CN112803967B - 用于非协同扩频信号的检测及参数估计方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于非协同扩频信号的检测及参数估计方法及装置，该方法包括：对输入中的载波频率检测及参数估计，提取出扩频信号中的载波频率；对输入中的扩频码周期检测及参数估计，提取出扩频信号中的扩频码的码周期；对输入中的扩频码码速率和扩频码码长的参数估计，提取出扩频信号中的扩频码的码速率和扩频码码长的参数。该装置用来实施上述方法。本发明具有原理简单、精确性高、能够提高效率、适用范围广等优点。

Description

用于非协同扩频信号的检测及参数估计方法及装置
技术领域
本发明主要涉及到扩频通信技术领域，特指一种用于非协同扩频信号的检测及参数估计方法及装置。
背景技术
直接扩频通信是扩频通信的一种，在扩频通信中，扩频信号具有良好的低功率谱发射的隐蔽性和信号相关处理的抗干扰能力。由于扩频信号的特点决定了扩频信号的一方面难以检测，另一方面即便是检测到信号了，也无法有效的得知相对应的参数进行解调、解扩和信息恢复。
目前，诸多扩频对抗的研究都是针对于调频通信信号的，对于扩频信号的窄带干扰抑制、码捕获、码跟踪、码同步、码跟踪及DS/CDMA系统的多用户检测问题研究比较多，极少涉及到非协同扩频信号的侦收问题。而现有的扩频信号检测及参数估计的设计方案一部分是采用循环谱检测的方案，但是设计复杂难以工程化实现；另一部分是采用延时相乘的方案，但是存在问题是只能适应于信噪比强的情况下使用。因此，亟需一种改进的非协同扩频信号检测及参数估计的设计方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、精确性高、能够提高效率、适用范围广的用于非协同扩频信号的检测及参数估计方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于非协同扩频信号的检测及参数估计方法，其包括：
对输入中的载波频率检测及参数估计，提取出扩频信号中的载波频率；
对输入中的扩频码周期检测及参数估计，提取出扩频信号中的扩频码的码周期；
对输入中的扩频码码速率和扩频码码长的参数估计，提取出扩频信号中的扩频码的码速率和扩频码码长的参数。
作为本发明方法的进一步改进：在对输入信号的载频进行分析时，采用的是功率分析的方法，对输入信号进行平方或多次方处理。
作为本发明方法的进一步改进：先进行数据分段处理及加窗处理，在所述数据分段处理中允许数据部分重叠；然后对每段数据进行FFT计算后模值累加，即可得出载波频率。
作为本发明方法的进一步改进：在对输入中的扩频码周期检测及参数估计时，采用“均方自相关”的方法对输入信号计算出多段数据的循环自相关值，进行每段数据叠加后，对谱线进行相对应的计算处理，即可得出扩频码周期。
作为本发明方法的进一步改进：在对输入中的扩频码码速率和扩频码码长的参数估计时，采用分段叠加的延时自相关算法进行扩频码速率的及码长的估计，对信号进行半个码片的延时相乘。
作为本发明方法的进一步改进：进行分段处理，每段数据允许部分重合，分别对每段数据进行加窗处理，分别对每段数据进行功率谱的计算后进行叠加处理，对出现的谱线进行相对应的操作及计算得出码速率。
作为本发明方法的进一步改进：采用了循环步进的方式进行不同的码片延时处理，计算出不同的功率谱值，在所有的功率谱值中进行最优值选择。
作为本发明方法的进一步改进：所述码长的计算方法是直接用估计出来的码速率除以码周期即可。
本发明进一步提供一种用于非协同扩频信号的检测及参数估计装置，其包括：
载波信号检测及参数估计模块，对输入中的载波频率检测及参数估计，提取出扩频信号中的载波频率；
扩频码周期估计模块，对输入中的扩频码周期检测及参数估计，提取出扩频信号中的扩频码的码周期；
扩频码速率估计及扩频码码长估计模块，对输入中的扩频码码速率和扩频码码长的参数估计，提取出扩频信号中的扩频码的码速率和扩频码码长的参数。
作为本发明装置的进一步改进：在对输入中的扩频码周期检测及参数估计时，采用“均方自相关”的方法对输入信号计算出多段数据的循环自相关值，进行每段数据叠加后，对谱线进行相对应的计算处理，即可得出扩频码周期。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的用于非协同扩频信号的检测及参数估计方法及装置，为一种改进的非协同扩频信号检测及参数估计的设计方案，本发明对扩频信号在时域、频域、相关域及功率谱表现的不同特性进行相对应的方法进行扩频信号的检测，从噪声中检测出微弱的扩频信号。
2、本发明的用于非协同扩频信号的检测及参数估计方法及装置，在非协同的扩频频通信中，把后级的解调模块中所需要的部分先验信息可以评估出来，从而减少了在扩频通信中对先验信息的需求，完成了可在不需要知道先验信息的条件完成对扩频信号的参数估计，为后级的工作模块提供了有效且必须的输入参数，进而大大降低了工程化实现的难度。
附图说明
图1是本发明方法的原理示意图。
图2是本发明在具体应用实例中载波信号检测及参数估计模块的原理示意图。
图3是本发明在具体应用实例中扩频码周期估计模块的原理示意图。
图4是本发明在具体应用实例中扩频码速率估计及扩频码码长估计模块的原理示意图。
图5是本发明在具体应用实例中实际扩频信号的频谱。
图6是本发明在具体应用实例中载波信号检测及参数估计模块的检测结果图。
图7是本发明在具体应用实例中扩频码周期估计模块的检测结果图。
图8是本发明在具体应用实例中扩频码速率估计模块的检测结果图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的用于非协同扩频信号的检测及参数估计方法，其包括：
对输入中的载波频率检测及参数估计，提取出扩频信号中的载波频率；
对输入中的扩频码周期检测及参数估计，提取出扩频信号中的扩频码的码周期；
对输入中的扩频码码速率和扩频码码长的参数估计，提取出扩频信号中的扩频码的码速率和扩频码码长的参数。
在具体应用实例中，在对输入信号的载频进行分析时，采用的是功率分析的方法，对输入信号进行平方或多次方处理。进一步，为了提高信号SNR及检测的概率，先进行数据分段处理(允许数据部分重叠)及加窗处理，然后对每段数据进行FFT计算后模值累加，得出输入信后关于载波的频谱图，频谱图中峰值即为载波频率。实际结果见图6；
在具体应用实例中，在对输入中的扩频码周期检测及参数估计时，是采用“均方自相关”的方法对输入信号计算出多段数据的循环自相关值，因为时域上的卷积等同于频域上的乘积，所以采用的是FFT方式计算多段数据的循环自相关值，然后进行每段数据叠加后，用系统采样时钟除任意选择两根相邻的谱线做减法运算的结果，即可得出扩频码周期。实际结果见图7；
在具体应用实例中，在对输入中的扩频码码速率和扩频码码长的参数估计时，是采用分段叠加的延时自相关算法进行扩频码速率的及码长的估计，对信号进行半个码片的延时相乘。进一步，为了提高信号SNR及检测的概率进行分段处理，每段数据允许部分重合，分别对每段数据进行加窗处理，分别对每段数据进行功率谱的计算后进行叠加处理，对出现的谱线进行相对应的操作及计算得出码速率。
在具体应用实例中，由于不知道半个码片的延时是多少，所以进一步采用了循环步进的方式进行不同的码片延时处理，计算出不同的功率谱值，在所有的功率谱值中进行最优值选择。实际结果见图8；
在具体应用实例中，码长的计算方法是直接用估计出来的码速率除以码周期即可。
由上可知，本发明的用于非协同扩频信号的检测及参数估计方法，对扩频信号在时域、频域、相关域及功率谱表现的不同特性进行相对应的方法进行扩频信号的检测，从噪声中检测出微弱的扩频信号。这样，在非协同的扩频频通信中，把后级的解调模块中所需要的部分先验信息可以评估出来，从而减少了在扩频通信中对先验信息的需求，完成了可在不需要知道先验信息的条件完成对扩频信号的参数估计，为后级的工作模块提供了有效且必须的输入参数，也大大降低了工程化实现的难度。
本发明进一步提供一种用于非协同扩频信号的检测及参数估计装置，其包括：
载波信号检测及参数估计模块，对输入中的载波频率检测及参数估计，提取出扩频信号中的载波频率；
扩频码周期估计模块，对输入中的扩频码周期检测及参数估计，提取出扩频信号中的扩频码的码周期；
扩频码速率估计及扩频码码长估计模块，对输入中的扩频码码速率和扩频码码长的参数估计，提取出扩频信号中的扩频码的码速率和扩频码码长的参数。如图2所示，为载波信号检测及参数估计的示意性框图；在载波信号检测及参数估计中，通常包含信号平方模块、分段模块、FFT模块、功率叠加模块及谱线检测模块，为了提高信号SNR及检测的概率，进行数据分段处理(允许数据部分重叠)及加窗处理。
如图3所示，为扩频码速率估计的示意性框图；在扩频码速率估计中，通常包含信号延时相乘模块、分段模块、FFT模块、功率叠加模块及谱线检测模块，为了提高信号SNR及检测的概率，进行数据分段处理(允许数据部分重叠)及加窗处理。
如图4所示，为扩频码周期估计的示意性框图；在扩频码周期估计中，采用的均方自相关算法，通常包含信号共轭模块、分段模块、FFT模块、IFFT模块、复数乘法模块、功率叠加模块及谱线检测模块，为了提高信号SNR及检测的概率，进行数据分段处理(允许数据部分重叠)及加窗处理。
如图5所示，为实际信号输入的频谱图，有效的扩频信号淹没在噪声之下。
如图6所示，为实际信号的载波估计模块输出的最终的频谱图，明显可以看出频谱图中有一个峰值，因为对信号进行的平方运算，所以峰值对应的频率除于2即为实际载波频率。
如图7所示，为实际信号的码周期估计模块输出的最终的结果图，明显可以看出图中有多个峰值，用系统采样时钟除任意两根相邻的谱线做减法运算的结果，即可得出扩频码周期。
如图8所示，为实际信号的码速率估计模块输出的最终频谱图，明显可以看出图中有一个峰值，该峰值对应的频率即为码数率。码长用码数率除扩频码周期即可得出。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于非协同扩频信号的检测及参数估计方法，其特征在于，包括：
对输入中的载波频率检测及参数估计，提取出扩频信号中的载波频率；
对输入中的扩频码周期检测及参数估计，提取出扩频信号中的扩频码的码周期；
对输入中的扩频码码速率和扩频码码长的参数估计，提取出扩频信号中的扩频码的码速率和扩频码码长的参数；
在对输入信号的载频进行分析时，采用的是功率分析的方法，对输入信号进行平方或多次方处理；
在对输入中的扩频码周期检测及参数估计时，采用“均方自相关”的方法对输入信号计算出多段数据的循环自相关值，进行每段数据叠加后，对谱线进行相对应的计算处理，即可得出扩频码周期；
在对输入中的扩频码码速率和扩频码码长的参数估计时，采用分段叠加的延时自相关算法进行扩频码速率的及码长的估计，对信号进行半个码片的延时相乘。
2.根据权利要求1所述的用于非协同扩频信号的检测及参数估计方法，其特征在于，先进行数据分段处理及加窗处理，在所述数据分段处理中允许数据部分重叠；然后对每段数据进行FFT计算后模值累加，即可得出载波频率。
3.根据权利要求1所述的用于非协同扩频信号的检测及参数估计方法，其特征在于，进行分段处理，每段数据允许部分重合，分别对每段数据进行加窗处理，分别对每段数据进行功率谱的计算后进行叠加处理，对出现的谱线进行相对应的操作及计算得出码速率。
4.根据权利要求3所述的用于非协同扩频信号的检测及参数估计方法，其特征在于，采用了循环步进的方式进行不同的码片延时处理，计算出不同的功率谱值，在所有的功率谱值中进行最优值选择。
5.根据权利要求4所述的用于非协同扩频信号的检测及参数估计方法，其特征在于，所述码长的计算方法是直接用估计出来的码速率除以码周期即可。
6.一种用于非协同扩频信号的检测及参数估计装置，其特征在于，包括：
载波信号检测及参数估计模块，对输入中的载波频率检测及参数估计，提取出扩频信号中的载波频率；
扩频码周期估计模块，对输入中的扩频码周期检测及参数估计，提取出扩频信号中的扩频码的码周期；
扩频码速率估计及扩频码码长估计模块，对输入中的扩频码码速率和扩频码码长的参数估计，提取出扩频信号中的扩频码的码速率和扩频码码长的参数；
在对输入信号的载频进行分析时，采用的是功率分析的方法，对输入信号进行平方或多次方处理；
在对输入中的扩频码周期检测及参数估计时，采用“均方自相关”的方法对输入信号计算出多段数据的循环自相关值，进行每段数据叠加后，对谱线进行相对应的计算处理，即可得出扩频码周期；
在对输入中的扩频码码速率和扩频码码长的参数估计时，采用分段叠加的延时自相关算法进行扩频码速率的及码长的估计，对信号进行半个码片的延时相乘。
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