一种适用于任意调制度的FM、PM信号载波捕获方法技术

本发明专利技术提供了一种适用于任意调制度的FM、PM信号载波捕获方法，该方法首先对输入的数字基带信号进行降采样滤波，得到降采样后的数字基带信号；然后将该数字基带信号分别与多组设定的本地载波进行混频，实现基带信号的频谱搬移；再对每个频谱搬移支路信号进行FFT变换，计算各谱线的功率并分区搜索谱线峰值，存储搜索结果；完成若干次搜索后再进行频点验证，排除噪声干扰，得到真实信号谱线；最后对得到的真实信号谱线进行对称性判决，确定捕获结果。该方法通过频谱搬移提高频率分辨率，并对整个捕获范围按频率进行分区搜索峰值，通过多次捕获统计找出真实信号，可在低信噪比的环境下实现微弱信号的搜索，适用于任意调制度的FM、PM信号载波捕获。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测控系统载波捕获
，特别涉及一种适用于任意调制度的FM、PM信号载波捕获方法。
技术介绍
整星测试中，通常使用Cortex基带处理机完成对卫星遥测信号和测距信号的接收解调。在实际测试过程，Cortex的稳定性不尽如人意，时常会出现无法正常启动、自校异常开环等问题，且长时间开机后测量数据不准确，需进行关机冷却，很大程度上影响了测试的自动化水平，降低测试效率、影响整星测试进度；另一方面，Cortex造价昂贵，不利于地面设备成本控制。因此，亟需一种“可靠，安全，实用，稳定”的替代方案，以满足跟踪子系统测试要求。在微波测控系统中，遥测或遥控信号与测距信号叠加后以调相(PM)或调频(FM)的方式对载波进行调制。为恢复原始信号，接收机需要对接收信号进行载波捕获，传统的FFT捕获算法收调相或调频的调制指数影响，调制指数较大时，在接收信号频谱内主载波功率低于副载波功率，此时传统方法通过搜索频谱峰值确定载波频率，会导致载波误捕。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于任意调制度的FM、PM信号载波捕获方法，该方法通过频谱搬移提高频率分辨率，并对整个捕获范围按频率进行分区搜索峰值，通过多次捕获统计找出真实信号，可在低信噪比的环境下实现微弱信号的搜索，适用于任意调制度的FM、PM信号载波捕获。本专利技术的上述目的通过以下方案实现：一种适用于任意调制度的FM、PM信号载波捕获方法，包括以下步骤：(1)、对输入的数字基带数据进行降采样和滤波，得到采样率为FD的数字基带信号；(2)、将降采样后的数字基带信号输入到M个频谱搬移支路，采用M个本地载波分别对每个支路中的数字基带信号进行混频，得到M路频谱搬移信号；M为整数；(3)、分别对M路频谱搬移信号进行N点FFT变换，并计算所述FFT变换结果中每个频点的能量，记录MN个频点的能量和频率；N为整数；(4)、将步骤(3)得到的MN个频点按照频率降序排列，并将排序后的MN个频点均匀划分为Z个频率区，每个频率区内包括L个频点；然后在每个频率区内进行频点能量峰值搜索，保留能量降序排列中的前P个频点，记录所述P个频点的能量和频率值；Z、L和P均为设定的整数；(5)、重新获取N点数字基带数据，重复步骤(1)～(4)，得到另一组频点能量峰值搜索结果；在进行V次频点能量峰值搜索后，得到V组频点能量峰值搜索结果，其中：在第z个频率区内，第v次搜索得到的第p个频点的频率为F′(v,p,z)，且能量为E′(v,p,z)，v＝1、2、...、V，p＝1、2、...、P，z＝1、2、...、Z；V为设定的整数；(6)、对Z个频率区内的V次谱线峰值搜索结果进行频点验证，判断各频率区内是否存在信号，如果存在信号则确定信号的频点，作为存在信号的频率区的输出频点；(7)、经过步骤(6)的频点验证后，如果有Z′个频率区具有输出频点，且第z′个具有输出频点的频率区内具有Sz′个输出频点，则记录所述频率区内Sz′个输出频点的总能量和每个输出频点的频率，以及每个输出频点在频率矩阵Fz中的行号，其中：将第z′个具有输出频点的频率区内的Sz′个输出频点的总能量记为E0(z′)，将所述频率区内的第m个输出频点的频率记为f0(m,z′)，并将所述频点在频率矩阵Fz中的行号记为V0(m,z′)，其中，m＝1、2、...、Sz′，z′＝1、2、...、Z′，Z′和Sz′为正整数；(8)、采用最小二乘线性回归算法计算每个具有输出频点的频率区的频率估计值，以及多普勒变化率，作为当前时刻确定的Z′个频点的频率和多普勒变化率，并将每个所述频率区的总能量作为各所述频点的能量；其中，第z′个频点的频率为festimate(z′)、多普勒变化率为β(z′)、能量为E0(z′)，z′＝1、2、...、Z′；(9)、根据频点能量、多普勒变化率对步骤(8)确定的Z′个频点进行筛选，对筛选后的频点进行对称性判决，得到载波能量和载波频率；(10)、将步骤(9)得到的载波能量与设定的捕获门限进行比较，其中：若载波能量大于或等于捕获门限，则认为捕获成功，输出载波频率作为捕获频率；若载波能量小于捕获门限，否则认为捕获失败，重新进行捕获。上述的适用于任意调制度的FM、PM信号载波捕获方法，在步骤(2)中，第j个频谱搬移支路的本地载波频率设定为j＝0,1,...,M-1，N为设定FFT变换点数。上述的适用于任意调制度的FM、PM信号载波捕获方法，在步骤(3)中，第j个频谱搬移支路的第k个频点的能量E(j,k)＝|X(j,k)|2，X(j,k)为第j个支路中频谱搬移信号FFT变换结果中的第k个值；所述频点对应的频率为F(j,k)：F(j,k)=(k×M+j)×Δf′k≤N2-1[(k-N)×M+j]×Δf′k>N2-1]]>其中：相邻频点间的频差j＝0,1,...,M-1，k＝0、2、…、N-1。上述的适用于任意调制度的FM、PM信号载波捕获方法，在步骤(6)中，对第z个频率区进行频点验证，z＝1、2、...、Z，具体验证过程如下：(6a)、将第z个频率区内V次谱线峰值搜索结果形成频率矩阵Fz：其中，v＝1、2、...、V，p＝1、2、...、P；(6b)、将频率矩阵Fz第1行的第p个频点F′(1,p,z)与第2行～第V行的频点分别进行比较，在每行中选取0～1个频点，然后将选取的频点归为一组，并将组内各频点的能量求和作为该组的总能量，即：在p＝1、2、...、P时，分别执行如下操作，选取与频点F′(1,p,z)归为一组的频点：在第2行的P个频点F′(2,1,z)～F′(2,P,z)中，查找与F′(1,p,z)的频差小于设定门限Δfth的频点，在所述查找的频点中选取能量最大的1个频点；在第3行的P个频点F′(3,1,z)～F′(3,P,z)中，查找与F′(1,p,z)的频差小于设定门限Δfth的频点，在所述查找的频点中选取能量最大的1个频点；依次类推，在第V行的P个频点F′(V,1,z)～F′(V,P,z)中，查找与F′(1,p,z)的频差小于设定门限Δfth的频点，在所述查找的频点中选取能量最大的1个频点；然后将从第2行～第V行选取的频点和F′(1,p,z)归为一组，将组内各频点的能量求和作为该组的总能量；(6c)、将频率矩阵Fz第2行的第p个频点F′(2,p,z)与第3行～第V行的频点分别进行比较，在每行中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于任意调制度的FM、PM信号载波捕获方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)、对输入的数字基带数据进行降采样和滤波，得到采样率为FD的数字基带信号；(2)、将降采样后的数字基带信号输入到M个频谱搬移支路，采用M个本地载波分别对每个支路中的数字基带信号进行混频，得到M路频谱搬移信号；M为整数；(3)、分别对M路频谱搬移信号进行N点FFT变换，并计算所述FFT变换结果中每个频点的能量，记录MN个频点的能量和频率；N为整数；(4)、将步骤(3)得到的MN个频点按照频率降序排列，并将排序后的MN个频点均匀划分为Z个频率区，每个频率区内包括L个频点；然后在每个频率区内进行频点能量峰值搜索，保留能量降序排列中的前P个频点，记录所述P个频点的能量和频率值；Z、L和P均为设定的整数；(5)、重新获取N点数字基带数据，重复步骤(1)～(4)，得到另一组频点能量峰值搜索结果；在进行V次频点能量峰值搜索后，得到V组频点能量峰值搜索结果，其中：在第z个频率区内，第v次搜索得到的第p个频点的频率为F′(v,p,z)，且能量为E′(v,p,z)，v＝1、2、...、V，p＝1、2、...、P，z＝1、2、...、Z；V为设定的整数；(6)、对Z个频率区内的V次谱线峰值搜索结果进行频点验证，判断各频率区内是否存在信号，如果存在信号则确定信号的频点，作为存在信号的频率区的输出频点；(7)、经过步骤(6)的频点验证后，如果有Z′个频率区具有输出频点，且第z′个具有输出频点的频率区内具有Sz′个输出频点，则记录所述频率区内Sz′个输出频点的总能量和每个输出频点的频率，以及每个输出频点在频率矩阵Fz中的行号，其中：将第z′个具有输出频点的频率区内的Sz′个输出频点的总能量记为E0(z′)，将所述频率区内的第m个输出频点的频率记为f0(m,z′)，并将所述频点在频率矩阵Fz中的行号记为V0(m,z′)，其中，m＝1、2、...、Sz′，z′＝1、2、...、Z′，Z′和Sz′为正整数；(8)、采用最小二乘线性回归算法计算每个具有输出频点的频率区的频率估计值，以及多普勒变化率，作为当前时刻确定的Z′个频点的频率和多普勒变化率，并将每个所述频率区的总能量作为各所述频点的能量；其中，第z′个频点的频率为festimate(z′)、多普勒变化率为β(z′)、能量为E0(z′)，z′＝1、2、...、Z′；(9)、根据频点能量、多普勒变化率对步骤(8)确定的Z′个频点进行筛选，对筛选后的频点进行对称性判决，得到载波能量和载波频率；(10)、将步骤(9)得到的载波能量与设定的捕获门限进行比较，其中：若载波能量大于或等于捕获门限，则认为捕获成功，输出载波频率作为捕获频率；若载波能量小于捕获门限，否则认为捕获失败，重新进行捕获。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于任意调制度的FM、PM信号载波捕获方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、对输入的数字基带数据进行降采样和滤波，得到采样率为FD的数字基带信号；
(2)、将降采样后的数字基带信号输入到M个频谱搬移支路，采用M个本地载波分别对每
个支路中的数字基带信号进行混频，得到M路频谱搬移信号；M为整数；
(3)、分别对M路频谱搬移信号进行N点FFT变换，并计算所述FFT变换结果中每个频点的
能量，记录MN个频点的能量和频率；N为整数；
(4)、将步骤(3)得到的MN个频点按照频率降序排列，并将排序后的MN个频点均匀划分
为Z个频率区，每个频率区内包括L个频点；然后在每个频率区内进行频点能量峰值搜索，保
留能量降序排列中的前P个频点，记录所述P个频点的能量和频率值；Z、L和P均为设定的整
数；
(5)、重新获取N点数字基带数据，重复步骤(1)～(4)，得到另一组频点能量峰值搜索结
果；在进行V次频点能量峰值搜索后，得到V组频点能量峰值搜索结果，其中：在第z个频率区
内，第v次搜索得到的第p个频点的频率为F′(v,p,z)，且能量为E′(v,p,z)，v＝1、2、...、V，p
＝1、2、...、P，z＝1、2、...、Z；V为设定的整数；
(6)、对Z个频率区内的V次谱线峰值搜索结果进行频点验证，判断各频率区内是否存在
信号，如果存在信号则确定信号的频点，作为存在信号的频率区的输出频点；
(7)、经过步骤(6)的频点验证后，如果有Z′个频率区具有输出频点，且第z′个具有输出
频点的频率区内具有Sz′个输出频点，则记录所述频率区内Sz′个输出频点的总能量和每个
输出频点的频率，以及每个输出频点在频率矩阵Fz中的行号，其中：将第z′个具有输出频点
的频率区内的Sz′个输出频点的总能量记为E0(z′)，将所述频率区内的第m个输出频点的频
率记为f0(m,z′)，并将所述频点在频率矩阵Fz中的行号记为V0(m,z′)，其中，m＝1、2、...、
Sz′，z′＝1、2、...、Z′，Z′和Sz′为正整数；
(8)、采用最小二乘线性回归算法计算每个具有输出频点的频率区的频率估计值，以及
多普勒变化率，作为当前时刻确定的Z′个频点的频率和多普勒变化率，并将每个所述频率
区的总能量作为各所述频点的能量；其中，第z′个频点的频率为festimate(z′)、多普勒变化率
为β(z′)、能量为E0(z′)，z′＝1、2、...、Z′；
(9)、根据频点能量、多普勒变化率对步骤(8)确定的Z′个频点进行筛选，对筛选后的频
点进行对称性判决，得到载波能量和载波频率；
(10)、将步骤(9)得到的载波能量与设定的捕获门限进行比较，其中：若载波能量大于
或等于捕获门限，则认为捕获成功，输出载波频率作为捕获频率；若载波能量小于捕获门
限，否则认为捕获失败，重新进行捕获。
2.根据权利要求1所述的一种适用于任意调制度的FM、PM信号载波捕获方法，其特征在
于：在步骤(2)中，第j个频谱搬移支路的本地载波频率设定为j＝0,1,...,M-
1，N为设定FFT变换点数。
3.根据权利要求2所述的一种适用于任意调制度的FM、PM信号载波捕获方法，其特征在
于：在步骤(3)中，第j个频谱搬移支路的第k个频点的能量E(j,k)＝|X(j,k)|2，X(j,k)为第
j个支路中频谱搬移信号FFT变换结果中的第k个值；所述频点对应的频率为F(j,k)：
F(j,k)=(k×M+j)×Δf′k≤N2-1[(k-N)×M+j]×Δf′k>N2-1]]>其中：相邻频点间的频差j＝0,1,...,M-1，k＝0、2、…、N-1。
4.根据权利要求1所述的一种适用于任意调制度的FM、PM信号载波捕获方法，其特征在
于：在步骤(6)中，对第z个频率区进行频点验证，z＝1、2、...、Z，具体验证过程如下：
(6a)、将第z个频率区内V次谱线峰值搜索结果形成频率矩阵Fz：
其中，v＝1、2、...、V，p＝1、2、...、P；
(6b)、将频率矩阵Fz第1行的第p个频点F′(1,p,z)与第2行～第V行的频点分别进行比
较，在每行中选取0～1个频点，然后将选取的频点归为一组，并将组内各频点的能量求和作
为该组的总能量，即：在p＝1、2、...、P时，分别执行如下操作，选取与频点F′(1,p,z)归为一
组的频点：
在第2行的P个频点F′(2,1,z)～F′(2,P,z)中，查找与F′(1,p,z)的频差小于设定门限
Δfth的频点，在所述查找的频点中选取能量最大的1个频点；
在第3行的P个频点F′(3,1,z)～F′(3,P,z)中，查找与F′(1,p,z)的频差小于设定门限
Δfth的频点，在所述查找的频点中选取能量最大的1个频点；
依次类推，在第V行的P个频点F′(V,1,z)～F′(V,P,z)中，查找与F′(1,p,z)的频差小于
设定门限Δfth的频点，在所述查找的频点中选取能量最大的1个频点；
然后将从第2行～第V行选取的频点和F′(1,p,z)归为一组，将组内各频点的能量求和
作为该组的总能量；
(6c)、将频率矩阵Fz第2行的第p个频点F′(2,p,z)与第3行～第V行的频点分别进行比
较，在每行中选取0～1个频点，然后将选取的频点归为一组，并将组内各频点的能量求和作
为该组的总能量，即：在p＝1、2、...、P时，分别执行如下操作，选取与频点F′(2,p,z)归为一
组的频点：
在第3行的P个频点F′(3,1,z)～F′(3,P,z)中，查找与F′(2,p,z)的频差小于设定门限
Δfth的频点，在所述查找的频点中选取能量最大的1个频点；
在第4行的P个频点F′(4,1,z)～F′(4,P,z)中，查找与F′(2,p,z)的频差小于设定门限
Δfth的频点，在所述查找的频点中选取能量最大的1个频点；
依次类...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志强，张阁，朱晓辉，吕德东，刘茹，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11