机载数据链协同组网时频联合频偏补偿算法制造技术

本发明专利技术提供了一种针对机载数据链的时频联合频偏估计算法，该算法考虑了机机之间的相对高速移动达几马赫、高传输速率、高可靠性的实际应用场景，以高估计范围、高估计精度、低实现复杂度为设计准则，针对算法提出了由长导频段、数据分帧、短导频组成的帧结构，并综合考虑了频域估计算法高估计范围、低估计精度和时域估计算法低估计范围和高估计精度，提出了一种新的时频联合估计算法，该算法既可以实现频域估计算法的高估计范围，又可以兼顾时域估计算法的高估计精度。实际应用显示，该算法的解调译码性能较好，具备切实应用性。具备切实应用性。具备切实应用性。

【技术实现步骤摘要】
机载数据链协同组网时频联合频偏补偿算法


[0001]本专利技术涉及数字信号处理领域，具体涉及的是机载数据链协同组网项目的时频联合多普勒频偏补偿算法。

技术介绍

[0002]当前复杂的国际形势对我国的国防事业提出了新的要求，在信息化时代，及时准确的信息对于准确的制定作战计划、防御计划有着至关重要的作用，这就要求国防预警机制与时俱进。传统的地面雷达受地球曲度、地形干扰和固定位置影响，探测搜索高度、面积受限，难以满足当前预警机制的要求，因此搭载探测设备的预警机应运而生。然而单一的预警机虽然克服了地面雷达的缺点，但自身也存在着监测范围小、飞行速度慢、易被侦察、有效传输数据速率低、灵活性机动性差、工作模式单一等缺点，因此科研人员们提出使用预警机和无人机配合组网来完善预警机的性能，这就形成了机载数据链。
[0003]机载数据链在国防领域取得了较大的进展，但是由于收发双方晶振频率的不稳定性和飞机相对较高的移动速度，就会导致接收机接收到的信号与所需信号产生频率偏移，我们称之为多普勒频偏。多普勒频偏的产生注定会对接收端的解调译码性能产生极大影响，因此需要一种高精度和大范围的频率估计算法来补偿多普勒频偏。现有的多普勒频偏补偿算法一部分聚焦于频域估计，一部分聚焦于时域估计，频域估计方法估计范围较大，但估计精度受FFT的频率分辨率限制，难以实现高精度估计；时域估计方法一般采用自相关、互相关法等，虽然可以极大的接近克拉美劳界，但难以达到频域方法的估计范围。基于此，本专利技术提出使用时频联合频偏补偿算法，以此兼顾估计范围和估计精度。r/>
技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种针对机载数据链特征的时频联合频偏补偿算法，能够满足机载数据链协同组网的高多普勒频偏、高通信速率、长通信距离、高可靠性的要求。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案包括如下步骤：
[0006]步骤1：通过Matlab仿真软件仿真算法的可行性、可靠性和实现方案。根据数据速率、多普勒频偏、信噪比、误码率，设计长导频长度、数据分帧长度和短导频长度，并将长、短导频存储至FPGA的ROM中，用于发射端组帧，同时在FPGA接收端ROM同步存储导频经由GMSK调制后的信息，用于去调制。
[0007]步骤2：经由加性高斯白噪声信道传输，接收端对接收到的信号做匹配滤波和精确的定时同步等预处理。随后对长导频和短导频进行去调制操作。
[0008]步骤3：对长导频做FFT，并搜索频谱周期图峰值位置坐标。
[0009]步骤4：根据步骤3的FFT峰值和频谱细化，执行m
‑
rife算法，计算出粗频偏估计值。
[0010]步骤5：根据步骤4的粗频偏估计结果对长导频和短导频做第一次多普勒频偏补偿。
[0011]步骤6：对执行步骤5的长导频和短导频做基于导频的时域相位间接估计算法，即
分别对前后导频做相位计算和累加，通过相位增量和间隔采样点数计算出精频偏估计值。
[0012]步骤7：根据步骤4和步骤6的频偏估计结果对数据分帧做频偏补偿，从而进行后续的数字信号处理操作。
[0013]有益效果：
[0014]1、本专利技术充分考虑了机载数据链高动态、高速率、高通信可靠性、高抗干扰的需求，提出了针对机载数据链特征的时频联合频偏补偿算法，该算法兼顾了频域估计算法的高估计范围和时域估计算法的高估计精度，有着较高的应用价值。
[0015]2、本专利技术提出了一种高精度的时域相位间接估计算法，该算法与其他时域算法相比，具备硬件实现的低复杂度和资源的低耗用量。仅利用一个LUT和加法器即可实现算法，其中LUT用于计算相位，加法器用于相位累加和相位增量计算，随后采取截位的方法即可计算出精估计频偏值。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例提供的一种机载数据链协同组网时频联合频偏补偿算法流程图；
[0017]图2为本专利技术实施例提供的一种帧结构。
具体实施方式
[0018]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0019]本专利技术提供了机载数据链协同组网时频联合频偏补偿算法，其流程如图1所示，包括如下步骤：
[0020]步骤1、根据Matlab仿真结果设计导频长度和数据长度，将未调制导频和调制后导频存入ROM中，用于发射端组帧和接收端去调制。发射端对信道编码后的数据做分帧处理，按照长导频、数据分帧、短导频、数据分帧、短导频
……
结构组成如图2所示的一个超帧，送入GMSK调制器，并经由DAC、天线发射。
[0021]步骤2、信号经由加性高斯白噪声信道传输和接收天线、ADC等模块处理，进入信号处理流程。在经过匹配滤波和精确的定时同步等预处理后，对导频做去调制操作。
[0022]本实施例中采用GMSK调制，则调制后的信号可以表示为：
[0023]S(t)＝e
jΦ(t，α)
[0024][0025]假设信号经由理想的高斯白噪声信道传输并且在接收端经过匹配滤波器和位同步等操作，接收到的信号可以表示为：
[0026][0027]经由去调制和采样，可以得到分析模型：
[0028][0029]步骤3、信号经由定时同步后，可以得出长导频所处的位置，对长导频做FFT，其中
FFT的点数按照下式计算：
[0030][0031]并标记周期谱峰值和峰值左右两根谱线，用于后续的m
‑
rife计算。
[0032]步骤4、运用频谱细化和m
‑
rife方法进行第一次粗频偏估计。根据频谱细化后的最大值与最小值比值与阈值的关系来确定采用双线rife法还是三线补充rife法进行频偏估计。
[0033][0034]步骤5、根据步骤4的计算结果对长短导频进行粗多普勒频偏补偿，以使得其满足时域方法估计范围。
[0035][0036]步骤6、对由步骤5补偿后的导频序列做时域相位间接估计算法，即相位估计和相位累加，得出相位增量，并计算出精估计频偏值。
[0037][0038][0039]进一步有：
[0040][0041]进而计算出精估计频偏值：
[0042][0043]步骤7、根据步骤4和步骤6的计算值得出总频偏f
d
＝f
d1
+f
d2
,对数据帧复乘该频率信号后，即可实现多普勒频偏补偿，并进行后续的解调译码等信号处理流程。
[0044]综上，以上仅为本专利技术的较佳实例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围，凡在本
专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种时频联合频偏估计算法，算法包括帧结构设计、FFT、m
‑
rife插值算法做频偏粗估计、粗频偏补偿、基于导频的时域相位间接估计算法做频偏精估计、精频偏补偿。步骤1：帧结构设计包括由m序列生成长导频段、数据分帧、m序列生成短导频段，并根据实际需求增加若干组数据分帧和短导频；步骤2：经由帧同步和定时同步后，进入载波同步模块。载波同步模块内先对长导频段和短导频段去调制，即复除ROM内存储的先验信息；步骤3：对长导频段做若干点数的FFT，并搜索频谱峰值位置；步骤4：使用m
‑
rife方法做频谱细化，根据不同的频谱细化后的比值，选择相应公式计算出粗频偏估计值；步骤5：对缓存的长导频段和短导频段做第一次粗频偏估计补偿；步骤6：做基于导频的时域相位间接估计。对第一次频偏补偿后的长导频、短导频分别求相位平均值，用短导频的相位均值减去长导频的相位均值，并根据公式计算出精频偏估计值；步骤7：根据步骤4和步骤6计算出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建明，郭德淳，张宪威，李蕊，陈宁，赵阳，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：