到误差信号ei(n):ei(n)=di(n)-yi(n);
抽头系数更新迭代步长μi根据后端反馈的信噪比动态调整,具体如下:
其中,||x′i(n)||表示输入信号x′i(n)的功率,(Eb/N0)real表示后端反馈的实际信噪比,(Eb/N0)ideal表示理想信噪比;所述第一通道的中频横向均衡器和所述第二通道的中频横向均衡器中的理想信噪比为20dB。
2.根据权利要求1所述的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法,其特征在于,将所述第一通道数字信号s1(n)送入第一数字下变频器进行数字下变频后得到第一数字零中频信号z1(n);将第二通道数字信号s2(n)送入第二数字下变频器进行数字下变频后得到第二数字零中频信号z1(n)中:
第一数字下变频器获取第一通道数字信号s1(n)的频率f1和多普勒频偏Δf1,进而得到第一通道频偏f1+Δf1;第一数字下变频器根据第一通道频偏确定变频方式将所述第一通道数字信号s1(n)进行数字下变频后得到第一数字零中频信号z1(n);
第二数字下变频器获取第二通道数字信号s2(n)的频率f2和多普勒频偏Δf2,进而得到第二通道频偏f2+Δf2;第二数字下变频器根据第二通道频偏确定变频方式将第二通道数字信号s2(n)进行数字下变频后得到第二数字零中频信号z2(n)。
3.根据权利要求1或2所述的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法,其特征在于,还包括如下步骤:
对第一对消信号解调得到第一通道接收信号,对第二对消信号解调得到第二通道接收信号。
4.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质中存储有程序信息,计算机读取所述程序信息后执行权利要求1-3任一项所述的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法。
5.一种交叉极化干扰对消电子设备,其特征在于,包括至少一个处理器和至少一个存储器,至少一个所述存储器中存储有程序信息,至少一个所述处理器读取所述程序信息后执行权利要求1-3任一项所述的基于中频的双极化卫星数据接收系统交叉极化干扰对消方法。
6.一种双极化卫星数据接收系统,其特征在于,包括权利要求5所述的交叉极化干扰对消电子设备。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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