一种低轨卫星低信噪比高动态突发信号载波同步方法.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CN111698015A(43)申请公布日2020.09.22(21)申请号202010049145.6(22)申请日2020.01.16(71)申请人东方红卫星移动通信有限公司地址401135重庆市渝北区龙兴镇两江大道618号(72)发明人谷林海(74)专利代理机构重庆启恒腾元专利代理事务所(普通合伙)50232代理人万建(51)Int.Cl.H04B7/185(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种低轨卫星低信噪比高动态突发信号载波同步方法(57)摘要本发明涉及空天地海一体化通信技术领域，具体涉及一种低轨卫星低信噪比高动态突发信号载波同步方法；该方法采用前向结构逐级实现突发信号多普勒频偏、多普勒频偏变化率及载波相位参数估计及校正。通过FFT结合二次内差算法来提高多普勒频偏及频偏变化率的参数估计精度，以及利用线性内插的方式得到突信号的相位参数估计值，其估计精度能够在低轨卫星高动态低信噪比下获得较高的载波同步，且运算复杂度适中能够满足工程应用的需要。CN111698015ACN111698015A权利要求书1/2页1.一种低轨卫星低信噪比高动态突发信号载波同步方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1：假设已完成位同步及帧同步的信号为r(n)，让r(n)乘以长度N帧头导频已知导频符号c的共轭复数实现去调制，得到输出信号x(n)；S2：对去调制的导频符号x(n)作快速傅里叶变换FFT，得到其幅频响应|X(k)|，并对幅频响应|X(k)|取最大值max(|Rm(k)|)；S3：采用二次内差算法,进一步提高|X(k)|频谱能量最大值及相对应频率点的精度，其即为帧头导频更近似的频偏估计值；S4：让r(n)乘以长度N帧尾导频已知导频符号c的共轭复数实现去调制，得到新的输出信号x(n)，并再次执行步骤S2-S3的计算过程，得到帧尾导频更近似的频偏估计值S5：根据和得到多普勒频率变化率的估计值，利用得到的多普勒频偏及变化率的估计值对接收数据r(n)进行多普勒频偏及变化率校正，得到信号r1(n)；S6：将信号r1(n)通过M-PSK有效调制数据作非线性变换实现数据去调制，得到信号y(n)；S7：对信号y(n)做L点FFT变换得到Y(k)，其中k＝0,1,…,L-1，然后搜索Y(k)幅度最大处对应点k′max；S8：采用二次内差算法,进一步提高|Y(k)|频谱能量最大值及相对应频率点的精度，其为残余频偏更近似的频偏估计值；S9：利用频偏估计值对信号r1(n)残留频偏做进一步的精确校正，得到数据r2(n)；S10：将数据r2(n)分别与帧头及帧尾导频的共轭复数相乘，并且分别累加求和，得到帧头导频中点到帧尾导频中间点的相位增量估计值；S11：根据帧头导频中点的载波相位估计值和帧头导频中点到帧尾导频中间点的相位增量估计值，通过线性内插的方式得到突发数据帧r2(n)的载波相位为S12：对接收信号r2(n)进行相位校正，最终得到载波相位同步后的解调数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述快速傅里叶变换FFT，对输入信号x(n)作FFT后为X(k)，其计算表达式为：其中，n＝0,1,…,N-1，k为代表傅里叶变化后的第几个频谱点。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二次内差算法的步骤，包括：步骤A.通过FFT运算,得到其频谱能量最大值及相对应的频率点(fJ,zJ),以及相邻的频2CN111698015A权利要求书2/2页率点(fJ-1,zJ-1)、(fJ+1,zJ+1),利用这3点构成二次曲线z；步骤B.将上述3点代入二次曲线z，求出其系数a,b,c。通过求曲线z的最大值及其相应的频率点即为更近似的频偏估计值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述二次曲线z的计算表达式为：z＝af2+bf+c；所述频率点的计算表达式如下：其中，Δf为FFT运算的频率分辨率。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多普勒频率变化率的估计值计算表达式为：6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将信号r1(n)通过M-PSK有效调制数据作非线性变换实现数据去调制，对输入信号r1(n)作非线性变换得到输出信号y(n)，其计算表达M式为：y(n)＝r1(n)；其中，M为调制因子。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述幅频响应|X(k)|的计算表达式为：|X(k)|＝|FFT[x(n)]|，其中，k＝0,1,…,N-1；幅度最大处对应的离散频率表达式为：kmax＝[fpreamNTs]，其中，fpream表示帧头导频符号载波频偏，[*]表示取整数运算符，Ts为符号周期。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号r1(n)的计算