载波频偏估计方法及装置与流程

1.本发明涉及一种载波频偏估计方法及装置。


背景技术：

2.针对不同的信号类型，载波频偏估计算法可分为闭环同步算法和开环同步算法。对于连续信号(如gnss信号)，通常采用闭环同步算法；对于短时突发信号，如新型卫星授时与定位服务(satellites time and location，stl)，传统的闭环跟踪算法则不再适用，需采用开环同步算法。开环载波同步算法根据是否使用训练序列可分为数据辅助式载波同步算法和非数据辅助式载波同步算法，而根据去除数据调制方式的不同，又可分为数据辅助算法、判决引导算法以及非数据辅助算法。现有的开环载波同步算法，如m&m算法、kay算法、fitz算法等，均无法兼顾载波频偏估计精度和估计范围，因此难以满足低轨卫星，多普勒范围大，变化快的应用场景。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种载波频偏估计方法及装置。
4.为实现上述发明目的，本发明提供一种载波频偏估计方法及装置，方法包括以下步骤：
5.a、获取符号及时间同步信息，并根据符号及时间同步信息进行自相关运算；
6.b、对载波频偏进行粗估计；
7.c、生成粗载波频偏补偿后的自相关运算结果；
8.d、对载波频偏进行精估计；
9.e、结合粗估计和精估计的结果对载波频偏进行估计。
10.根据本发明的一个方面，在所述步骤(a)中，获取符号yi及时间同步信息，并对符号yi进行去调制，生成去调制后的符号根据去调制后的符号生成自相关运算结果
11.其中，i表示第i个符号，n为进行自相关运算采用的符号数，k为整数，满足1≤k≤n-1，m为调制阶数。
12.符号及时间同步信息，具体可按如下方式获取：
13.首先，接收机天线接收的信号经过射频前端处理输出数字中频信号；然后，对数字中频信号进行下变频，生成数字基带信号；最后，对数字基带信号进行时间同步，生成符号及时间同步信息。
14.根据本发明的一个方面，在所述步骤(b)中，根据自相关运算结果rm(k)计算k＝1时的自相关运算结果rm(1)及其辐角θ1＝arg[rm(1)]，生成载波频偏粗估计值
[0015]
其中，ts为符号时间长度。
[0016]
根据本发明的一个方面，在所述步骤(c)中，根据载波频偏粗估计值生成粗载波频偏修正量δ，并生成粗载波频偏补偿后的自相关运算结果
[0017]
根据本发明的一个方面，在所述步骤(d)中，根据粗载波频偏补偿后的自相关运算结果生成自相关运算结果和并计算k＝l时的自相关运算结果和r
sum
(l)及其辐角θ
l
＝arg[r
sum
(l)]，生成载波频偏精估计值
[0018]
其中，k＝1,2,
…
,n，l为1到n之间预设的一个固定值。
[0019]
通常设置l＝n/2，此时载波频偏估计精度最高。
[0020]
根据本发明的一个方面，在所述步骤(e)中，根据载波频偏粗估计值和载波频偏精估计值生成载波频偏估计值
[0021]
载波频偏估计装置，包括：
[0022]
符号获取模块，用于获取符号yi；
[0023]
自相关运算模块，用于根据符号yi生成自相关运算结果rm(k)；
[0024]
载波频偏粗估计模块，用于根据自相关运算结果rm(k)生成载波频偏粗估计值
[0025]
频偏补偿自相关运算模块，用于根据自相关运算结果rm(k)和载波频偏粗估计值生成粗载波频偏补偿后的自相关运算结果
[0026]
载波频偏精估计模块，用于根据粗载波频偏补偿后的自相关运算结果生成载波频偏精估计值
[0027]
载波频偏计算模块，用于根据载波频偏粗估计值和载波频偏精估计值生成载波频偏估计值
[0028]
根据本发明的一个方面，所述自相关运算模块包括：
[0029]
去调制模块，用于对符号yi进行去调制，生成去调制后的符号其中，m为调制阶数；
[0030]
自相关运算结果生成模块，用于根据去调制后的符号生成自相关运算结果
[0031]
根据本发明的一个方面，所述载波频偏粗估计模块包括：
[0032]rm
(1)计算模块，用于计算k＝1时的自相关运算结果rm(1)；
[0033]rm
(1)辐角计算模块，用于计算自相关运算结果rm(1)的辐角θ1＝arg[rm(1)]；
[0034]
载波频偏粗估计值计算模块，用于根据辐角θ1生成载波频偏粗估计值
其中，ts为符号时间长度。
[0035]
根据本发明的一个方面，所述频偏补偿自相关运算模块包括：
[0036]
粗载波频偏修正量计算模块，用于根据载波频偏粗估计值生成粗载波频偏修正量δ；
[0037]
自相关运算结果补偿模块，用于根据自相关运算结果rm(k)和粗载波频偏修正量δ生成粗载波频偏补偿后的自相关运算结果
[0038]
所述载波频偏精估计模块包括：
[0039]rsum
(k)生成模块，用于根据粗载波频偏补偿后的自相关运算结果生成自相关运算结果和
[0040]rsum
(l)计算模块，用于计算k＝l时的自相关运算结果和r
sum
(l)；
[0041]rsum
(l)辐角计算模块，用于计算自相关运算结果和r
sum
(l)的辐角θ
l
＝arg[r
sum
(l)]；
[0042]
载波频偏精估计值计算模块，用于根据辐角θ
l
生成载波频偏精估计值
[0043]
根据本发明的构思，针对现有载波频偏估计方法估计范围小的问题，结合低轨卫星短时突发信号特征，提出一种载波频偏估计方案，通过将粗频偏估计与精频偏估计相结合，在几乎不影响载波频偏估计精度的同时，有效提高载波频偏估计范围，并且直接对自相关运算结果rm(k)进行粗载波频偏补偿，从而有效降低处理复杂度，以解决现有算法难以兼顾载波频偏估计精度和估计范围的问题。
附图说明
[0044]
图1示意性表示本发明的一种实施方式的载波频偏估计方法的流程图；
[0045]
图2示意性表示本发明的一种实施方式的载波频偏估计装置的原理框图；
[0046]
图3示意性表示本发明的一种实施方式的载波频偏估计方法的效果图(左为现有技术，右为本发明)。
具体实施方式
[0047]
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0048]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
[0049]
参见图1，本发明的载波频偏估计方法，首先获取符号及时间同步信息，并根据符号及时间同步信息进行自相关运算，然后对载波频偏进行粗估计，生成粗载波频偏补偿后
的自相关运算结果，并对载波频偏进行精估计，最后结合粗估计和精估计的结果对载波频偏进行估计，具体如下：
[0050]
首先，获得符号yi及其时间同步信息后，根据符号yi生成自相关运算结果rm(k)。具体的，先根据符号yi及时间同步信息进行去调制，生成去调制后的符号其中，i表示第i个符号，n为进行自相关运算采用的符号数，k为整数，满足1≤k≤n-1，m为调制阶数。然后，根据去调制后的符号生成自相关运算结果
[0051]
然后，根据自相关运算结果rm(k)生成载波频偏粗估计值具体的，根据自相关运算结果rm(k)，计算k＝1时的自相关运算结果rm(1)。根据自相关运算结果rm(1)，计算自相关运算结果rm(1)的辐角θ1＝arg[rm(1)]。根据辐角θ1生成载波频偏粗估计值其中，ts为符号时间长度。
[0052]
随后，根据自相关运算结果rm(k)和载波频偏粗估计值生成粗载波频偏补偿后的自相关运算结果具体的，根据载波频偏粗估计值生成粗载波频偏修正量δ。根据自相关运算结果rm(k)和粗载波频偏修正量δ生成粗载波频偏补偿后的自相关运算结果
[0053]
再根据粗载波频偏补偿后的自相关运算结果生成载波频偏精估计值具体的，根据粗载波频偏补偿后的自相关运算结果生成自相关运算结果和计算k＝l时的自相关运算结果和r
sum
(l)，计算自相关运算结果和r
sum
(l)的辐角θ
l
＝arg[r
sum
(l)]。根据辐角θ
l
生成载波频偏精估计值其中，k＝1,2,
…
,n，l为1到n之间预设的一个固定值。
[0054]
最后，根据载波频偏粗估计值和载波频偏精估计值生成载波频偏估计值
[0055]
本发明的载波频偏估计装置，包括：符号获取模块，用于获取符号yi；自相关运算模块，用于根据符号yi生成自相关运算结果rm(k)；载波频偏粗估计模块，用于根据自相关运算结果rm(k)生成载波频偏粗估计值频偏补偿自相关运算模块，用于根据自相关运算结果rm(k)和载波频偏粗估计值生成粗载波频偏补偿后的自相关运算结果载波频偏精估计模块，用于根据粗载波频偏补偿后的自相关运算结果生成载波频偏
精估计值载波频偏计算模块，用于根据载波频偏粗估计值和载波频偏精估计值生成载波频偏估计值
[0056]
本发明中，自相关运算模块包括：去调制模块，用于根据符号yi进行去调制，生成去调制后的符号其中，m为调制阶数；自相关运算结果生成模块，用于根据去调制后的符号生成自相关运算结果
[0057]
本发明中，载波频偏粗估计模块包括：rm(1)计算模块，用于根据自相关运算结果rm(k)，计算k＝1时的自相关运算结果rm(1)；rm(1)辐角计算模块，用于根据自相关运算结果rm(1)，计算自相关运算结果rm(1)的辐角θ1＝arg[rm(1)]；载波频偏粗估计值计算模块，用于根据辐角θ1生成载波频偏粗估计值其中，ts为符号时间长度。
[0058]
本发明中，频偏补偿自相关运算模块包括：粗载波频偏修正量计算模块，用于根据载波频偏粗估计值生成粗载波频偏修正量δ；自相关运算结果补偿模块，用于根据自相关运算结果rm(k)和粗载波频偏修正量δ生成粗载波频偏补偿后的自相关运算结果
[0059]
本发明中，载波频偏精估计模块包括：r
sum
(k)生成模块，用于根据粗载波频偏补偿后的自相关运算结果生成自相关运算结果和r
sum
(l)计算模块，用于根据自相关运算结果和r
sum
(k)计算k＝l时的自相关运算结果和r
sum
(l)；r
sum
(l)辐角计算模块，用于根据自相关运算结果和r
sum
(l)，计算自相关运算结果和r
sum
(l)的辐角θ
l
＝arg[r
sum
(l)]；载波频偏精估计值计算模块，用于根据辐角θ
l
生成载波频偏精估计值
[0060]
参见图2，本发明的载波频偏估计装置在使用时，首先，自相关运算模块根据符号yi经去调制、自相关运算生成自相关运算结果rm(k)。然后，载波频偏粗估计模块根据自相关运算结果rm(k)计算k＝1时的自相关运算结果rm(1)，辐角模块计算rm(1)的辐角θ1，载波频偏粗估计值计算模块根据辐角θ1生成载波频偏粗估计值随后，粗载波频偏修正量计算模块根据载波频偏粗估计值生成粗载波频偏修正量δ，自相关运算结果补偿模块根据自相关运算结果rm(k)和粗载波频偏修正量δ生成粗载波频偏补偿后的自相关运算结果再由r
sum
(k)生成模块根据粗载波频偏补偿后的自相关运算结果生成自相关运算结果和r
sum
(k)，r
sum
(l)计算模块根据自相关运算结果和r
sum
(k)，计算k＝l时的自相关运算结果和r
sum
(l)，r
sum
(l)辐角计算模块根据自相关运算结果和r
sum
(l)，计算自相关运算结果和r
sum
(l)的辐角θ
l
，载波频偏精估计值计算模块根据辐角θ
l
生成
载波频偏精估计值最后，载波频偏计算模块根据载波频偏粗估计值和载波频偏精估计值生成载波频偏估计值
[0061]
参见图3，其示出了载波频偏fe分别为25hz、75hz、150hz、250hz时采用现有载波频偏估计方法和本发明的载波频偏估计性能曲线。由于载波频偏越大，则载波频偏估计性能越差，而fe＝150hz和fe＝250hz时则超出了现有方法的频偏估计范围，使得其估计结果错误。而本发明的载波频偏估计方法则可以在载噪比较高时，准确估计fe＝150hz和fe＝250hz的载波频偏，且保持了较高的估计精度，并大幅提高载波频偏估计范围，从而降低了对捕获精度的要求。
[0062]
综上所述，本发明的载波频偏估计方案，针对现有载波频偏估计方法估计范围小的问题，通过将粗频偏估计与精频偏估计相结合，可在几乎不影响载波频偏估计精度的同时，有效提高载波频偏估计范围，可应用于卫星通信、卫星导航等领域的短时突发信号载波频偏估计。
[0063]
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。