基于谱相关的多径BOC信号的参数盲估计方法技术

本发明专利技术请求保护一种基于谱相关的多径BOC参数盲估计方法，属于信号处理领域。通过分析多径BOC信号模型，并分析了在莱斯因子影响下推导出了多径BOC的谱相关函数，然后提取频谱频率f＝0的循环频率截面，从循环频率截面可以搜索到4个最大主峰和紧邻这些主峰的4个较大次峰值的位置，根据峰值位置关系特征可以对多径BOC信号的伪码速率以及副载波速率进行盲估计估计。同时通过对多段信号的谱相关函数进行累加平均，可以实现降低噪声和精确估计的目的，同时分析了在不同莱斯因子条件下对多径BOC信号参数估计的影响。本方法可以在低信噪比下较准确地估计多径BOC信号的伪码速率以及副载波速率，从而对该信号的后续处理以及细微特征分析具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
基于谱相关的多径BOC信号的参数盲估计方法
本专利技术属于导航通信信号处理，具体为一种基于谱相关的多径BOC信号的参数盲估计方法。
技术介绍
二进制偏移载波(Binaryoffsetcarrier)信号是在原有的直接序列扩频(DirectSequenceSpreadSpectrum,DSSS)通信信号基础上，再加上一个二进制副载波(正弦相位或者余弦相位)进行二次扩频。使其相对于DSSS信号的中心主峰变成位于两侧的两个主峰，从而消除了工频带信号之间的干扰，正是由于BOC信号的频谱分裂特性，使得BOC信号广泛应用于各国的导航信号系统中，如GPS，Galileo以及我国的北斗导航。并且由于BOC信号这种特性，使得该信号在导航系统中有更好的导航定位精准度与捕获、跟踪性能。随着BOC信号应用的广泛，对该信号进行参数盲估计越来越显得重要。由以上可以得知，BOC信号将会是未来导航通信甚至移动通信领域中非常重要的一种调制信号，因此对信号的研究也越来越重要，信号的研究主要包括伪码速率、副载波速率、伪码周期以及伪码的提取，这些研究对于信号解调、信息安全、电子对抗以及对信号进行捕获和跟踪都具有重要作用。针对BOC信号参数盲估计的研究，文献(“张天骐,何丹娜,陈适,等.基于谱相关的BOC调制信号参数估计[J].华中科技大学学报(自然科学版),2013,41(9):11-16”)可以较为准确的估计出BOC信号的伪码速率、副载波速率以及载频，该方法虽然性能好，但是要对循环谱进行二维搜索，大大增加了计算量，在实际应用中消耗时间较长且没考虑多径环境。由于DSSS信号以及二进制偏移载波十分数据调制(TimeDivisionDataModulation-binaryOffsetCarrier，TDDM-BOC)信号与BOC信号类似，文献(“史建锋,王可人.基于循环谱包络的多径直扩信号参数估计[J].系统工程与电子技术,2008,30(8):1427-1430.”)分析了直扩信号在多径条件下的参数估计，但该文并没有考虑DSSS信号在什么信道(瑞利信道或莱斯信号)，且没考虑多径时延以及多径增益是随机产生的。文献(张天骐,周杨,叶飞.TDDM-BOC信号副载波类型识别及参数盲估计[J].系统工程与电子技术,2016,38(4):922-928.)利用循环谱来估计伪码速率以及副载波速率，但并未分析多径下对参数盲估计的影响。以上方法有的是在理想情况下(无多径)可以实现BOC信号的参数盲估计，有的方法分析了多径环境的影响，但并未再次考虑多径下两种信道(莱斯信道以及瑞利信道)对参数估计的影响。而实际接收信号容易受到多径影响。这使得在复杂环境下(多径条件下)对BOC信号的参数盲估计变得困难。为此，本文提出了一种基于谱相关的多径BOC信号参数盲估计方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对当前低信噪比下多径BOC信号参数较难估计的问题，提出了一种基于谱相函数的方法，解决了BOC信号在多径条件下参数较难估计的难题。该方法能较为准确的估计出相应的参数(以伪码速率和副载波速率为例)。为了更为精确地估计出伪码速率以及副载波速率，只利用谱相关循环频率域的一维搜索并对其累加取平均，相对于传统循环谱二维搜索，其计算量大大降低，且累加取平均可以达到降低噪声的目的。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：一种基于谱相关的多径BOC信号参数估计方法。该方法的具体步骤如下：以采样频率fs对接收到的多径BOC信号(设多径数目为J)进行采样；并将采样后的信号以一定长度L(一般L至少包含两个伪码周期的采样点数)进行分段分别计算每段信号在频率f＝0的截面；接着对所有段的谱相关函数截面进行累加并求取J个多径数目的BOC信号的平均谱相关函数截面；提取平均谱相关函数频谱频率f＝0的截面，在该截面搜索远离原点的最大主峰值以及靠近该最大主峰值的次大峰值，接着搜索靠近原点处的最大主峰值，可根据该3个峰值位置间的关系估计出伪码速率以及副载波速率。不失一般性，假设接收的多径BOC信号表示为(以静态多径为例)其中表示BOC调制信号，SB(t)表示基带BOC信号，f0表示载频，表示初始相位，表示求卷积，表示“静态”多径信道冲激响应，Ai表示第i条路径的信道增益，τi表示第i条路径时延，J表示路径数，Sl(t)表示未受噪声干扰的多径BOC信号。根据公式其中，α表示循环频率，可以求出基带BOC信号的循环自相关函数再根据傅里叶变换公式可以得到基带BOC信号的谱相关函数根据循环谱性质，取频谱频率f＝0处的多径BOC循环频率截面包络，可得其中，Q*(f)是Q(f)的共轭；f表示频谱频率；f0表示载波；m取值为整数。可以分析这与单径条件下BOC模型类似，但在多径条件下受到多径时延以及多径增益影响较大。式(4)中的第一项近似等于零以及第三项为零，针对第二项可以分析出在循环频率α不同的位置，将会出现不同的峰值，可以根据峰值之间的位置关系(即确定最大峰值以及次大峰值的位置以及伪码速率与副载波速率之间的关系)来估计出相应的副载波速率以及伪码速率。设在算法中，N为快速傅里叶点数，K为频域轴最大取值，Aα为循环频域轴最大取值，M为频域平滑点数。本专利技术快速循环谱算法复杂度(所需的乘法次数)为o(NlogN+AαMN)，传统循环谱算法复杂度(所需的乘法次数)为o(NlogN+KAαMN)。因此本文算法相对于传统算法复杂度降低了K(K一般大于1000)运算级。本专利技术运用谱相关函数法对低信噪比下多径BOC信号参数盲估计问题，分析推导了多径条件下BOC信号的谱相关函数，实现了伪码速率与副载波速率的估计，克服了在单一环境下对BOC参数盲估计问题等问题，同时利用累加平均的循环频率域以增加抗噪声性能。该方法能够较精确的估计出多径BOC信号的伪码速率以及副载波速率。在信号谱相关实现的过程中，采用循环谱截面来快速实现参数估计，相对于传统算法，大大减少了计算量易于快速实现。附图说明图1是本专利技术的多径BOC信号伪码速率与副载波速率估计方法流程图。图2是本专利技术BOC信号调制框图。图3是本专利技术在多径条件下BOC信号得循环谱截面图。图4是本专利技术在窗长为2048情况下不同多径因子与单径估计伪码速率的均方根误差对比图。图5是本专利技术窗长为4096情况下不同多径因子与单径估计伪码速率的均方根误差对比图。图6是本专利技术窗长为2048情况下不同多径因子与单径估计副载波速率的均方根误差对比图。图7是本专利技术窗长为4096情况下不同多径因子与单径估计副载波速率的均方根误差对比图。图8是本专利技术窗长为8192情况下不同多径因子与单径估计副载波速率的均方根误差对比图。图9是本专利技术多径数目与副载波速率估计性能的关系图。具体实施方式以下结合附图和具体实例，对本专利技术的实施作进一步的描述图1所示为本专利技术伪码速率与副载波速率估计方法流程图，具体步骤：以采样频率fs对接收到的多径BOC信号(设多径数目为J)进行采样；并将采样后的信号以一定长度L(一般L至少包含两个伪码周期的采样点数)进行分段分别计算每段信号在频率f＝0的截面；接着对所有段的谱相关函数截面进行累加并求取J个多径数目的BOC信号的平均谱相关函数截面；提取平均谱相关函数频谱频率f＝0的截面，在该截面上从循环频率α＝0的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于谱相关的多径BOC参数盲估计方法，其步骤在于，以采样频率fs对接收到的多径BOC信号(设多径数目为J)进行采样；并将采样后的信号以一定长度L(一般L至少包含两个伪码周期的采样点数)进行分段分别计算每段信号在频率f＝0的截面；接着对所有段的谱相关函数截面进行累加并求取J个多径数目的BOC信号的平均谱相关函数截面；提取平均谱相关函数频谱频率f＝0的截面，在该截面搜索远离原点的最大主峰值以及靠近该最大主峰值的次大峰值，接着搜索靠近原点处的最大主峰值，可根据该3个峰值位置间的关系估计出伪码速率以及副载波速率。

【技术特征摘要】
1.一种基于谱相关的多径BOC参数盲估计方法，其步骤在于，以采样频率fs对接收到的多径BOC信号(设多径数目为J)进行采样；并将采样后的信号以一定长度L(一般L至少包含两个伪码周期的采样点数)进行分段分别计算每段信号在频率f＝0的截面；接着对所有段的谱相关函数截面进行累加并求取J个多径数目的BOC信号的平均谱相关函数截面；提取平均谱相关函数频谱频率f＝0的截面，在该截面搜索远离原点的最大主峰值以及靠近该最大主峰值的次大峰值，接着搜索靠近原点处的最大主峰值，可根据该3个峰值位置间的关系估计出伪码速率以及副载波速率。2.根据权利要求1所述的估计方法，其特征在于，建立多径BOC信号模型为其中，表示调制BOC信号，Sl(t)是多径BOC信号，SB(t)表示基带BOC信号，f0表示载频，表示初始相位，表示求卷积，表示“静态”多径信道冲激响应，Ai表示第i条路径信道增益，τi表示第i条路径时延，J表示多径数。根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天骐，刘董华，袁帅，张华伟，张刚，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50