一种星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法及系统，其中，该方法包括如下步骤：得到含有载波频偏的信号；对去除噪声的信号进行最大似然估计得到频偏估计值和相偏估计值；进行二分法划分处理得到二分法划分处理后的频偏估计值；得到实际相偏；根据实际相偏得到下一个含有载波频偏的信号的相偏估计值，根据下一个含有载波频偏的信号的相偏估计值得到下一个含有载波频偏的信号的修正的相偏估计值，根据下一个含有载波频偏的信号的修正的相偏估计值得到下一个含有载波频偏的信号的修正的频偏修正值。本发明专利技术解决了在地面接收端初始扩跳频同步过程中，动态多普勒载波频偏估计误差随时间和码元数量增加而增大从而影响接收性能的问题。影响接收性能的问题。影响接收性能的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法及系统


[0001]本专利技术属于数字通信
，尤其涉及一种星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法及系统。

技术介绍

[0002]在扩跳频体制星地通信中，在地面接收系统中的载波同步阶段是一个非常关键的阶段。载波同步是指在相干解调时，接收机需要提供一个与发射机调制载波同频同相的相干载波，该载波获取过程即为载波同步。由于地面接收机与卫星之间存在相对运动，会引起多普勒频偏，会影响载波的捕获与跟踪性能，可能导致接收机解扩、解调无法完成。因此，通信系统能否有效工作，能否使解调结果达到要求的误码率精度，很大程度上依赖于系统载波同步性能的优劣。在星地通信过程中，由于星地时间非同源、信道噪声、信号类型以及多普勒效应等因素的影响，地面载波同步时的载波频率的估计值与接收信号的载波中心频率之间一般会存在一个差值，称为载波频偏。
[0003]对于扩跳频体制，地面接收通道需要将输入的中频信号依次进行ADC采样，然后对采样的数字信号进行数字变频(数字解跳)、匹配滤波、跳频和扩频同步、载波同步和BPSK解调，并利用帧同步码完成帧同步及去除相位模糊。解调结果被送往译码模块进行译码，最后将译码结果输出，送往后端进行数字信号处理。
[0004]目前在地面接收端跳频和扩频同步过程中，对载波频偏的估计并不精确，并且由于多普勒频偏加速度的原因，实际的频偏还是随时间随机变化的。由于频偏的存在使得解调出来的信号星座图发生了一定程度的扭转，这种现象会随着时间及码元数量的增加而越专利技术显。当接收到的中频信号存在更大频偏时，会对信号的解调产生严重的影响，导致无法完成接收端的解调流程。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法及系统，解决在地面接收端初始扩跳频同步过程中，动态多普勒载波频偏估计误差随时间和码元数量增加而增大从而影响接收性能的问题。
[0006]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：通过对接收中频信号的ADC采样、数字变频以及匹配滤波，完成载波的初始扩跳频同步，得到含有载波频偏的信号；步骤二：将步骤一中的含有载波频偏的信号去除掉噪声影响后得到去除噪声的信号；对去除噪声的信号进行最大似然估计，得到频偏估计值和相偏估计值步骤三：根据步骤一中得到的残留频偏Δf和步骤二中的频偏估计值进行二分法划分处理得到二分法划分处理后的频偏估计值；步骤四：对含有载波频偏的信号中的初始相位差θ通过预设的独特码来解相位模糊，根据相偏估
计值得到实际相偏；步骤五：根据实际相偏得到下一个含有载波频偏的信号的相偏估计值，根据下一个含有载波频偏的信号的相偏估计值得到下一个含有载波频偏的信号的修正的相偏估计值，根据下一个含有载波频偏的信号的修正的相偏估计值得到下一个含有载波频偏的信号的修正的频偏修正值。
[0007]上述星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法中，在步骤一中，含有载波频偏的信号的表达式如下：
[0008][0009]其中，Δf为残留频偏，T
b
为码元周期，n(k)～N(0,2σ2)为加性复高斯白噪声，其同相分量和正交分量的方差均为σ2，θ是初始相位差，A
k
是由于噪声影响而得的瞬时幅值，α
k
是由于噪声影响而附加的相位噪声，φ
k
是被调制的相位，φ
k
∈{0,π}，k为信号时域位置的整数，L为信号的最大长度。
[0010]上述星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法中，在步骤二中，频偏估计值为：
[0011][0012]其中，f为信号频率。
[0013]上述星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法中，在步骤二中，相偏估计值为：
[0014][0015]其中，r
k
′
为去除噪声的信号，k为信号时域位置的整数。
[0016]上述星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法中，在步骤三中，残留频偏Δf分布在
‑
f
max
～+f
max
之间，故在
‑
f
max
～+f
max
之间对Δf进行搜索，结合步骤二中频偏的最大似然估计表达式，若f
s1
＝f
max
/2的最大似然估计>f
s2
＝
‑
f
max
/2的最大似然估计，则令二分法估计值f
smid
＝f
s1
，否则令二分法估计值f
smid
＝f
s2
，到进行第n次计算时，精度达到了f
max
/2
n
，得到二分法划分处理后的频偏估计值其中，f
max
为最大频偏范围的绝对值，f
s1
为二分法过程中选取的第一个点，f
s2
为二分法过程中选取的第二个点，f
smid
为二分法得到的最大频偏估计值的绝对值。
[0017]上述星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法中，在步骤五中，下一个含有载波频偏的信号的相偏估计值的表达式为：
[0018][0019]其中，为下一个含有载波频偏的信号的相偏估计值，为经过搜索算法得到的含有载波频偏的信号的初始相偏估计值，为经过搜索算法得到的初始频偏估计值。
[0020]上述星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法中，在步骤五中，下一个含有载波频偏的信号的修正的相偏估计值的表达式为：
[0021][0022]其中，为下一个含有载波频偏的信号的相偏估计值，为下一个含有载波频偏的信号的修正的相偏估计值。
[0023]上述星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法中，在步骤五中，下一个含有载波频偏的信号的修正的频偏修正值的表达式为：
[0024][0025]其中，为经过搜索算法得到的初始频偏估计值，为下一个含有载波频偏的信号的修正的频偏修正值。
[0026]一种星地异源扩跳频载波捕获频率补偿系统，包括：第一模块，用于通过对接收中频信号的ADC采样、数字变频以及匹配滤波，完成载波的初始扩跳频同步，得到含有载波频偏的信号；第二模块，用于将第一模块中的含有载波频偏的信号去除掉噪声影响后得到去除噪声的信号；对去除噪声的信号进行最大似然估计，得到频偏估计值和相偏估计值第三模块，用于根据第一模块中得到的残留频偏Δf和第二模块中的频偏估计值进行二分法划分处理得到二分法划分处理后的频偏估计值；第四模块，用于对含有载波频偏的信号中的初始相位差θ通过预设的独特码来解相位模糊，根据相偏估计值得到实际相偏；第五模块，用于根据实际相偏得到下一个含有载波频偏的信号的相偏估计值，根据下一个含有载波频偏的信号的相偏估计值得到下一个含有载波频偏的信号的修正的相偏估计值，根据下一个含有载波频偏的信号的修正的相偏估计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：通过对接收中频信号的ADC采样、数字变频以及匹配滤波，完成载波的初始扩跳频同步，得到含有载波频偏的信号；步骤二：将步骤一中的含有载波频偏的信号去除掉噪声影响后得到去除噪声的信号；对去除噪声的信号进行最大似然估计，得到频偏估计值和相偏估计值；步骤三：根据步骤一中得到的残留频偏和步骤二中的频偏估计值，进行二分法划分处理得到二分法划分处理后的频偏估计值；步骤四：对含有载波频偏的信号中的初始相位差通过预设的独特码来解相位模糊，根据相偏估计值得到实际相偏；步骤五：根据实际相偏得到下一个含有载波频偏的信号的相偏估计值，根据下一个含有载波频偏的信号的相偏估计值得到下一个含有载波频偏的信号的修正的相偏估计值，根据下一个含有载波频偏的信号的修正的相偏估计值得到下一个含有载波频偏的信号的修正的频偏修正值。2.根据权利要求1所述的星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法，其特征在于：在步骤一中，含有载波频偏的信号的表达式如下：其中，Δf为残留频偏，T
b
为码元周期，n(k)～N(0,2σ2)为加性复高斯白噪声，其同相分量和正交分量的方差均为σ2，θ是初始相位差，A
k
是由于噪声影响而得的瞬时幅值，α
k
是由于噪声影响而附加的相位噪声，φ
k
是被调制的相位，φ
k
∈{0,π}，k为信号时域位置的整数，L为信号的最大长度。3.根据权利要求1所述的星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法，其特征在于：在步骤二中，频偏估计值为：其中，f为信号频率。4.根据权利要求1所述的星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法，其特征在于：在步骤二中，相偏估计值为：其中，r
′
k
为去除噪声的信号，k为信号时域位置的整数。5.根据权利要求1所述的星地异源扩跳频载波捕获频率补偿方法，其特征在于：在步骤三中，残留频偏Δf分布在
‑
f
max
～+f
max
之间，故在
‑
f
max
～+f
max
之间对Δf进行搜索，结合步骤二中频偏的最大似然估计表达式，若f
s1
＝f
max
/2的最大似然估计>f
s2
＝
‑
f
max
/2的最大似然估计，则令二分法估计值f
smid
＝f
s1
，否则令二分法估计值f
smid
＝f
s2
，到进行第n次计算时，精度达到了f

【专利技术属性】
技术研发人员：白力舸，方凯，焦荣惠，柴源，宋振飞，杨冬雪，李天然，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：