CN115296966A - 一种适用于高动态场景的多普勒码偏估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于高动态场景的多普勒码偏估计方法，涉及通信系统中的高动态同步技术领域。本发明包括低通滤波、采样率变换、定时误差估计、差值计算、码偏计算等步骤，可实现高动态场景下的多普勒码偏估计功能，为时钟频率补偿提供依据，解决了接收机在高动态时的同步难题。本发明适用于通信中任意速率的调相、调幅调相信号，且不需要导频等辅助信息，可对随机信号进行多普勒码偏盲估计，可适应任意多普勒大小，特别适用于通信系统的高动态场景。

Description

一种适用于高动态场景的多普勒码偏估计方法
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是指一种适用于高动态场景的多普勒码偏估计方法。
背景技术
随着我国航空航天技术的快速发展，低轨卫星、高速飞行器等高机动平台的应用越来越多，因此高动态场景下的通信测控技术也越来越受重视。由于高机动平台的轨道存在一定变化，运动方向和速度也一直在改变，要想快速完成时钟同步存在很大困难，因此需要预先对码偏进行估计和补偿，为后续时钟同步打下基础。目前对于高动态的分析，大多是只对多普勒频移进行了分析和计算，很少对码偏进行分析和估计。而且，现有的多普勒估计方法很多依赖于导频等辅助信息，不能在没有辅助信息的情况下进行盲估计。因此对多普勒码偏的盲估计的研究很有必要。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种适用于高动态场景的多普勒码偏估计方法。该方法既能高精度恢复数据，又可以恢复同步时钟，还不需要反馈调整。
本发明的目的是这样实现的：
一种适用于高动态场景的多普勒码偏估计方法，包括以下步骤：
(1)接收低通滤波后的零中频信号r(t)；
(2)将r(t)转换为4倍过采样数据r(k)；
(3)采用平方法对r(k)进行定时误差估计，估计长度为L个符号，每4*L个数据作为一段，每段数据输出一个定时误差t_error(i)；其中，L为整数；
(4)计算相邻两段数据的定时误差的差值t1：
t1(i)＝t_error(i+1)-t_error(i)
存储t1，存储长度为M；其中，M为整数，i为数据段的序号；
(5)对t1进行累加求和，再除以间隔的符号个数，得到每个符号的定时变化，即为归一化码偏：
Figure BDA0003775918070000021
其中，N为累加的段数，N取整数值。
进一步地，步骤(3)中，平方法定时误差估计的方式为：
Figure BDA0003775918070000022
其中，t_error(i)表示第i段数据的定时误差，tan-1(x)表示对x取反正切值。
进一步地，步骤(5)中N的确定方式为：
1)寻找非零的t1，记录其位置；
2)计算相邻非零值的位置差，即间隔几段数据，记录为Δk；
3)取Δk的最大值或者最小值或者均值作为N值；具体来说：
多普勒变化较小的场景，N取Δk的最大值；多普勒变化较大的场景，N取Δk的最小值；多普勒变化几乎为零的场景，N取Δk的均值；
N确定后，相邻两个非零t1所对应的数据，将其定时误差的变化按线性变化考虑，用误差值的变化除以间隔符号数，完成平均码偏的计算。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、本发明可工作在不同的高动态场景，可适应任意多普勒大小，不需要导频等辅助信息，可对信号进行多普勒码偏盲估计。
2、本发明能够适应多种调制方式，且能够工作于低信噪比的情况。
3、本发明采用纯数字方式实现，可嵌入其它任何数字模块中，便于工程应用。
附图说明
图1是本发明方法的流程图。
图2是步骤(5)码偏计算的流程图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种适用于高动态场景的多普勒码偏估计方法，包括以下步骤：
(1)接收低通滤波后的零中频信号r(t)；
(2)将r(t)转换为4倍过采样数据r(k)；
(3)采用平方法对r(k)进行定时误差估计，估计长度为L个符号。每4*L个数据作为一段，每段数据输出一个定时误差t_error(i)；其中，L为整数。
平方法定时误差估计的方式为：
Figure BDA0003775918070000031
其中，t_error(i)表示第i段数据的定时误差，tan-1(x)表示对x取反正切值。
(4)计算相邻两段数据的定时误差的差值t1，t1(i)＝t_error(i+1)-t_error(i)，并存储t1，存储长度为M；其中，M为整数；
(5)计算差值的均值。如图2所示，通过对t1的累加求和，再除以间隔的符号个数，得到每个符号的定时变化，即为归一化码偏；N为累加长度，即间隔的符号个数，N取整数值。
Figure BDA0003775918070000041
步骤(5)中N的确定方式为：
1)寻找非零的t1，记录其位置；
2)然后计算相邻非零值的位置差，即间隔几段数据，记录为Δk；
3)取Δk的最大值或者最小值或者均值作为N值。
多普勒变化较小的场景，N适合取Δk的最大值；多普勒变化较大的场景，N适合取Δk的最小值；多普勒变化几乎为零的场景，N适合取Δk的均值。
总之，本发明包括低通滤波、采样率变换、定时误差估计、差值计算、码偏计算等步骤，可实现高动态场景下的多普勒码偏估计功能，为时钟频率补偿提供依据，解决了接收机在高动态时的同步难题。本发明适用于通信中任意速率的调相、调幅调相信号，且不需要导频等辅助信息，可对随机信号进行多普勒码偏盲估计，可适应任意多普勒大小，特别适用于通信系统的高动态场景。
以上所述仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员根据本发明的技术方案及其发明构思作出的等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于高动态场景的多普勒码偏估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)接收低通滤波后的零中频信号r(t)；
(2)将r(t)转换为4倍过采样数据r(k)；
(3)采用平方法对r(k)进行定时误差估计，估计长度为L个符号，每4*L个数据作为一段，每段数据输出一个定时误差t_error(i)；其中，L为整数；
(4)计算相邻两段数据的定时误差的差值t1：
t1(i)＝t_error(i+1)-t_error(i)
存储t1，存储长度为M；其中，M为整数，i为数据段的序号；
(5)对t1进行累加求和，再除以间隔的符号个数，得到每个符号的定时变化，即为归一化码偏：
Figure FDA0003775918060000011
其中，N为累加的段数，N取整数值。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高动态场景的多普勒码偏估计方法，其特征在于，步骤(3)中，平方法定时误差估计的方式为：
Figure FDA0003775918060000012
其中，t_error(i)表示第i段数据的定时误差，tan-1(x)表示对x取反正切值。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高动态场景的多普勒码偏估计方法，其特征在于，步骤(5)中N的确定方式为：
1)寻找非零的t1，记录其位置；
2)计算相邻非零值的位置差，即间隔几段数据，记录为Δk；
3)取Δk的最大值或者最小值或者均值作为N值；具体来说：
多普勒变化较小的场景，N取Δk的最大值；多普勒变化较大的场景，N取Δk的最小值；多普勒变化几乎为零的场景，N取Δk的均值；
N确定后，相邻两个非零t1所对应的数据，将其定时误差的变化按线性变化考虑，用误差值的变化除以间隔符号数，完成平均码偏的计算。
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