基于奇数移动平滑算法的功率谱估计方法技术

一种基于奇数移动平滑算法的功率谱估计方法，主要解决受高斯白噪声影响时卫星导航信号功率谱估计不精确的问题，具体步骤包括：(1)获得基带卫星导航信号；(2)估计卫星导航信号的功率谱；(3)对功率谱幅值进行移动平滑处理；(4)计算理想功率谱幅值；(5)计算相关值；(6)确定移动平滑长度；(7)确定实测卫星导航信号的功率谱。本发明专利技术通过奇数移动平滑算法对Welch功率谱估计结果进行平滑处理，得到光滑的功率谱估计。该方法使用参数确定的Welch功率谱估计法，降低功率谱估计法的复杂度，满足在高斯白噪声信道条件下，对功率谱估计精度的要求。

Power spectrum estimation method based on odd number mobile smoothing algorithm

A power spectrum estimation method based on odd-numbered moving smoothing algorithm is proposed to solve the problem of inaccurate power spectrum estimation of satellite navigation signal affected by Gaussian white noise. The specific steps include: (1) obtaining baseband satellite navigation signal; (2) estimating the power spectrum of satellite navigation signal; (3) moving smoothing the power spectrum amplitude. (4) Calculating the ideal power spectrum amplitude; (5) Calculating the correlation value; (6) Determining the moving smoothing length; (7) Determining the power spectrum of the measured satellite navigation signal. The invention smoothes the Welch power spectrum estimation result by odd number moving smoothing algorithm, and obtains the smooth power spectrum estimation. This method uses Welch power spectrum estimation method with parameter determination to reduce the complexity of power spectrum estimation method and meet the requirement of power spectrum estimation accuracy under the condition of Gaussian white noise channel.

【技术实现步骤摘要】
基于奇数移动平滑算法的功率谱估计方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及通信信号处理领域中的一种基于奇数移动平滑算法的功率谱估计方法。本专利技术可用于高斯白噪声干扰条件下，对全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)导航信号的功率谱进行估计，降低功率谱估计的复杂性，减小实际监测GPS导航信号的功率谱曲线形状与理性功率谱曲线形状之间的差异。
技术介绍
在GPS导航系统中，GPS导航信号的完整性是用户端工作的基础，GPS导航信号质量的优劣，直接关系到卫星导航系统的性能及其定位的精准度。近年来，随着用户端环境复杂性和定位精度的提高，监测GPS导航信号质量的工作随之而来。GPS导航信号功率谱形状在受到白噪声干扰时发生畸变，可作为衡量GPS导航信号质量指标之一。中国科学院国家授时中心的卢晓春、周鸿伟在公开的论文“GNSS空间信号质量分析方法研究”(《中国科学》2010年第五期第40卷第528-533页)中提出采用Welch功率谱估计法对空间信号进行功率谱分析。该方法具体步骤：第一，首先对时域信号分段重叠；第二，对分段信号进行加窗处理；第三，对加窗后的分段信号进行傅立叶变换。但该方法仍然存在以下不足之处：第一，干扰条件下功率谱形状与无干扰条件下功率谱形状无明显差异；第二，Welch功率谱估计法参数选择需要考虑分段重叠、窗函数类型和傅立叶变换点数等综合因素的影响。哈尔滨工程大学申请的专利“一种去卷积功率谱估计方法”(申请号：201710502440，申请公布号：CN107315714A),该专利提供一种去卷积功率谱估计法。该方法步骤：第一，对时域数据样本进行预处理，对预处理后的数据样本进行功率谱估计；第二，利用去卷积算法对数据样本的功率谱与窗函数的功率谱进行去卷积运算；第三，选择合适的去卷积运算参数和迭代次数；第四，通过迭代收敛得到信号功率谱。该方法存在以下不足之处：第一，没有改变功率谱估计曲线的光滑性，且未考虑存在高斯白噪声干扰条件下，功率谱曲线形状的变化。
技术实现思路
本专利技术的目的对于上述已有技术的不足，提出一种基于奇数移动平滑算法的功率谱估计方法。实现本专利技术目地的思路是，将接收的二进制相移键控BPSK调制的卫星导航信号，依次经过获得基带卫星导航信号、估计卫星导航信号的功率谱、对功率谱幅值进行移动平滑处理、计算理想功率谱幅值、计算相关值、确定移动平滑长度、确定实测卫星导航信号的功率谱。本专利技术具体步骤如下：(1)获得基带卫星导航信号：(1a)对接收的二进制相移键控BPSK调制的卫星导航信号进行下变频，得到二进制相移键控BPSK调制的基带卫星导航信号；(1b)将二进制相移键控BPSK调制的基带卫星导航信号进行上采样，获得二进制相移键控BPSK调制的基带数字卫星导航信号；(2)估计卫星导航信号的功率谱：(2a)每间隔1023个点取二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的2046个点作为一个分段信号，获得二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的分段信号；(2b)将二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的分段信号进行加汉宁窗处理，获得加窗后的二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号；(2c)将加窗后的二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号进行4096点快速傅里叶变换处理，获得二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号的复数序列；(2d)对二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号的复数序列进行取模求平方，获得二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号的功率谱；(2e)将二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号的功率谱叠加求平均，获二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的功率谱；(3)对功率谱幅值进行移动平滑处理：(3a)将第1个到第N个的二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值的平均值，作为第个移动平滑后功率谱幅值，其中，N表示二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值的序号，其值为在[1,2046]范围内随机选取的一个奇数，M表示移动平滑后的二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值的序号，其值与二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值的个数相等；(3b)将第2个到第N+1个二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值的平均值，作为移动平滑后第个二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值；(3c)判断是否功率谱幅值移动到第L-N个，若是，则执行步骤(3e)，否则，执行步骤(3d)；(3d)将二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值向后移动1个，计算第3个到第N+2个二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值的平均值,作为移动平滑后第个二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值；(3e)将功率谱幅值，作为移动平滑后的二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值；(4)计算理想功率谱幅值：(4a)利用功率谱密度公式，计算二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的功率谱幅值，得到二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的理想功率谱幅值；(5)计算相关值：(5a)利用积差相关公式，计算移动平滑后的二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的功率谱幅值与理想功率谱幅值的相关值；(6)确定移动平滑长度：(6a)判断相关值是否大于0.9，若是，则执行步骤(6b)，否则，执行步骤(6c)；(6b)记录移动平滑长度为93；(6c)输出相关值小于0.9；(7)确定实测卫星导航信号的功率谱；(7a)对接收的卫星导航信号，进行下变频处理，得到基带卫星导航信号；(7b)对基带卫星导航信号，进行上采样处理，得到基带数字卫星导航信号；(7c)对基带数字卫星导航信号，进行傅里叶变换，得到基带数字卫星导航信号的复数序列；(7d)对复数序列进行93点的移动平滑处理，得到平滑后的复数序列；(7e)对平滑后的复数序列进行取模求平方操作，得到实测信号功率谱。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：第一，由于专利技术采用移动平滑算法对功率谱估计结果进行移动平滑处理，克服了现有技术去卷积功率谱估计方法中，未改变功率谱估计曲线光滑性的问题，使得本专利技术的估计结果具有更加平滑的功率谱的优点。第二，由于专利技术对信号分段加汉宁窗处理，对窗处理后的分段信号进行4096点的傅立叶变换，克服了现有技术Welch功率谱估计算法中，参数选择复杂的问题，使得本专利技术的具有更加简单的功率谱估计方法的优点。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术的仿真图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的描述。参照图1，对本专利技术的实现步骤做进一步描述。步骤1，获得基带卫星导航信号。对接收的二进制相移键控BPSK调制的卫星导航信号进行下变频，得到二进制相移键控BPSK调制的基带卫星导航信号。按照下式，计算接收的二进制相移键控BPSK调制的卫星导航信号：其中，s(t)表示在任意时刻接收一段时间长度为t的二进制相移键控BPSK调制的卫星导航信号，M(t)表示一段时间长度为t基带卫星导航信号，e表示自然常数，j表示虚数单位符号，π表示圆周本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于奇数移动平滑算法的功率谱估计方法，其特征在于，采用奇数移动平滑算法对Welch功率谱估计结果进行移动平滑处理，分别计算功率谱幅值、理想功率谱幅值及两者的相关值，确定最优移动平滑长度，采用最优平滑长度确定实测卫星导航信号功率谱，该方法的具体步骤包括如下：(1)获得基带卫星导航信号：(1a)对接收的二进制相移键控BPSK调制的卫星导航信号进行下变频，得到二进制相移键控BPSK调制的基带卫星导航信号；(1b)将二进制相移键控BPSK调制的基带卫星导航信号进行上采样，获得二进制相移键控BPSK调制的基带数字卫星导航信号；(2)估计卫星导航信号的功率谱：(2a)每间隔1023个点取二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的2046个点作为一个分段信号，获得二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的分段信号；(2b)将二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的分段信号进行加汉宁窗处理，获得加窗后的二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号；(2c)将加窗后的二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号进行4096点快速傅里叶变换处理，获得二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号的复数序列；(2d)对二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号的复数序列进行取模求平方，获得二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号的功率谱；(2e)将二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号的功率谱叠加求平均，获二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的功率谱；(3)对功率谱幅值进行移动平滑处理：(3a)将第1个到第N个的二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值的平均值，作为第...

【技术特征摘要】
1.一种基于奇数移动平滑算法的功率谱估计方法，其特征在于，采用奇数移动平滑算法对Welch功率谱估计结果进行移动平滑处理，分别计算功率谱幅值、理想功率谱幅值及两者的相关值，确定最优移动平滑长度，采用最优平滑长度确定实测卫星导航信号功率谱，该方法的具体步骤包括如下：(1)获得基带卫星导航信号：(1a)对接收的二进制相移键控BPSK调制的卫星导航信号进行下变频，得到二进制相移键控BPSK调制的基带卫星导航信号；(1b)将二进制相移键控BPSK调制的基带卫星导航信号进行上采样，获得二进制相移键控BPSK调制的基带数字卫星导航信号；(2)估计卫星导航信号的功率谱：(2a)每间隔1023个点取二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的2046个点作为一个分段信号，获得二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的分段信号；(2b)将二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的分段信号进行加汉宁窗处理，获得加窗后的二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号；(2c)将加窗后的二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号进行4096点快速傅里叶变换处理，获得二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号的复数序列；(2d)对二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号的复数序列进行取模求平方，获得二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号的功率谱；(2e)将二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号的功率谱叠加求平均，获二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的功率谱；(3)对功率谱幅值进行移动平滑处理：(3a)将第1个到第N个的二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值的平均值，作为第个移动平滑后功率谱幅值，其中，N表示二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值的序号，其值为在[1,2046]范围内随机选取的一个奇数，M表示移动平滑后的二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值的序号，其值与二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值的个数相等；(3b)将第2个到第N+1个二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值的平均值，作为移动平滑后第个二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值；(3c)判断是否功率谱幅值移动到第L-N个，若是，则执行步骤(3e)，否则，执行步骤(3d)；(3d)将二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值向后移动1个，计算第3个到第N+2个二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值的平均值,作为移动平滑后第个二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值；(3e)将功率谱幅值，作为移动平滑后的二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号功率谱幅值；(4)计算理想功率谱幅值：(4a)利用功率谱密度公式，计算二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的功率谱幅值，得到二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的理想功率谱幅值；(5)计算相关值：(5a)利用积差相关公式，计算移动平滑后的二进制相...

【专利技术属性】
技术研发人员：田斌，付娟，袁芳，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61