一种基于格型滤波Burg谱估计算法的低轨卫星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CN110927750A(43)申请公布日2020.03.27(21)申请号201911156117.8(22)申请日2019.11.22(71)申请人中科院计算技术研究所南京移动通信与计算创新研究院地址211100江苏省南京市南京人工智能产业园6号楼副楼1-3层(72)发明人潘孟冠王本庆苏泳涛胡金龙石晶林(74)专利代理机构南京泰普专利代理事务所(普通合伙)32360代理人窦贤宇(51)Int.Cl.G01S19/25(2010.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种基于格型滤波Burg谱估计算法的低轨卫星多普勒频偏捕获方法(57)摘要本发明提出了一种基于格型滤波Burg谱估计算法的低轨卫星多普勒频偏捕获方法，该方法利用Burg算法对接收信号的功率谱进行估计，在低信噪比下估计分辨率和精度比基于快速傅里叶变换的周期图法高，另外，所提出的基于格型滤波的Burg谱估计算法利用了格型滤波器的时间迭代思想，通过引入遗忘因子，将传统Burg算法的块处理方式转变为流处理方式，在每个采样点更新一次自适应回归模型参数，且仅需要用到前一个采样点的相关计算结果，整个计算过程随着时间而迭代进行，因此能够随着多普勒频偏的变化自适应调整AR模型参数，从而适用于低轨卫星多普勒时变的场景，并且这种流处理方式也易于在现场可编程门阵列中实现。CN110927750ACN110927750A权利要求书1/2页1.一种基于格型滤波Burg谱估计算法的低轨卫星多普勒频偏捕获方法，其特征在于，包括如下步骤：初始化：自适应回归模型AR，AR模型阶数p，遗忘因子β，中间计算结果Cm(0)＝0，Dm(0)＝0，gm(0)＝0，m＝1，...，p；下面的过程对每个采样点n依次进行：输入：当前采样点x(n)，前一采样点的计算结果Cm(n-1)，Dm(n-1)，gm(n-1)，Km(n-1)，m＝1，...，p；步骤1，初始化当前点的前、后向预测误差f、g：f0(n)＝g0(n)＝x(n)且令m＝1；步骤2，更新前后向预测误差：步骤3，求解中间系数：步骤4，求反射系数：步骤5，计算AR模型参数：步骤6：令m←m+1，并重复步骤2至步骤5，直至阶数迭代完成，即m＝p；步骤7：根据AR模型参数，按照下式计算当前点的Burg功率谱：2其中，σ为信号功率，fs为采样频率，Δt＝1/fs为采样间隔；步骤8：根据计算的Burg功率谱进行谱峰搜索，估计出频偏输出：当前采样点处的频偏2.根据权利要求1所述的一种基于格型滤波Burg谱估计算法的低轨卫星多普勒频偏捕获方法，其特征在于：由于多普勒捕获需要的是功率谱峰值对应的频偏，对功率谱细节的反映要求不高，因此使用的AR模型阶数p可以取的较低，如p＝2。3.根据权利要求1所述的一种基于格型滤波Burg谱估计算法的低轨卫星多普勒频偏捕获方法，其特征在于：由于多普勒捕获需要的是谱峰对应的频偏，因此不必完整计算出Burg谱，谱峰搜索的过程可简化为：2CN110927750A权利要求书2/2页4.根据权利要求1所述的一种基于格型滤波Burg谱估计算法的低轨卫星多普勒频偏捕获方法，其特征在于：对典型低轨卫星多普勒变化曲线,所提方法能够实现多普勒频偏的实时动态估计，且低Es/NO(-2dB)时，误差在5％符号速率以内。5.根据权利要求1所述的一种基于格型滤波Burg谱估计算法的低轨卫星多普勒频偏捕获方法，其特征在于：对于典型卫星通信数据帧，能够在8ms以内完成频偏的捕获，随后能够对变化的频偏实现动态跟踪。6.根据权利要求1所述的一种基于格型滤波Burg谱估计算法的低轨卫星多普勒频偏捕获方法，其特征在于：所提算法的捕获频偏的均方根误差在Es/NO＝-2～-1dB时，能达到5％符号速率以下，捕获精度能满足接收机频偏预补偿需求。3CN110927750A说明书1/5页一种基于格型滤波Burg谱估计算法的低轨卫星多普勒频偏捕获方法技术领域[0001]本发明涉及卫星通信系统物理层信号处理领域，尤其是涉及低轨卫星的多普勒频率捕获问题，属于卫星通信与信号处理领域。背景技术[0002]低轨卫星的轨道高度低，其相对于地面静止目标本身就具有极高的相对运动速度，当地面终端也处于高速运动状态时，两者的相对运动速度就更高了；另外，卫星绕地心作圆周运动，其相对于地面终端的径向速度是时变的。因此，地面终端接收到的卫星信号不仅仅具有较大的多普勒频偏，且多普勒频偏具有时变性。这些因素均给接收机中位同步、帧同步、载波同步的实现带来了挑战。为解决此问题，低轨卫星系统的接收机需在ADC之后、无任何先验的情况下进行多普勒频偏的捕获，并利用捕获的频偏对接收信号进行频偏预补偿，以降低频偏对后续模块的影响。[0003