一种基于延时自相关的高动态多普勒频偏及频偏变化率估计方法.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CN106603451A(43)申请公布日2017.04.26(21)申请号201611241283.4(22)申请日2016.12.29(71)申请人西安空间无线电技术研究所地址710100陕西省西安市长安区西街150号(72)发明人唐文照魏振胡秘王乐张婉怡(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人安丽(51)Int.Cl.H04L27/00(2006.01)H04B1/7075(2011.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称一种基于延时自相关的高动态多普勒频偏及频偏变化率估计方法(57)摘要一种基于延时自相关的高动态多普勒频偏及频偏变化率估计方法，是对高动态低信息速率的扩频信号进行频率锁定以及捕获的一种有效的方法。低信息速率高动态扩频信号产生的多普勒频偏以及多普勒频偏变化率非常大，使得扩频信号的捕获及跟踪的难度提高了。本方法通过平方法将高动态扩频接收信号进行去调制，去除扩频码的影响，然后利用延时自相关的方法获得频偏和频偏变化率，辅助高动态扩频信号的捕获。极大的提高了低信息速率高动态扩频信号的可接收频偏及频偏变化率范围，使高速及超高速飞行器等平台能够建立抗干扰能力强的扩频通信链路。CN106603451ACN106603451A权利要求书1/2页1.一种基于延时自相关的高动态多普勒频偏及频偏变化率估计方法，其特征在于：包括步骤如下j2πfct(1)首先，将本地载波e与s(t)相乘进行下变频，然后滤波去除高频分量fc，得到基带信号s1(t)；s(t)为接收到的高动态扩频信号，如下：式中，c(t)为伪码，d(t)为数据符号，f0为s(t)的起始频偏，fc为s(t)的载波频率，m为频率变化率，t表示时间；得到基带信号s1(t)，如下：(2)利用平方法消除扩频信号s1(t)的数据和扩频码的影响，得到r1(t)，如下：(3)将r1(t)进行延时自相关，得到r1(t)的延时子相关函数R(τ)，如下：设信号s(t)观测时间为T，对信s(t)号进行离散采样，采样间隔为Δt，采样点数为2N，将r1(t)离散化得到r1(n)，r1(n)分为两个长度相等的序列，r2(n)对应前N点，r3(n)对应后N点；它们具有相同的频偏变化率和不同的起始频偏；r2(n)的起始频偏为f0，r3(n)的起始频偏为延时T/2后起始频偏f1，表示为得到R(τ)的离散化表示R(n,τ)：R(n,τ)＝ej4π(ΔfNΔt)(5)式中，Δf＝f1-f0，对R(n,τ)做N点FFT估计出Δf，则频偏变化率m的粗略估计值为：式中，τ＝T/2；先由上式(6)计算出m(4)再构造出中间变量x(n)：对x(n)进行FFT，估计出扩频信号s(t)的起始频偏估计值。2.根据权利要求1所述的一种基于延时自相关的高动态多普勒频偏及频偏变化率估计方法，其特征在于：步骤(4)构造出中间变量x(n)，对x(n)进行FFT，估计出扩频信号s(t)的起始频偏估计值，具体步骤如下：(1)将r1(t)的离散化表示为r1(n)：(2)将r1(n)与相乘，得到中间变量x(n)：2CN106603451A权利要求书2/2页(3)对x(n)进行FFT，即可得到f0，也就是扩频信号s(t)的起始频偏估计值m。3CN106603451A说明书1/4页一种基于延时自相关的高动态多普勒频偏及频偏变化率估计方法技术领域[0001]本发明涉及一种基于延时自相关的高动态多普勒频偏及频偏变化率估计方法，属于扩频通信技术领域。背景技术[0002]扩频信号的多普勒频移是由接收机和发射机之间在两者连线上的相对运动引起的。由于多普勒效应，接收机实际接收信号的中心频率一般不再等于信号被发射时的标称频率。[0003]在高动态下，要考虑运动载体的速度、加速度，这是通信过程中载波存在多普勒频移的原因。卫星通信中一般采用Costas环路或平方环等结构的锁相环(PLL)同步环路。这类PLL同步环路工作在低信噪比条件下时，同步性能较好，但若是跟踪高动态信号(大多普勒频移范围和变化率)，则要看跟踪环路带宽是否足够，而PLL环路变宽后，其对输入噪声的消除能力将会变差，跟踪精度降低。高动态下，还可能出现输入信号和本地信号的频差超出PLL同步带，造成环路失锁的情况。[0004]目前高动态下的解决方案：一种是为接收机提供惯性导航系统的速率辅助，提供多普勒频移的先验知识，使接收机可以正常工作；另外一种是研究频率估计算法，并将算法嵌入到载波环路内，使其更适合高动态环境下扩频信号的跟踪和接收。可以采用锁频环和锁相环相结合的方法，先通过FLL的频率跟踪，较快的消除大部分多普勒频移的影响，再转用PLL环路精确跟踪相位，当动态增强时，再用FLL跟踪，重复这个过程，并