CN113965436A - 一种多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法 - Google Patents

一种多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法，属于数据链技术领域，包括如下步骤：平方去调制、二维搜索频偏及加速度、频偏及加速度补偿和解调判读。本发明集成了接收信号平方去除调制信息、本地chip信号与接收信号匹配、频域搜索频偏、DDS补偿、相位补偿等功能，实现了对突发信号的频偏、频偏加速度和相位的快速补偿，大大提升了数字信号处理过程中载波同步所需的时间，使具备良好抗截获性能的突发信号能够适用于数据链系统，同时提高了系统对大频偏和高频偏加速度的适应能力。解决了现有技术不能实现突发信号的快速开环载波同步的问题，具有突出的实质性特点和显著的进步。

Description

一种多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法
技术领域
本发明属于数据链技术领域，具体涉及一种多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法。
背景技术
数据链技术是现代高技术装备的重要组成部分，它在军民领域中的作用越来越明显，随着国防建设发展的需要，新型移动平台对数据链技术的通信性能要求也越来越高。
我国在研数据链系统，配套设备中通常应用了载波频率跟踪环+载波相位跟踪环算法进行捕获后的载波同步。这种载波同步架构的不足之处是锁频环和锁相环锁定所用的时间较长，失锁到重新锁定时间较长且不可控，锁相环在锁频环实现频率牵引之后才能实现相位锁定，使该架构难以适应对突发信号的快速高精度载波同步。
未来数据链系统在抗截获性能、网路建链时间、通信误码率等方面提出了更高的要求，对数字信号处理算法的快速、高精度载波同步能力要求更为严格。因此急需开展针对突发信号高精度快速同步数据链载波同步算法的研究。
发明内容
本发明提供一种多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法，目的是解决现有技术不能实现突发信号快速开环载波同步的问题。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法，包括如下步骤：
S1、平方去调制；
S2、二维搜索频偏及加速度；
S3、频偏及加速度补偿；
S4、解调判读。
进一步地，平方去调制步骤包括：接收前端正交下变频处理后的信号，将数字信号I路和Q路组成的采样点进行复数平方计算。
进一步地，二维搜索频偏及加速度步骤包括：接收平方去调制步骤处理后的数据，与本地带有不同频偏加速度的多组chip信号进行复数乘法计算，进行频域变换，将得到的频域值取模值；然后分别在每一chip搜索支路取最大模值并取所有支路最大模值，该最大值所对应的chip支路加速度值即为多普勒加速度的估计值，该最大值对应的频域频点即为对多普勒频偏的估计值。
进一步地，二维搜索频偏及加速度步骤中，频域变换计算的时间可配置，频域变换时间优选配置为0.1ms、1ms、10ms。
进一步地，二维搜索频偏及加速度步骤中，chip信号可配置，chip信号的加速度参数优选为±3000Hz/s范围内10Hz/s的整数倍。
进一步地，频偏及加速度补偿步骤包括：接收二维搜索频偏及加速度步骤输出的多普勒频偏估计值和多普勒频偏加速度估计值，将该值除以2后注入本地载波发生器DDS，然后将本地产生的载波与输入信号相乘，得到去除多普勒频偏和多普勒频偏加速度后的信号。
进一步地，解调判读步骤包括：接收频偏及加速度补偿步骤补偿后的信号，根据前一段解调判读后的信号，去除信号中的调制数据，然后将I路和Q路进行累加并取共轭，得到相位补偿值；对整段数据进行补偿，补偿后的数据进行解调判读，判读得到的后半段数据输出并预存，用作下一段接收信号的去除调制数据。
上述技术方案中，平方去调制、二维搜索频偏及加速度、频偏及加速度补偿和解调判读步骤可在通用计算机、可编程逻辑器件、CPU、GPU其中任意一种通用计算平台中运行。
上述技术方案中，平方去调制、二维搜索频偏及加速度、频偏及加速度补偿和解调判读步骤可采用C语言、C++、Verilog、VHDL其中任意一种语言进行逻辑实现。
本发明所取得的有益技术效果是：
集成了接收信号平方去除调制信息、本地chip信号与接收信号匹配、频域搜索频偏、DDS补偿、相位补偿等功能，实现了对突发信号的频偏、频偏加速度和相位的快速补偿，大大提升了数字信号处理过程中载波同步所需的时间，使具备良好抗截获性能的突发信号能够适用于数据链系统，同时提高了系统对大频偏和高频偏加速度的适应能力。解决了现有技术不能实现突发信号的快速开环载波同步的问题，具有突出的实质性特点和显著的进步。
附图说明
图1是本发明其中一种具体实施例的处理流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域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，都属于本发明要求保护的范围。
如图1所示，一种多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法的具体实施例，包括平方去调制步骤、二维搜索频偏及加速度步骤、频偏及加速度补偿步骤和解调判读步骤，共同实现对突发数据链信号的快速载波同步，具体如下：
S1、平方去调制步骤
接收前端正交下变频处理后的信号，将数字信号I路和Q路组成的采样点进行复数平方计算。目的是通过平方去除包含在接收信号中的调制信息。
S2、二维搜索频偏及加速度步骤
接收平方去调制步骤处理后的数据，与本地带有不同频偏加速度的多组chip信号进行复数乘法计算，通常需三组以上，进行频域变换，将得到的频域值取模值。
然后分别在每一chip搜索支路取最大模值并取所有支路最大模值，该最大值所对应的chip支路加速度值即为多普勒加速度的估计值，该最大值对应的频域频点即为对多普勒频偏的估计值。需要说明的是，由于预先对信号进行了平方计算，所以此处的估计值应为实际值的2倍。
需要说明的是，本步骤中频域变换计算的时间可配置，典型频域变换时间为0.1ms、1ms、10ms等，该变换时间的选取与接收信号的信噪比有关，选取越长的频域变换时间，能够在越低的信噪比下工作。
需要说明的是，本步骤中的chip信号也可配置，典型chip信号的加速度参数为0Hz/s，±10Hz/s，±20Hz/s……±3000Hz/s等。
S3、频偏及加速度补偿步骤
接收二维搜索频偏及加速度步骤输出的多普勒频偏估计值和多普勒频偏加速度估计值，将该值除以2后注入本地载波发生器DDS，然后将本地产生的载波与输入信号相乘，得到去除多普勒频偏和多普勒频偏加速度后的信号。
S4、解调判读步骤
接收频偏及加速度补偿步骤补偿后的信号，根据前一段解调判读后的信号，去除信号中的调制数据，然后将I路和Q路进行累加并取共轭，得到相位补偿值。
对整段数据进行补偿，补偿后的数据进行解调判读，判读得到的后半段数据输出并预存，用作下一段接收信号的去除调制数据。
至此，实现了对突发数据链信号的快速开环载波同步。
需要说明的是，接收信号可为不同调制方式信号，典型信号为BPSK信号。且该信号的采样率决定了对多普勒频偏估计的范围，典型值为2倍符号速率、4倍符号速率等。
需要说明的是，平方去调制步骤、二维搜索频偏及加速度步骤、频偏及加速度补偿步骤、解调判读步骤可在通用计算机、可编程逻辑器件、CPU、GPU等通用计算平台中运行。
需要说明的是，平方去调制步骤、二维搜索频偏及加速度步骤、频偏及加速度补偿步骤、解调判读步骤可采用C语言、C++、Verilog、VHDL等多种语言进行逻辑实现。
本具体实施例所取得的有益技术效果是：
1、采用固定时间二维搜索的技术方案，避免了现有技术中常用的锁相环和锁频环锁定时间无法预计的缺点，搜索时间可按照系统预计信噪比做相应调整，实现针对不同系统的良好兼容性。
2、采用开环估计的技术方案，避免了常用的锁相环和锁频环的失锁恢复时间，实现了对突发信号的快读锁定和载波同步。
3、采用多普勒+多普勒加速度联合估计的技术方案，由于频域变换的宽度和Chip信号搜索的数量可按照实际情况调整，实现了同时适应大频偏和高频偏加速度的效果。
4、采用了预存本地chip信号的技术方案，预存数据可根据不同调制方式进行修改为不同调制方式的拓展预留了极大的可能性。
综上，本具体实施例通过平方去调制步骤、二维搜索频偏及加速度步骤、频偏及加速度补偿步骤、解调判读步骤四个步骤，集成了接收信号平方去除调制信息、本地chip信号与接收信号匹配、频域搜索频偏、DDS补偿、相位补偿等功能，实现了对突发信号的频偏、频偏加速度和相位的快速补偿，大大提升了数字信号处理过程中载波同步所需的时间，使具备良好抗截获性能的突发信号能够适用于数据链系统，同时提高了系统对大频偏和高频偏加速度的适应能力。
本具体实施例为数据链系统的抗截获性、机动适应性、网络鲁棒性的提升提供了有效地技术支持。解决了现有技术不能实现突发信号的快速开环载波同步的问题，具有突出的实质性特点和显著的进步。

Claims (9)

1.一种多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、平方去调制；
S2、二维搜索频偏及加速度；
S3、频偏及加速度补偿；
S4、解调判读。
2.根据权利要求1所述的一种多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法，其特征在于：所述平方去调制步骤包括：接收前端正交下变频处理后的信号，将数字信号I路和Q路组成的采样点进行复数平方计算。
3.根据权利要求2所述的一种多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法，其特征在于：所述二维搜索频偏及加速度步骤包括：接收平方去调制步骤处理后的数据，与本地带有不同频偏加速度的多组chip信号进行复数乘法计算，进行频域变换，将得到的频域值取模值；然后分别在每一chip搜索支路取最大模值并取所有支路最大模值，该最大值所对应的chip支路加速度值即为多普勒加速度的估计值，该最大值对应的频域频点即为对多普勒频偏的估计值。
4.根据权利要求3所述的一种多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法，其特征在于：所述二维搜索频偏及加速度步骤中，频域变换计算的时间可配置，频域变换时间优选配置为0.1ms、1ms、10ms。
5.根据权利要求3所述的一种多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法，其特征在于：所述二维搜索频偏及加速度步骤中，chip信号可配置，chip信号的加速度参数优选为±3000Hz/s范围内10Hz/s的整数倍。
6.根据权利要求3所述的一种多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法，其特征在于：所述频偏及加速度补偿步骤包括：接收二维搜索频偏及加速度步骤输出的多普勒频偏估计值和多普勒频偏加速度估计值，将该值除以2后注入本地载波发生器DDS，然后将本地产生的载波与输入信号相乘，得到去除多普勒频偏和多普勒频偏加速度后的信号。
7.根据权利要求4所述的一种多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法，其特征在于：所述解调判读步骤包括：接收频偏及加速度补偿步骤补偿后的信号，根据前一段解调判读后的信号，去除信号中的调制数据，然后将I路和Q路进行累加并取共轭，得到相位补偿值；对整段数据进行补偿，补偿后的数据进行解调判读，判读得到的后半段数据输出并预存，用作下一段接收信号的去除调制数据。
8.根据权利要求1～7其中任意一项权利要求所述的多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法，其特征在于：所述平方去调制、二维搜索频偏及加速度、频偏及加速度补偿和解调判读步骤可在通用计算机、可编程逻辑器件、CPU、GPU其中任意一种通用计算平台中运行。
9.根据权利要求1～7其中任意一项权利要求所述的多普勒频偏及多普勒频偏加速度联合估计方法，其特征在于：所述平方去调制、二维搜索频偏及加速度、频偏及加速度补偿和解调判读步骤可采用C语言、C++、Verilog、VHDL其中任意一种语言进行逻辑实现。
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