一种低信噪比高动态环境下载波同步的方法技术

本发明专利技术一种低信噪比高动态环境下载波同步的方法，具体步骤为：步骤一、在基带等效信号中，忽略由通信载体相对运动产生的载波附加相位函数中的频率二阶导数项，计算初始采样时刻所对应的频率估计值和调频率估计值将基带等效信号向后滑动Q点，计算采集第Q个采样点时刻所对应的频率估计值和调频率估计值步骤二、利用获得的估计值计算频率二阶导数项步骤三、利用所得参数和实现载波同步。本发明专利技术通过忽略频率二阶导数项，将NLFM信号参数估计转换为对LFM信号参数估计，然后再考虑频率二阶导数项的影响，从而使得本发明专利技术通过能够对载波的初始频偏以及频率一阶导数、二阶导数进行估计且估计准确性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低信噪比高动态环境下载波同步的方法，属于数字通信中的参数估计领域。
技术介绍
对于卫星、导弹等高速运动载体之间的通信，即在高动态环境下，存在由载体高速运动产生的强烈多普勒效应。大多普勒效应导致载波不仅存在初始频偏，还存在频率一阶甚至更高阶变化率，这就给载波参数估计带来了严峻的挑战；特别是在某些传输功率受限或传输距离较远的低接收信噪比应用场合，这一问题则显得更为尖锐。关于载波参数估计问题，目前的研究成果主要有对线性调频LFM(Linear Frequency Modulation)信号进行载波参数估计的研究，利用时频分析工具处理非线性调频NLFM(Non-Li near Frequency Modulation)信号参数估计问题。现有的研究成果只有极少涉及NLFM信号参数估计问题，更少有研究低信噪比高动态环境下NLFM信号参数估计问题的成果，且当前研究的低信噪比高动态环境下NLFM信号参数估计多数存在算法复杂度高，不易工程实现的问题。由于载波参数估计是实现载波同步的前提，因此在低信噪比高动态环境下载波的准确同步变得难以实现。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有载波参数估计技术不适用于低信噪比高动态环境、运算复杂度高的问题，提出一种适用于低信噪比高动态环境下载波同步的方法，该方法具有原理简单、所需运算量低等特点，且能够在低信噪比高动态环境中稳定工作。实现本专利技术的技术方案如下：一种低信噪比高动态环境下载波同步的方法，具体步骤为：步骤一、在基带等效信号中，忽略由通信载体相对运动产生的载波附加相位函数中的频率二阶导数项，计算初始采样时刻所对应的频率估计值和调频率估计值将基带等效信号向后滑动Q点，计算采集第Q个采样点时刻所对应的频率估计值和调频率估计值步骤二、利用步骤一获得的估计值计算频率二阶导数项其中，T为采样周期；步骤三、利用所得参数和实现载波同步。进一步地，本专利技术所述步骤一的具体过程为：步骤101、在基带等效信号r(n)中，忽略由通信载体相对运动产生的载波附加相位函数中的频率二阶导数项，然后截取基带等效信号r(n)的前L点；步骤102、在调频率范围[-A，A]内，以步进Δ0逐一对截取的前L点信号作调频率消去，得到信号rm(n)；rm(n)=r(n)exp(-j12·2π·m·Δ0·(nT)2)m=0,±1,...,±M,n=0,1,2,...,L-1]]>其中，round表示四舍五入取整运算；步骤103、对信号rm(n)作L点傅里叶FFT变换，得其幅频响应|Rm(k)|；步骤104、对幅频响应|Rm(k)|按变量k求峰均比，得到比值PMRm；步骤105、从所得到的2M+1个比值PMRm中选取最大值记为PMRmax，并将PMRmax对应的m值记为m0，将的峰值谱线位置记为k0，计算第一级频率估计值f0est0=k0LT]]>和调频率估计值f1est0=m0Δ0;]]>步骤106、根据计算得到的和对信号r(n)作频谱搬移，得到信号r1(n)，步骤107、对信号r1(n)作抗混叠低通滤波得到信号r2(n)，然后对r2(n)作N倍降采样，得到信号r3(pT1)，T1=NT；步骤108、在残余调频率范围[-Δ0，Δ0]内，以Δ1为步进，对信号r3(pT1)的前L/N个点按照步骤102至步骤105的方式执行，计算第二级频率估计值f0est1=k1(L/N)(TN)=k1LT]]>和调频率估计值f1est1=m1Δ1;]]>步骤109、将第一、二级频率估计值和调频率估计值叠加，计算初始采样时刻的频率估计值和调频率估计值f0est(0)=f0est0+f0est1=k0LT+k1LT---(9)]]>f1est(0)=f1est0+f1est1=m0Δ0+m1Δ1]]>步骤110、将信号r(n)向后滑动Q点后，再连续截取L点，并按照步骤102至步骤109的方式执行，计算得到n=Q时刻的频率估计值和调频率估计值有益效果本专利技术提出的低信噪比高动态环境下载波同步的方法的优点为：第一，本专利技术通过忽略频率二阶导数项，将NLFM信号参数估计转换为对LFM信号参数估计，然后再考虑频率二阶导数项的影响，从而使得本专利技术通过能够对载波的初始频偏以及频率一阶导数、二阶导数进行估计且估计准确性高，且本专利技术能够在低信噪比、高动态的环境下稳定工作，可靠性高。第二，本方法采用两级调频率逼近的方法，相比于直接调频率逼近法能够有效降低所需计算量计算复杂度低，节省硬件资源，易于硬件实现，具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术作FFT变换后的示意图；图3为本专利技术作峰均比的示意图；图4为本专利技术进行Q点滑动后的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实例对本专利技术作进一步说明。高动态环境产生的复杂多普勒效应主要影响通信系统的载波同步模块，为了降低多普勒效应的影响，通常需要进行参数估计，利用估计的参数进行快速载波同步。当前，载波参数估计往往在数据帧辅助数据部分加入一段导频，用于辅助接收端快速完成载波同步，该导频序列通常为一段无数据交替变化的常序列，例如可以全为1的序列，s(n)=1 n=0，1，2，...，P-1             (1)其中，P为导频序列的长度。导频序列s(n)在发射端经上变频等处理后进入高动态加性高斯白噪声信道，再传播至接收端经下变频、滤波等处理后得到的基带等效信号模型可表示为r(n)，r(n)=As(n)exp[jθ(n)]+z(n)=Aexp[jθ(n)]+z(n),n=0,1,2,...,P-1---(2)]]>其中，A为接收信号幅度，z(n)为加性高斯白噪声，θ(n)为由通信载体相对运动产生的载波附加相位函数，可用多项式函数近似表示为：式(3)为忽略频率三阶及以上导数后载波相位函数的近似表达式，为接收信号初始相偏，f0为接收信号初始频偏，f1、f2分别为频率一、二阶导数，T为采样周期。在一般工作环境中，载波参数估计通常只需进行频偏估计即可满足系统要求，而高动态环境下的通信，不仅需要估计频偏，还需视情况对频率各阶导数进行估计。为了能够在高动态低信噪比环境中实现可靠通信，本专利技术估计载波初始频偏及其一、二阶导数共三个参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低信噪比高动态环境下载波同步的方法，其特征在于，具体步骤为：步骤一、在基带等效信号r(n)中，忽略由通信载体相对运动产生的载波附加相位函数中的频率二阶导数项，计算初始采样时刻所对应的频率估计值和调频率估计值将基带等效信号向后滑动Q点，计算采集第Q个采样点时刻所对应的频率估计值和调频率估计值步骤二、利用步骤一获得的估计值计算频率二阶导数项f^2=f1est(Q)-f1est(0)QT]]>其中，T为采样周期；步骤三、利用所得参数和实现载波同步。

【技术特征摘要】
1.一种低信噪比高动态环境下载波同步的方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤一、在基带等效信号r(n)中，忽略由通信载体相对运动产生的载波附
加相位函数中的频率二阶导数项，计算初始采样时刻所对应的频率估计值和调频率估计值将基带等效信号向后滑动Q点，计算采集第Q个采样点
时刻所对应的频率估计值和调频率估计值步骤二、利用步骤一获得的估计值计算频率二阶导数项f^2=f1est(Q)-f1est(0)QT]]>其中，T为采样周期；
步骤三、利用所得参数和实现载波同步。
2.根据权利要求1所述低信噪比高动态环境下载波同步的方法，其特征在
于，所述步骤一的具体过程为：
步骤101、在基带等效信号r(n)中，忽略由通信载体相对运动产生的载波
附加相位函数中的频率二阶导数项，然后截取基带等效信号r(n)的前L点；
步骤102、在调频率范围[-A，A]内，以步进Δ0逐一对截取的信号作调频率消
去，得到信号rm(n)；
rm(n)=r(n)exp(-j12·2π·m·Δ0·(nT)2)m=0,±1,...,±M,n=0,1,2,...,L-1]]>其中，round表示四舍五入取整运算；
步骤103、对信号rm(n)作L点傅里叶FFT变换，得其幅频响应|Rm(k)|...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爱华，崔诵祺，曹宝龙，安建平，卜祥元，徐晓贝，张飞，王卓，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11