CN114189417B - 载波频率同步方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种载波频率同步方法、装置、计算机设备和存储介质，所述方法包括：获取当前同步周期的目标解调信号；根据目标解调信号计算出频差相对值；对频差相对值进行环路滤波，得到目标频差；根据目标频差对接收到的载波信号进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号；本发明根据当前同步周期中的解调信号计算出当前目标频差，再根据当前目标频差反馈调节下一个同步周期的载波信号，从而实现对接收到的载波信号进行频率补偿，本发明计算方法简单、计算量小和处理时间短，并且通过当前同步周期中的目标频差对下一个同步周期的载波信号进行循环调节，提高了载波频率同步的精度，满足了对信号调制的实时性需求。

Description

载波频率同步方法、装置、计算机设备和存储介质
技术领域
本发明涉及信号调制技术领域，具体涉及一种载波频率同步方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
PCM/FM是国际上常用的一种遥测调制方式，是一种连续相位调制，由于其对频率敏感，对相位不敏感的特点，很容易受到收、发端载波频差以及收、发端相对运动带来的多普勒频移的影响；因此，在接收端进行载波频率同步是必不可少的重要环节。
传统的载波频率同步方法通常使用快速傅里叶变换鉴频来进行反馈调节载波频率，存在处理过程复杂、计算量大和处理时间长的问题，不满足对信号调制的实时性需求。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供的载波频率同步方法、装置、计算机设备和存储介质，解决了现有技术中载波频率同步方法处理过程复杂、计算量大和处理时间长的问题，本发明计算目标频差的方法简单、计算量小和处理时间短，并且通过当前同步周期中的目标频差对下一个同步周期的载波信号进行循环调节，提高了载波频率同步的精度，满足了对信号调制的实时性需求。
第一方面，本发明提供一种载波频率同步方法，所述方法包括：获取当前同步周期的目标解调信号；根据所述目标解调信号，计算出频差相对值；对所述频差相对值进行环路滤波，得到目标频差；根据所述目标频差对接收端进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号。
可选地，获取当前同步周期的目标解调信号，包括：对当前同步周期接收到的载波信号进行解调，得到当前解调信号；对所述当前解调信号进行幅值调整，得到目标解调信号。
可选地，对所述当前解调信号进行幅值调整包括：判断所述当前解调信号中每个采样点值是否大于第一预设幅值或小于第二预设幅值；若所述当前解调信号中的当前采样点值大于所述第一预设幅值时，将所述当前采样点值修改成所述第一预设幅值；若所述当前解调信号中的当前采样点值小于所述第二预设幅值，将所述当前采样点值修改成所述第二预设幅值；若所述当前解调信号中的当前采样点值小于所述第一预设幅值且大于所述第二预设幅值时，所述当前采样点值不做修改。
可选地，根据所述目标解调信号，计算出频差相对值，包括：获取所述目标解调信号中的最大采样值和最小采样值；根据所述最大采样值和所述最小采样值，计算出所述频差相对值。
可选地，对所述频差相对值进行环路滤波，得到目标频差，包括：获取所述频差相对值与所述环路滤波的第一参数的乘积，得到第一预处理值；根据所述第一预处理值与目标预处理值的和，得到第一滤波值；获取所述频差相对值与所述环路滤波的第二参数的乘积，得到第二预处理值；根据所述第一滤波值和所述第二预处理值的差，得到第二滤波值；根据所述第二滤波值与目标滤波值的和，得到所述目标频差；其中，所述目标预处理值为上一个频差相对值与所述环路滤波的第一参数的乘积，所述目标滤波值为上一个第一滤波值和上一个第二预处理值的差。
可选地，根据所述目标频差对接收端进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号，包括：根据所述目标频差和接收端的初始中频频率字，得到实际中频频率字；所述接收端根据所述实际中频频率字对中频信号进行接收，得到下一个同步周期的目标载波信号。
可选地，在根据所述目标频差对接收端进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号之后，所述方法还包括：将所述目标载波信号进行信号分解，得到本地载波信号和正交载波信号；将所述本地载波信号和所述正交载波信号分别进行低通滤波，得到第一滤波信号和第二滤波信号；将所述第一滤波信号和所述第二滤波信号进行差积解调，得到与所述目标载波信号相对应的目标解调信号。
第二方面，本发明提供一种载波频率同步装置，所述装置包括：解调信号获取模块，用于获取当前同步周期的目标解调信号；频差相对值计算模块，用于根据所述目标解调信号，计算出频差相对值；环路滤波模块，用于对所述频差相对值进行环路滤波，得到目标频差；频率调节模块，用于根据所述目标频差对接收端进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，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，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：获取当前同步周期的目标解调信号；根据所述目标解调信号，计算出频差相对值；对所述频差相对值进行环路滤波，得到目标频差；根据所述目标频差对接收端进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号。
第四方面，本发明提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取当前同步周期的目标解调信号；根据所述目标解调信号，计算出频差相对值；对所述频差相对值进行环路滤波，得到目标频差；根据所述目标频差对接收端进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明根据当前同步周期中的解调信号计算出当前目标频差，再根据当前目标频差反馈调节下一个同步周期的载波信号，从而实现对接收到的载波信号进行频率补偿，达到抑制载波频偏的目的；本发明计算目标频差的方法简单、计算量小和处理时间短，并且通过当前同步周期中的目标频差对下一个同步周期的载波信号进行循环调节，提高了载波频率同步的精度，满足了对信号调制的实时性需求。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的一种载波频率同步方法的流程示意图；
图2所示为本发明实施例提供的一种计算频差相对值的流程示意图；
图3所示为本发明实施例提供的另一种计算频差相对值的流程示意图；
图4所示为图1中步骤S103的具体流程示意图；
图5所示为本发明实施例提供的一种计算目标频差的流程示意图；
图6所示为本发明实施例提供的一种反馈调节载波频率的流程示意图；
图7所示为本发明实施例提供的一种载波频率同步后的解调信号示意图；
图8所示为本发明实施例提供的一种载波频率同步装置的结构示意图；
图9所示为本发明实施例提供的一种载波频率同步前的解调信号示意图；
图10所示为本发明实施例提供的一种反馈调节频率示意图；
图11所示为本发明实施例提供的一种载波同步误码性能对比示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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。
图1所示为本发明实施例提供的一种载波频率同步方法的流程示意图；如图1所示，所述载波频率同步方法具体包括以下步骤：
步骤S101，获取当前同步周期的目标解调信号。
在本实施例中，获取当前同步周期的目标解调信号，包括：对当前同步周期接收到的载波信号进行解调，得到当前解调信号；对所述当前解调信号进行幅值调整，得到目标解调信号。
在本实施例中，对所述当前解调信号进行幅值调整包括：判断所述当前解调信号中每个采样点值是否大于第一预设幅值或小于第二预设幅值；若所述当前解调信号中的当前采样点值大于所述第一预设幅值时，将所述当前采样点值修改成所述第一预设幅值；若所述当前解调信号中的当前采样点值小于所述第二预设幅值，将所述当前采样点值修改成所述第二预设幅值；若所述当前解调信号中的当前采样点值小于所述第一预设幅值且大于所述第二预设幅值时，所述当前采样点值不做修改。
需要说明的是，为了减小反馈频率调整时相位突变带来的影响，本实施例将解调的基带波形进行限幅处理；其中限幅处理是对匹配滤波后的解调波形，量化出无频率偏差时，幅值的最大值为第一预设幅值A_MAX，而将第一预设幅值A_MAX的负数作为第二预设幅值-A_MAX；以此第一预设幅值和第二预设幅值判断依据，匹配滤波后的解调波形样点值，若大于A_MAX则输出A_MAX，若小于-A_MAX则输出-A_MAX，否则，原值输出。
步骤S102，根据所述目标解调信号，计算出频差相对值。
在本实施例中，根据所述目标解调信号，计算出频差相对值，包括：获取所述目标解调信号中的最大采样值和最小采样值；根据所述最大采样值和所述最小采样值，计算出所述频差相对值。
需要说明的是，计算频差相对值的具体流程如图2所示，在幅值大于0的样点中比较N个样点，找出最大采样值并将结果存入D_MAX；同时，在小于0的样点中比较N个样点，找出最小采样值并将结果存入D_MIN；将缓存结果的最大采样值D_MAX和最小采样值D_MIN相加，得到频率偏差相对值。
为了减小单次计算的误差，如图3所示，本实施例可以将连续M次的频率偏差相对值进行累加结果存入EP，并将所述EP作为最后计算出的频差相对值。
步骤S103，对所述频差相对值进行环路滤波，得到目标频差。
在本实施例中，如图4所示，对所述频差相对值进行环路滤波得到目标频差具体包括以下步骤：
步骤S201，获取所述频差相对值与所述环路滤波的第一参数的乘积，得到第一预处理值；
步骤S202，根据所述第一预处理值与目标预处理值的和，得到第一滤波值；
步骤S203，获取所述频差相对值与所述环路滤波的第二参数的乘积，得到第二预处理值；
步骤S204，根据所述第一滤波值和所述第二预处理值的差，得到第二滤波值；
步骤S205，根据所述第二滤波值与目标滤波值的和，得到所述目标频差；
其中，所述目标预处理值为上一个频差相对值与所述环路滤波的第一参数的乘积，所述目标滤波值为上一个第一滤波值和上一个第二预处理值的差。
需要说明的是，将目标频差进入二阶环路滤波器，如图5所示，环路滤波器包括决定频率调节快慢的第一参数C1和决定载波频率锁定后频率抖动大小的第二参数C2。
在本实施例中，将频差相对值EP与C1相乘的结果缓存，并与上一次的目标预处理值结果相加，所得结果再减去EP与C2相乘的结果，从而得到第二滤波值；将所述第二滤波值与上一次第二滤波值相加，得到目标频差VP。
步骤S104，根据所述目标频差对接收端进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号。
在本实施例中，根据所述目标频差对接收端进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号，包括：根据所述目标频差和接收端的初始中频频率字，得到实际中频频率字；所述接收端根据所述实际中频频率字对中频信号进行接收，得到下一个同步周期的目标载波信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明根据当前同步周期中的解调信号计算出当前目标频差，再根据当前目标频差反馈调节下一个同步周期的载波信号，从而实现对接收到的载波信号进行频率补偿，达到抑制载波频偏的目的；本发明计算目标频差的方法简单、计算量小和处理时间短，并且通过当前同步周期中的目标频差对下一个同步周期的载波信号进行循环调节，提高了载波频率同步的精度，满足了对信号调制的实时性需求。
在本发明的另一个实施例中，在根据所述目标频差对接收端进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号之后，所述方法还包括：将所述目标载波信号进行信号分解，得到本地载波信号和正交载波信号；将所述本地载波信号和所述正交载波信号分别进行低通滤波，得到第一滤波信号和第二滤波信号；将所述第一滤波信号和所述第二滤波信号进行差积解调，得到与所述目标载波信号相对应的目标解调信号。
如图6所示，目标频差VP输入到本地NCO模块，与初始中频频率字Fc相加，得到实际中频频率字；将实际中频频率字输入DDS模块，输出调节后的本地NCO信号，所述本地NCO信号包括本地载波信号SIN和正交载波信号COS，本地NCO与接收中频信号经过混频、低通滤波、差积解调等处理后，得到频率纠正后的解调波形，其中频率同步后的解调波形如图7所示。
图8所示为本发明实施例提供的一种载波频率同步装置的结构框图；如图8所示，所述载波频率同步装置包括：
解调信号获取模块110，用于获取当前同步周期的目标解调信号；
频差相对值计算模块120，用于根据所述目标解调信号，计算出频差相对值；
环路滤波模块130，用于对所述频差相对值进行环路滤波，得到目标频差；
频率调节模块140，用于根据所述目标频差对接收端进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号。
需要说明的是，本发明解决了遥测接收系统中，由多普勒频移带来的影响；结合图7和图9对比可知，本实施例的载波频率同步功能可有效的将解调波形的中心值调节到0值上，有利于后续位同步对码元中心位置的判断。结合图10可知，本实施例的载波频率同步锁定较快，适用于载波频率快速变化的环境中；结合图11可知，加入本实施例的载波频率同步功能对遥测接收系统的误码性能有显著的提升。
在本发明的另一个实施例中，提供一种计算机设备，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，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：获取当前同步周期的目标解调信号；根据所述目标解调信号，计算出频差相对值；对所述频差相对值进行环路滤波，得到目标频差；根据所述目标频差对接收端进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号。
在本发明的又一个实施例中，提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取当前同步周期的目标解调信号；根据所述目标解调信号，计算出频差相对值；对所述频差相对值进行环路滤波，得到目标频差；根据所述目标频差对接收端进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (5)

1.一种载波频率同步方法，其特征在于，所述方法包括：
获取当前同步周期的目标解调信号，包括：对当前同步周期接收到的载波信号进行解调，得到当前解调信号；对所述当前解调信号进行幅值调整，得到目标解调信号；其中，对所述当前解调信号进行幅值调整包括：判断所述当前解调信号中每个采样点值是否大于第一预设幅值或小于第二预设幅值；若所述当前解调信号中的当前采样点值大于所述第一预设幅值时，将所述当前采样点值修改成所述第一预设幅值；若所述当前解调信号中的当前采样点值小于所述第二预设幅值，将所述当前采样点值修改成所述第二预设幅值；若所述当前解调信号中的当前采样点值小于所述第一预设幅值且大于所述第二预设幅值时，所述当前采样点值不做修改；
根据所述目标解调信号，计算出频差相对值，包括：获取所述目标解调信号中的最大采样值和最小采样值；根据所述最大采样值和所述最小采样值，计算出所述频差相对值；
对所述频差相对值进行环路滤波，得到目标频差，包括：获取所述频差相对值与环路滤波的第一参数的乘积，得到第一预处理值；根据所述第一预处理值与目标预处理值的和，得到第一滤波值；获取所述频差相对值与环路滤波的第二参数的乘积，得到第二预处理值；根据所述第一滤波值和所述第二预处理值的差，得到第二滤波值；根据所述第二滤波值与目标滤波值的和，得到所述目标频差；其中，所述目标预处理值为上一个频差相对值与所述环路滤波的第一参数的乘积，所述目标滤波值为上一个第一滤波值和上一个第二预处理值的差；
根据所述目标频差对接收端进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号，包括：根据所述目标频差和接收端的初始中频频率字，得到实际中频频率字；所述接收端根据所述实际中频频率字对中频信号进行接收，得到下一个同步周期的目标载波信号。
2.如权利要求1所述的载波频率同步方法，其特征在于，在根据所述目标频差对接收端进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号之后，所述方法还包括：
将所述目标载波信号进行信号分解，得到本地载波信号和正交载波信号；
将所述本地载波信号和所述正交载波信号分别进行低通滤波，得到第一滤波信号和第二滤波信号；
将所述第一滤波信号和所述第二滤波信号进行差积解调，得到与所述目标载波信号相对应的目标解调信号。
3.一种实现权利要求1或2所述的载波频率同步方法的载波频率同步装置，其特征在于，所述装置包括：
解调信号获取模块，用于获取当前同步周期的目标解调信号；
频差相对值计算模块，用于根据所述目标解调信号，计算出频差相对值；
环路滤波模块，用于对所述频差相对值进行环路滤波，得到目标频差；
频率调节模块，用于根据所述目标频差对接收端进行频率调节，得到下一个同步周期的目标载波信号。
4.一种计算机设备，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，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1或2所述方法的步骤。
5.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1或2所述方法的步骤。
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