面向低信噪比和高动态场景的载波多普勒频偏捕获方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111901266A(43)申请公布日2020.11.06(21)申请号202010678004.0(22)申请日2020.07.14(71)申请人南京邮电大学地址210012江苏省南京市雨花台区宁双路28号(72)发明人张兆维殷俊池淼相雪惠静唐子轩陈苏南(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司32224代理人董建林(51)Int.Cl.H04L27/00(2006.01)G06K9/62(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图3页(54)发明名称面向低信噪比和高动态场景的载波多普勒频偏捕获方法(57)摘要本发明公开了一种面向低信噪比和高动态场景的载波多普勒频偏捕获方法，可以解决低信噪比和高动态场景下长时间信号累积导致的能量扩散问题。包括如下步骤：对接收到的L个扩频码元信号依次进行解扩处理；对每一个码元信号进行快速傅里叶变换；对L个码元信号进行非相干累积，得到累积结果；从累积结果中选出Nc个元素组成一个新的集合；计算聚类终止参数；对集合中的元素进行凝聚层次聚类，得到多个簇；计算每一个簇的大小；从所有簇中寻找最大的簇；计算最大簇中所有元素序号的平均值；根据平均值，得到多普勒频偏捕获结果。本发明利用聚类将多个信号元素聚为一个簇，重新累积已经扩散的信号能量，提高累积增益，从而有效地提高多普勒捕获概率。CN111901266ACN111901266A权利要求书1/3页1.一种载波多普勒频偏捕获方法，其特征在于，包括如下步骤：获取待确定多普勒频偏的载波信号，所述载波信号包括多个扩频码元信号；对各扩频码元信号分别进行解扩、离散化处理，得到相应的码元信号；对所述码元信号进行快速傅里叶变换，得到对应的频域向量；对所有频域向量进行非相干累积，获取累积结果；从所述累积结果中选取部分元素组成一个元素集合；确定聚类终止参数，并按照所述聚类终止参数对元素集合中的元素进行凝聚层次聚类；计算聚类后元素集合中元素对应簇的大小；根据所述簇的大小获取最大的簇；对所述最大的簇中的元素进行排列，获取排列后元素的序号；计算所述最大的簇中所有元素的序号平均值；根据所述序号平均值、FFT的点数和采样频率计算得到多普勒频偏。2.根据权利要求1所述的一种载波多普勒频偏捕获方法，其特征在于，定义经解扩和离散化处理后的第i个码元信号表示为：[i]x＝[x0,...,xN-1]，其中，第n个信号元素xn为：[i][i]式中，x为第i个码元信号，xn为x中的第n个信号元素，a是信号振幅，b是比特速率为rb的二进制码元数据信息，fs是采样频率，fd是码元上的多普勒初始频偏，fa是多普勒加速2度，是初始相位，wn是均值为0、方差为σ的高斯白噪声，N是一个码元信号的长度，j代表复数。3.根据权利要求1所述的一种载波多普勒频偏捕获方法，其特征在于，对码元信号进行快速傅里叶变换为，对各长度为N的码元信号进行快速傅里叶变换：式中，fft(·)表示快速傅里叶变换，I[i]表示第i个码元信号x[i]对应的频域向量，(0≤k≤Nf-1)表示其第k个元素，k为元素的序号。4.根据权利要求1所述的一种载波多普勒频偏捕获方法，其特征在于，定义载波信号包括L个扩频码元信号，则对所有频域向量进行非相关累计，所得累积结果为：[i]式中，|·|表示取绝对值，Ic表示累积结果，L为扩频码元信号的个数，I表示第i个码元信号x[i]对应的频域向量。5.根据权利要求1所述的一种载波多普勒频偏捕获方法，其特征在于，从累积结果Ic中选取前Nc个最大元素组成所述元素集合，表示为：2CN111901266A权利要求书2/3页其中，式中，是由Ic中Nc个元素组成的集合，Nc表示元素个数，为中的第i个元素，Ic,s(i)为Ic中的第s(i)个元素，s(i)表示在Ic中的序号，Ic表示累积结果。6.根据权利要求1所述的一种载波多普勒频偏捕获方法，其特征在于，所述聚类终止参数根据以下公式确定：式中，δ为聚类终止参数，L为扩频码元信号的个数，fa为多普勒加速度，Nf为FFT的点数，rb为比特速率，fs为采样频率。7.根据权利要求1所述的一种载波多普勒频偏捕获方法，其特征在于，所述凝聚层次聚类的过程包括：将元素集合中的每个元素作为一个簇，计算所有簇的簇间距离矩阵；获取所述距离矩阵中的最小元素；判断所述最小元素是否小于等于聚类终止参数；若小于则将最小元素对应的两个簇合并；更新合并后元素集合中簇之间的距离矩阵至最小元素大于聚类终止参数，得到聚类结果。8.根据权利要求1所述的一种载波多普勒频偏捕获方法，其特征在于，所述簇的大小的计算公式为：式中，Si为簇Ci的大小，为簇Ci所包含的元素。9.根据权利要求1所述的一种载波多普勒频偏捕获方法，其特征在于，所述序号