一种高精度载噪比估计方法及系统技术方案

一种高精度载噪比估计方法，针对复数变频接收机或超外差接收机对观测值进行获取，并通过分别计算不同种类接收机的窄带信号观测值、宽带噪声观测值，形成窄带信号与宽带噪声的功率比，再通过功率比计算得到以分贝为单位的载噪比。本发明专利技术通过积分清洗前的变频值或虚拟变频值形成宽带噪声观测值，于宽带变频值和相关值基础上展开计算，克服了现有技术中各类载噪比估计方法精度难以进一步提高，不能精确反映接收机信号质量的微小波动的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度载噪比估计方法及系统
本专利技术涉及一种高精度载噪比估计方法及系统，属于信号质量监测领域。
技术介绍
载噪比是接收机接收信号功率与噪声谱密度的比值，是评估接收机接收信号质量的重要指标，该指标间接地反映当前信号条件下接收机的测量与通信性能。通过万方数据库对国内公开学术期刊、学位论文、会议论文、专利、标准、法规等进行检索，检索条件为：cql://载噪比估计，共检索到18篇条件相关的文献；通过对国防科技信息资源服务系统(DTIRSS，DefenceTechnologyInformationResourcesServiceSystem)进行检索，该服务系统包含IEL、Elsevier、EI、Springer、AD数据库、NASA数据库、DE数据库等等，检索条件为(CNRorSNR)+二次检索(Estimation)，共检索到11篇条件相关文献。从国内外公开文献检索了解到，载噪比估计方法大致可分为以下几类：(1)宽窄带功率比法宽窄带功率比载噪比估计法是VanDierendonck于1996年提出的，这种方法是GNSS等扩频接收机中应用最为广泛的载噪比估计方法。宽窄带功率比载噪比估计方法将一组相关值通过相干累积和非相干累积，分别形成窄带信号功率和宽带信号功率，然后通过宽、窄带功率比与载噪比之间的关系公式，设计查找表，查表获取最终的载噪比。该方法的典型特点是，要形成宽带信号和窄带信号观测值，并利用宽窄带信号功率之间的定量关系计算载噪比。典型文献如下：[1]B.W.Parkinson,J.J.Spilker,P.Axelrad&PerEnge.GlobalPositioningSystem:TheoryandApplication,Vol.I[M].AmericanInstituteofAeronauticsandAstronautics,1996:390-399.(2)噪声支路法噪声支路载噪比估计法是除宽窄带功率比法之外，GNSS等扩频接收机中应用最多的一种载噪比估计方法之一。这种估计方法通过设置额外的噪声相关支路，即通过与输入信号不相关的伪噪声与输入信号进行相关，求出等效的噪声功率估计值，结合信号支路的信号功率估计值，可以求得信噪比，进而得到最终的载噪比。该方法的典型特点是，要额外增加噪声相关支路，并利用伪随机噪声与信号进行相关形成噪声功率估计值。典型文献如下：[1]Kaplan.GPS接收机原理.(3)矩方法矩方法是一类高斯信道中的直接载噪比估计方法，该方法的基本原理是利用相关值的二阶矩和四阶矩，建立信号功率和噪声功率的方程组，通过解算方程，求得信号功率、噪声功率或两者的比值，并最终换算成载噪比。矩方法的典型特点是，通过建立不同阶矩与估计值之间的方程，直接进行解算，因此，矩方法也称为直接解方法，有的文献也称为方差求和法。典型文献如下：[1]MarkL.Psiaki,DennisM.Akos,JonasThor.AComparisonof”DirectRFsampling”and“Down-Convert&Sampling”GNSSReciverArchitectures[C].ProceedIONGPS/GNSS2003,9.[2]巴晓辉，刘海洋.一种有效的GNSS接收机载噪比估计方法[J].武汉大学学报(信息科学版),2011,36(4):457-460.(4)信噪比构造法信噪比构造法代表一类估计方法，该类方法通过同相支路和正交支路的相关值，构造信号功率估计器和噪声功率估计器，获取信噪比估计值，进而获得载噪比估计值。典型的信噪比构造方法又包括SNV方法、RSCN方法，这两种方法均假设有用信号集中在同相支路上，而噪声则在同相支路和噪声支路上都存在，该类方法典型特点是，利用了同相和正交支路相关值中信号与噪声的构成特点，来构建信噪比估计器，进而形成载噪比。典型文献如下：[1]Pauluzzi,D.&Beaulieu,N.AComparisonofSNREstimationTechniquesfortheAWGNChannel[J].Communications,IEEETransactionson,2000,48:1681-1691.[2]陈雷.室内外无缝导航接收机载噪比估计与互相关干扰抑制.[D].哈尔滨工业大学,2012.(5)BL方法BL方法本质上也是一种信噪比构造方法，该方法是针对QPSK调制系统提出的，在文献中Beaulieu给出了4种估计器，这4种估计器均基于QPSK调制信号的特点，即在QPSK信号接收时，其同相支路与正交支路相关值所包含的信号相同，而其包含的噪声功率相同但相互独立，通过同相支路与正交支路相关值平方和得到信号功率，并通过两路相关值求差得到信号抵消后的噪声观测值，然后可以得到信号功率和噪声功率的比值，并利用信噪比换算成载噪比。该方法典型特点是，利用了QPSK信号同相支路与正交支路相关值包含有相同的信号分量和独立的噪声分量，以此来构建信噪比估计器，进而再形成载噪比，需要指出的有关文献通过对BPSK同相支路的相关值求差分，将BL方法推广到了BPSK调制系统中。典型文献如下：[1]Beaulieu,N.；Toms,A.&Pauluzzi,D.ComparisonofFourSNREstimatorsforQPSKModulations.CommunicationsLetters,IEEE,2000,4:43-45.上述各类方法，用于载噪比估计的输入量均是相关器积分之后的相关值，而相关器积分具有低通滤波效应，可以降低噪声对信号功率估值的影响，但同时也降低了噪声功率估值的精度，因此，上述各类载噪比估计方法精度难以进一步提高，不能精确反映接收机信号质量的微小波动。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：针对目前现有技术中，已知载噪比估计方法精度难以进一步提高，同时不能精确的反映接收机信号质量微小波动的问题，提出了一种高精度载噪比估计方法及系统。本专利技术解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：一种高精度载噪比估计方法，步骤如下：(1)对复数变频接收机或超外差接收机的输出信号进行AD采样，对AD采样信号进行变频处理，根据接收机类型分别产生不同的同相支路变频值及正交支路变频值；(2)将所述步骤(1)产生的同相支路变频值、正交支路变频值分别进行积分清洗，获取同相支路相关值、正交支路相关值；(3)将所述步骤(2)所得同相支路相关值、正交支路相关值分别进行积分累加，并对积分累加结果求平方和，获取窄带信号功率观测值；(4)根据接收机类型、步骤(1)所得同相支路变频值及正交支路变频值、步骤(2)所得相同接收机类型的同相支路相关值及正交支路相关值，计算宽带变频观测值，对宽带变频观测值进行平方后再进行积分累加，获取宽带噪声功率观测值；(5)根据步骤(3)所得窄带信号功率观测值、步骤(4)所得宽带噪声功率观测值，计算得到宽窄带功率比；(6)利用所述步骤(5)得到的宽窄带功率比，计算得到以分贝为单位的载噪比。所述步骤(1)中，当接收机类型为复数变频接收机时，对正交的I、Q两路AD采样信号进行复数变频并产生两路变频值，分别为同相支路变频值、正交支路变频值，计算公式如下：式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度载噪比估计方法，其特征在于步骤如下：(1)对复数变频接收机或超外差接收机的输出信号进行AD采样，对AD采样信号进行变频处理，根据接收机类型分别产生不同的同相支路变频值及正交支路变频值；(2)将所述步骤(1)产生的同相支路变频值、正交支路变频值分别进行积分清洗，获取同相支路相关值、正交支路相关值；(3)将所述步骤(2)所得同相支路相关值、正交支路相关值分别进行积分累加，并对积分累加结果求平方和，获取窄带信号功率观测值；(4)根据接收机类型、步骤(1)所得同相支路变频值及正交支路变频值、步骤(2)所得相同接收机类型的同相支路相关值及正交支路相关值，计算宽带变频观测值，对宽带变频观测值进行平方后再进行积分累加，获取宽带噪声功率观测值；(5)根据步骤(3)所得窄带信号功率观测值、步骤(4)所得宽带噪声功率观测值，计算得到宽窄带功率比；(6)利用所述步骤(5)得到的宽窄带功率比，计算得到以分贝为单位的载噪比。

【技术特征摘要】
1.一种高精度载噪比估计方法，其特征在于步骤如下：(1)对复数变频接收机或超外差接收机的输出信号进行AD采样，对AD采样信号进行变频处理，根据接收机类型分别产生不同的同相支路变频值及正交支路变频值；(2)将所述步骤(1)产生的同相支路变频值、正交支路变频值分别进行积分清洗，获取同相支路相关值、正交支路相关值；(3)将所述步骤(2)所得同相支路相关值、正交支路相关值分别进行积分累加，并对积分累加结果求平方和，获取窄带信号功率观测值；(4)根据接收机类型、步骤(1)所得同相支路变频值及正交支路变频值、步骤(2)所得相同接收机类型的同相支路相关值及正交支路相关值，计算宽带变频观测值，对宽带变频观测值进行平方后再进行积分累加，获取宽带噪声功率观测值；(5)根据步骤(3)所得窄带信号功率观测值、步骤(4)所得宽带噪声功率观测值，计算得到宽窄带功率比；(6)利用所述步骤(5)得到的宽窄带功率比，计算得到以分贝为单位的载噪比。2.根据权利要求1所述的一种高精度载噪比估计方法，其特征在于：所述步骤(1)中，当接收机类型为复数变频接收机时，对正交的I、Q两路AD采样信号进行复数变频并产生两路变频值，分别为同相支路变频值、正交支路变频值，计算公式如下：式中，ddci、ddcq分别为同相支路变频值、正交支路变频值，为I路AD采样，为Q路AD采样，其中Pd为采样信号功率，ωi为采样信号圆周频率，Ts为采样周期，n为采样时刻，φi为采样信号相位，Pn为采样噪声功率，ηi(n)、ηq(n)分别为n时刻I路、Q路单位采样噪声，ηi(n)与ηq(n)为均值为零且互不相关的随机噪声；式中cos(ωonTs+φo)为载波跟踪产生的本地余弦支路载波，sin(ωonTs+φo)为载波跟踪产生的本地正弦支路载波，ωo为本地跟踪载波圆周频率，φo为本地跟踪载波相位；所述步骤(1)中，当接收机类型为超外差接收机时，只进行单路AD采样，对该AD采样信号执行实数变频，产生两路变频值，分别为同相支路变频值和正交支路变频值，产生变频值计算公式如下：式中，ddci、ddcq分别为同相支路变频值、正交支路变频值，为1路AD采样，其中Pd为采样信号功率，ωi为采样信号圆周频率，Ts为采样周期，n为采样时刻，φi为采样信号相位，Pn为采样噪声功率，ηi(n)为n时刻单位采样噪声，且ηi(n)为均值为零的随机噪声；式中cos(ωonTs+φo)为载波跟踪产生的本地余弦支路载波，sin(ωonTs+φo)为载波跟踪产生的本地正弦支路载波，ωo为本地跟踪载波圆周频率，φo为本地跟踪载波相位。3.根据权利要求2所述的一种高精度载噪比估计方法，其特征在于：所述步骤(2)中，将所述步骤(1)产生的同相支路变频值、正交支路变频值分别进行积分清洗处理，所述积分清洗处理为：分别进行N次积分累加并获取两路相关值，分别为同相支路相关值、正交支路相关值，每次积分累加的时间为Ts,总的积分累加时间为N·Ts，获取相关值的计算公式如下：式中，corri、corrq分别为同相支路相关值和正交支路相关值，m为第m个相关值，每个相关值对应N个采样时刻。4.根据权利要求3中任一所述的一种高精度载噪比估计方法，其特征在于：所述步骤(3)中，窄带信号功率观测值计算公式如下：式中，nb为窄带信号功率观测值，k为第k个观测值，每个观测值对应M个相关值，且对应M·N个采样时刻，每次积分累加时间为N·Ts，总的积分累加时间为M·N·Ts。5.根据权利要求4所述的一种高精度载噪比估计方法，其特征在于：所述步骤(4)中，当接收机类型为复数变频接收机时，计算宽带噪声功率观测值步骤如下：(a)将所述步骤(1)中产生的正交支路变频值直接作为宽带变频观测值参与载噪比估算，或将所述步骤(1)产生的同相支路变频值求差分后作为宽带变频观测值参与载噪比估算，其中：利用正交支路变频值计算宽带变频观测值的公式如下：ddcqo(n)＝ddcq(n)利用同相支路变频值计算宽带变频观测值的...

【专利技术属性】
技术研发人员：踪念科，刘洋，王登峰，钟兴旺，张攀，刘玄，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61