一种短波通信极低信噪比下同步头捕获方法技术

本发明专利技术属于短波通信技术领域，公开了一种短波通信极低信噪比下同步头捕获方法，包括以下步骤：对接收序列以任意采样点进行截取，对截取的接收序列和本地序列分别进行等长的分段；将每一段接收序列与对应的一段本地序列进行相关并作FFT，确定FFT序列的幅值最大值，从而得到Q段幅值最大值；对Q段幅值最大值进行求和，将求和后的值作为截取的接收序列的峰值；遍历接收序列的每个采样点，得到每个采样点对应的峰值，从而得到峰值曲线，选择峰值曲线中峰值最大值对应的采样点作为整个接收序列的同步起点；该同步头捕获方法能准确的找到同步点，还能掌握收发两段频率偏移量的变化情况，能够在极低信噪比、大频偏情况下实现同步捕获。

【技术实现步骤摘要】
一种短波通信极低信噪比下同步头捕获方法
本专利技术涉及短波通信
，具体涉及一种短波通信极低信噪比下同步头捕获方法。
技术介绍
短波通信是指波长在10米—100米，频率范围3MHz—30MHz的一种无线电通信技术。短波通信发射的电波要经电离层的反射才能到达接收端，通信距离较远，是远程通信的主要手段。尽管新型无线电通信系统不断涌现，但是短波通信这一古老和传统的通信方式仍然受到全世界的普遍重视，不仅没有淘汰，反而还在不断快速发展。因为它有着其它通信系统不具备的优点：首先，短波是唯一不受网络和中继制约的远程通信手段，例如发生战争或灾害，卫星受到攻击时，短波的抗毁能力和自主通信能力是其他通信设备无法媲美的；其次，山区、戈壁和海洋等偏远地区通信主要靠短波；最后，低廉的通信费用也使得短波具有广阔的市场。为了方便信息(语音或图像)传输，在发送端通常将携带了信息的低频信号上变频为高频信号，这一过程需要一个高频载波；经过信道传输，用户为了提取有用信息，需要将接收到的高频信号下变频至低频信号，这一过程需要一个与发送端频率完全相同的高频载波。然而由于元器件制作工艺、材料以及电气特性等因素，发送与接收两端产生的载波频率不可能完全相同，总是存在一个误差，这个误差会影响到后端的解调。当误差较小时对解调器产生的影响几乎可以忽略；而当误差较大时会发生相位旋转，将产生不可纠错误，使得通信系统性能急剧恶化，甚至无法捕获同步头。可以说同步头捕获是收发双方建立通信的第一步(其中同步头捕获是指在接收的信号中寻找到信息起点)，为了对信号进行后续的均衡、解调等工作，接收机首先要做的就是确定有用信息在低频信号中的起始位置(也称作同步估计)，而后才能针对信号进行后续处理。然而在恶劣的通信环境以及收发双发存在频偏的情况下使得同步捕获变得越来越困难。现有的不等差错保护技术方案基本上都是采用自相关算法并进行傅里叶变换来实现的。例如公开号为CN108270707A《一种信号同步的方法及装置》中，利用本地的差分序列与接收到的差分序列进行相关运算，而后进行快速傅里叶变换(FastFourierTransform,FFT)，根据相关结果计算其中的频率偏移量，获得接收信号中的差分序列，从而确定同步位置。公开号为CN109818644A《信号同步方法、装置、计算机设备和存储介质》中，将获取的信号经不同滤波器后得到第一相关值和第二相关值，然后将第一相关值的最大值和第二相关值的最大值与预设门限进行比较，当比较结果匹配成功时对接收信号进行补偿同步。从以上看到，现有技术中均利用了序列的良好的自相关特性，利用本地序列与接收信号之间的相关，寻找到峰值从而确定接收信号中的同步起点。然而，现有技术在进行同步捕获主要是在收发双方没有频偏或存在固定频偏的条件下进行的，很少是针对恶劣通信环境(极低信噪比)且存在变化的频偏情况下进行同步捕获的。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种短波通信极低信噪比下同步头捕获方法，将本地同步序列进行分段，在接收的信号中对分段序列进行相关，而后对每段相关值进行求和，最后将具有最大相关值的位置作为同步点，该同步头捕获方法不但寻找到了同步点，同时还可以掌握收发两段频率偏移量的变化情况，能够在极低信噪比、大频偏情况下实现同步捕获，简单易行。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现。一种短波通信极低信噪比下同步头捕获方法，包括以下步骤：步骤1，发射端的待发送同步信息序列经二进制移相键控调制后得到发送序列X，所述发送序列X经高斯信道进行传输，由于收发两端的载波频率不完全相同，存在一个随时间变化的频率误差f(t)，则在接收端获得接收序列R；其中，所述发送序列X在发射端称为同步序列，在接收端称为本地序列；步骤2，对所述接收序列R以任意采样点进行截取，得截取的接收序列；对所述截取的接收序列和所述本地序列分别进行等长的分段，得到Q段本地序列X＝(X1,…,Xq,…,XQ)和Q段接收序列R＝(R1,…,Rq,…,RQ)；其中，Q为分段数；步骤3，根据所述Q段接收序列中的每一段接收序列Rq与对应的一段本地序列Xq，进行相关后计算对应的快速傅立叶变换后的序列，确定所述快速傅立叶变换后的序列中的幅值最大值，从而得到Q段幅值最大值；步骤4，对所述Q段幅值最大值进行求和，将求和后的值作为截取的接收序列的峰值；步骤5，遍历所述接收序列R的每个采样点，重复步骤2-4，得到每个采样点对应的峰值，从而得到峰值曲线，选择峰值曲线中峰值最大值对应的采样点作为整个接收序列R的同步起点。进一步的，步骤1具体为：所述发送序列为X＝(x1,…,xn,…,xN)，xn＝±1；所述发送序列经高斯信道进行传输，则在接收端获得接收序列为R＝(r1,…,rn,…,rN)；其中：其中，表示频偏对发送符号xn的影响；表示第n个符号附加相位的大小，两符号时间间隔为秒，Rsym为符号传输速率；φ0为序列的初始相位；i为虚数单位；wn表示噪声对发送符号xn的影响，wn为服从均值为0方差为σ2的正态分布的二维噪声采样值。进一步的，步骤3包含以下子步骤：子步骤3.1，令索引变量i＝1；子步骤3.2，基于快速傅里叶的同步算法，得到第i段幅值最大值vi及vi对应的频偏fi；子步骤3.3，令索引变量i依次增加1，若i≤Q，则跳转入子步骤3.2，否则进入步骤4；经子步骤3.1、3.2、3.2后，可以得到Q段幅值最大值v1,…,vq,…vQ。进一步的，子步骤3.2中，基于快速傅里叶的同步算法具体为：根据接收序列R＝(r1,…,rn,…,rN)和本地序列X＝(x1,…,xn,…,xN)构造准正弦信号序列其中对所述准正弦信号序列进行N点快速傅立叶变换，得快速傅里叶变换后的序列，从快速傅里叶变换后的序列中寻找幅值最大值及幅值最大值对应的频偏；同理求得Q段幅值最大值v1,…,vq,…vQ及对应的频偏f1,…,fq,…,fQ。进一步的，步骤4中，求和的公式为：将求和后的值vmax作为截取的接收序列的峰值；构造频偏向量f＝(f1,…,fq,…,fQ)。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术旨在解决短波通信在极端恶劣的环境以及收发两端存在频偏的情况下同步头难以捕获这一问题，通信过程中由于收发两方相对运动，以及恶劣的通信环境而造成的双方频率偏移量随时间变化从而使得在接收信号中寻找同步头变得愈发困难；在找到信息起点后，接收方才能够对接收信息进行后续的均衡、解调等工作。本专利技术将本地同步序列进行分段，在接收的信号中对分段序列进行相关，并进行快速傅里叶变换，得到每段相关值(即幅值最大值)，而后对每段相关值进行求和，最后将求和后具有最大相关值的位置作为同步点；本专利技术不但寻找到了同步点，同时还可以掌握收发两段频率偏移量的变化情况，能够在极低信噪比、大频偏情况下实现同步捕获，方法简单，有利于工程实现。附图说明下面结合附图和具体实施例对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种短波通信极低信噪比下同步头捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，发射端的待发送同步信息序列经二进制移相键控调制后得到发送序列X，所述发送序列X经高斯信道进行传输，由于收发两端的载波频率不完全相同，存在一个随时间变化的频率误差f(t)，则在接收端获得接收序列R；其中，所述发送序列X在发射端称为同步序列，在接收端称为本地序列；/n步骤2，对所述接收序列R以任意采样点进行截取，得截取的接收序列；对所述截取的接收序列和所述本地序列分别进行等长的分段，得到Q段本地序列X＝(X

【技术特征摘要】
1.一种短波通信极低信噪比下同步头捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，发射端的待发送同步信息序列经二进制移相键控调制后得到发送序列X，所述发送序列X经高斯信道进行传输，由于收发两端的载波频率不完全相同，存在一个随时间变化的频率误差f(t)，则在接收端获得接收序列R；其中，所述发送序列X在发射端称为同步序列，在接收端称为本地序列；
步骤2，对所述接收序列R以任意采样点进行截取，得截取的接收序列；对所述截取的接收序列和所述本地序列分别进行等长的分段，得到Q段本地序列X＝(X1,…,Xq,…,XQ)和Q段接收序列R＝(R1,…,Rq,…,RQ)；其中，Q为分段数；
步骤3，根据所述Q段接收序列中的每一段接收序列Rq与对应的一段本地序列Xq，进行相关后计算对应的快速傅立叶变换后的序列，确定所述快速傅立叶变换后的序列中的幅值最大值，从而得到Q段幅值最大值；
步骤4，对所述Q段幅值最大值进行求和，将求和后的值作为截取的接收序列的峰值；
步骤5，遍历所述接收序列R的每个采样点，重复步骤2-4，得到每个采样点对应的峰值，从而得到峰值曲线，选择峰值曲线中峰值最大值对应的采样点作为整个接收序列R的同步起点。


2.根据权利要求1所述的短波通信极低信噪比下同步头捕获方法，其特征在于，步骤1具体为：所述发送序列为X＝(x1,…,xn,…,xN)，xn＝±1；所述发送序列经高斯信道进行传输，则在接收端获得接收序列为R＝(r1,…,rn,…,rN)；其中：



其中，表示频...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，陈测库，李子墨，田杰，王小军，仇妙月，
申请(专利权)人：西安烽火电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61