基于相關(guān)波動(dòng)的boc信號(hào)參數(shù)盲估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種基于相關(guān)波動(dòng)的BOC信號(hào)的偽碼周期及其副載波速率盲估計(jì)處理方法，屬于信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法通過(guò)波動(dòng)相關(guān)方法在不同相關(guān)積分時(shí)延下可以做出對(duì)BOC信號(hào)多個(gè)參數(shù)的估計(jì)。當(dāng)相關(guān)積分時(shí)延比較大時(shí)，可以對(duì)信號(hào)的偽碼周期進(jìn)行估計(jì)。當(dāng)相關(guān)積分時(shí)延比較小時(shí)，可以估計(jì)出BOC信號(hào)的副載波速率參數(shù)。該方法收斂速度較快，估計(jì)精度較好，克服了譜相關(guān)方法非線性運(yùn)算復(fù)雜的問(wèn)題以及不能估計(jì)偽碼周期的問(wèn)題。本方法可以在低信噪比下較準(zhǔn)確地估計(jì)偽碼周期即副載波速率，從而對(duì)該信號(hào)的后續(xù)處理以及細(xì)微特征分析具有重要意義。
【專利說(shuō)明】基于相關(guān)波動(dòng)的BOC信號(hào)參數(shù)盲估計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及導(dǎo)航通信信號(hào)處理，具體為一種基于相關(guān)波動(dòng)的二進(jìn)制偏置載波調(diào)制(Binary-Offset-Carrier, B0C)信號(hào)的偽碼周期及其副載波速率盲估計(jì)問(wèn)題。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的普及和發(fā)展，新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中廣泛采用了 BOC調(diào)制技術(shù)，例如最新一代的Galileo和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)以及我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。根據(jù)最新Galileo空間信號(hào)接口控制文檔，10種Galileo導(dǎo)航信號(hào)中就有8種采用了 BOC調(diào)制或者改進(jìn)的BOC調(diào)制。與伽利略系統(tǒng)的設(shè)計(jì)類似，美國(guó)的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中新增加的M碼軍用信號(hào)也采用了 BOC調(diào)制方式，軍用信號(hào)與民用信號(hào)分離傳輸，提高了軍用信號(hào)的安全性。一般的直擴(kuò)信號(hào)的大多數(shù)能量都集中在載波頻率附近，而B(niǎo)OC信號(hào)經(jīng)過(guò)偽碼擴(kuò)頻后又與方波副載波進(jìn)行調(diào)制，使得信號(hào)呈現(xiàn)裂譜特性，即頻譜分布在載波頻率兩側(cè)，可以有效解決頻段共用信號(hào)之間的相互干擾。同時(shí)BOC信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)存在多個(gè)副瓣峰值，因此它具有較強(qiáng)的抗多路徑效應(yīng)能力和良好的跟蹤性能，并且副瓣峰值的個(gè)數(shù)與偽碼速率和副載波速率的比值有關(guān)。
[0003]由于導(dǎo)航頻段越來(lái)越擁擠，軍用信號(hào)和民用信號(hào)在頻譜上需要分離以減小相互干擾，而B(niǎo)OC調(diào)制方式可以實(shí)現(xiàn)頻譜分離的特性，可以有效地解決頻段共用信號(hào)之間的相互干擾。并且BOC調(diào)制良好的自相關(guān)特性對(duì)于導(dǎo)航用相關(guān)特性來(lái)測(cè)量延時(shí)和距離有很重要的意義。正是由于其獨(dú)特的頻譜分裂特性以及自相關(guān)多峰特性，使得各國(guó)現(xiàn)代化發(fā)展中的導(dǎo)航系統(tǒng)中使用BOC調(diào)制方式。不僅如此，隨著通信頻段信號(hào)的逐漸擁擠，在未來(lái)的移動(dòng)通信領(lǐng)域，將同樣需要用到BOC調(diào)制技術(shù)。
[0004]綜上所述，BOC調(diào)制是未來(lái)通信中非常重要的一種調(diào)制方式，因此對(duì)BOC調(diào)制信號(hào)的研究成為了非常重要的研究課題，對(duì)BOC調(diào)制直擴(kuò)信號(hào)的研究主要包括副載波速率，偽碼速率，偽碼周期以及偽碼的提取，這對(duì)于用于信號(hào)解調(diào)、信息安全、電子對(duì)抗以及對(duì)信號(hào)進(jìn)行捕獲和跟蹤都具有重要作用。
[0005]針對(duì)二進(jìn)制偏置載波調(diào)制(Binary-Offset-Carrier, B0C)信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法正處在研究階段，由于BOC信號(hào)是在原有的直擴(kuò)信號(hào)基礎(chǔ)上，再加上一個(gè)二進(jìn)制副載波(以正弦或余弦信號(hào)為參數(shù)的符號(hào)函數(shù))，使得其擴(kuò)頻波形發(fā)生改變，因此這種信號(hào)的參數(shù)檢測(cè)和估計(jì)變得更復(fù)雜困難。目前還沒(méi)有文獻(xiàn)對(duì)BOC信號(hào)的偽碼周期和副載波速率進(jìn)行有效估計(jì)，因此研究BOC信號(hào)偽碼周期和副載波速率盲估計(jì)具有重要的意義。
[0006]目前針對(duì)BOC信號(hào)的分裂頻譜特性及信號(hào)的同步和捕獲有較多的研究，而對(duì)該信號(hào)的參數(shù)估計(jì)研究比較少。文獻(xiàn)(張?zhí)祢U.基于譜相關(guān)的BOC調(diào)制信號(hào)參數(shù)估計(jì).華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，41)公開(kāi)一種利用了循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)的譜相關(guān)理論對(duì)BOC信號(hào)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了該信號(hào)的參數(shù)估計(jì)，雖然該方法的估計(jì)性能優(yōu)異，但其計(jì)算量較大，不適合實(shí)際應(yīng)用并且該方法未能估計(jì)信號(hào)的偽碼周期。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)估計(jì)信號(hào)的偽碼周期時(shí)計(jì)算量大等方面的缺陷，提出一種相關(guān)波動(dòng)的方法，解決BOC信號(hào)偽碼周期及副載波速率估計(jì)的難題，克服了譜相關(guān)方法運(yùn)算復(fù)雜的問(wèn)題，同時(shí)利用對(duì)多組信號(hào)進(jìn)行波動(dòng)相關(guān)后累加平均降低噪聲對(duì)偽碼周期及副載波速率估計(jì)的影響，進(jìn)而使得相關(guān)波動(dòng)法能在較低信噪比下完成對(duì)BOC信號(hào)的偽碼周期以及副載波速率盲估計(jì)。
[0008]本發(fā)明利用BOC信號(hào)sB (t)是一個(gè)平穩(wěn)過(guò)程，如果平穩(wěn)過(guò)程sB(t)是一個(gè)周期函數(shù)，那么該平穩(wěn)過(guò)程的自相關(guān)函數(shù)也為周期函數(shù)，且兩者周期相同；若平穩(wěn)過(guò)程sB(t)含有一個(gè)周期分量，那么其自相關(guān)函數(shù)含有一個(gè)相同的周期分量。當(dāng)自相關(guān)積分時(shí)間較大時(shí)，Vs( τ )可能會(huì)在偽碼周期整數(shù)倍的位置出現(xiàn)尖脈沖，通過(guò)檢測(cè)各個(gè)脈沖之間的距離就可以對(duì)偽碼周期進(jìn)行估計(jì)，且出現(xiàn)的尖脈沖較大，即該方法的偽碼周期的估計(jì)性能較好。當(dāng)自相關(guān)積分時(shí)間較小時(shí)，Vs(T)可能會(huì)在副載波碼片寬度整數(shù)倍的位置出現(xiàn)尖脈沖，通過(guò)檢測(cè)第一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的頻率就可以對(duì)副載波碼片寬度進(jìn)行估計(jì)，當(dāng)在檢測(cè)副載波碼片寬度時(shí)，因?yàn)門s較小，其時(shí)域處理性能不是很好，因此可通過(guò)將時(shí)域變換到頻率的方法提高估計(jì)性能，即對(duì)自相關(guān)二階矩進(jìn)行傅立葉變換。由于Ts較小，因此其傅立葉變換后的頻譜中的脈沖幅度會(huì)增大，其脈沖間的間隔也會(huì)增大，此時(shí)傅立葉變換的起到了信號(hào)能量聚焦的作用。最后通過(guò)譜線的位置可以估計(jì)出副載波碼片寬度進(jìn)而估計(jì)出副載波速率。
[0009]一種基于波動(dòng)相關(guān)的BOC信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，包括以下步驟:對(duì)接收信號(hào)按相同的時(shí)間長(zhǎng)度(該時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)包含兩個(gè)及兩個(gè)以上的信息碼)進(jìn)行分段；選取較大的自相關(guān)積分時(shí)間為第一自相關(guān)積分時(shí)間(一般最優(yōu)選取信息碼時(shí)間長(zhǎng)度的一到三倍)一個(gè)信息碼的時(shí)間長(zhǎng)度作為自相關(guān)積分時(shí)間)，對(duì)每段信號(hào)做自相關(guān)二階矩運(yùn)算；對(duì)得到的所有自相關(guān)二階矩進(jìn)行累加平均；對(duì)每次累加平均后的自相關(guān)二階矩進(jìn)行譜峰搜索，求出相鄰譜峰之間的間隔；直到間隔在預(yù)定時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，此時(shí)獲得的間隔即是偽碼序列周期Tb ;選取較小的自相關(guān)積分時(shí)間為第二自相關(guān)積分時(shí)間(一般最優(yōu)選取副載波碼片時(shí)間長(zhǎng)度的四到八倍)一個(gè)副載波碼片的時(shí)間長(zhǎng)度)，對(duì)每段信號(hào)做自相關(guān)二階矩運(yùn)算后，再進(jìn)行FFT變換；對(duì)每次FT變換后的結(jié)果進(jìn)行累加平均；直到經(jīng)FFT變換所得功率譜中的第一條譜峰的位置在預(yù)定時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，則根據(jù)第一條譜峰所在位置估計(jì)副載波碼片寬度Ts，副載波速率為Rs = 1/(2TS)。當(dāng)自相關(guān)積分時(shí)間取較大值時(shí)，自相關(guān)估計(jì)的起伏度量Vs( τ )會(huì)在偽碼周期整數(shù)倍的位置出現(xiàn)尖脈沖，通過(guò)檢測(cè)各個(gè)脈沖之間的距離對(duì)偽碼周期進(jìn)行估計(jì)；當(dāng)自相關(guān)積分時(shí)間取較小值時(shí)，Vs(T)會(huì)在副載波碼片寬度整數(shù)倍的位置出現(xiàn)尖脈沖，通過(guò)檢測(cè)第一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的頻率對(duì)副載波碼片寬度進(jìn)行估計(jì)。根據(jù)公式:

【權(quán)利要求】
1.一種基于波動(dòng)相關(guān)的BOC信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟:對(duì)接收信號(hào)按相同的時(shí)間長(zhǎng)度進(jìn)行分段，該時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)至少包含兩個(gè)信息碼；選取第一自相關(guān)積分時(shí)間，對(duì)每段信號(hào)做自相關(guān)二階矩運(yùn)算，對(duì)得到的所有自相關(guān)二階矩進(jìn)行累加平均；對(duì)每次累加后的自相關(guān)二階矩進(jìn)行譜峰搜索，求出相鄰譜峰之間的間隔，直到間隔在預(yù)定時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，此時(shí)的間隔即是偽碼序列周期Tb;選取第二自相關(guān)積分時(shí)間，對(duì)每段信號(hào)做自相關(guān)二階矩運(yùn)算后，再做傅里葉FFT變換，對(duì)每次FFT變換后的結(jié)果進(jìn)行累加平均；直到經(jīng)FFT變換所得功率譜中的第一條譜峰的位置在預(yù)定時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，則根據(jù)第一條譜峰所在位置估計(jì)出副載波碼片寬度Ts，副載波速率為Rs = 1/(2TS)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計(jì)方法，其特征在于，選取略大于一個(gè)信息碼的時(shí)間長(zhǎng)度的時(shí)間作為第一自相關(guān)積分時(shí)間，選取略大于一個(gè)副載波碼片的時(shí)間長(zhǎng)度的時(shí)間為第二自相關(guān)積分時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計(jì)方法，其特征在于，當(dāng)自相關(guān)積分時(shí)間為第一自相關(guān)積分時(shí)間時(shí)，自相關(guān)估計(jì)的起伏度量Vs(T)會(huì)在偽碼周期整數(shù)倍的位置出現(xiàn)尖脈沖，通過(guò)檢測(cè)各個(gè)脈沖之間的距離對(duì)偽碼周期進(jìn)行估計(jì)；當(dāng)自相關(guān)積分時(shí)間為第二自相關(guān)積分時(shí)間時(shí)，自相關(guān)估計(jì)的起伏度量Vs(T)會(huì)在副載波碼片寬度整數(shù)倍的位置出現(xiàn)尖脈沖，通過(guò)檢測(cè)第一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的頻率對(duì)副載波碼片寬度進(jìn)行估計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中之一所述的估計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)公式:^(r) = ij；".v；(/).v；(/ _rV//對(duì)第i段信號(hào)做自相關(guān)二階矩運(yùn)算，獲得第i段信號(hào)的自相關(guān)估計(jì)值之M ,最后根據(jù)公式〖(⑴^紀(jì)祀⑴丨2確定自相關(guān)估計(jì)的起伏度量，其中，T表


H ?-η示積分時(shí)間，τ表示時(shí)延，為第i段基帶BOC信號(hào)，為第i段基帶BOC信號(hào)的的延時(shí)信號(hào)，Q表不BOC信號(hào)所分的段數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中之一所述的估計(jì)方法,其特征在于，當(dāng)時(shí)延τ=ITb時(shí)，對(duì)于基帶 BOC 信號(hào) Sb ⑴，根據(jù)公式 kjlTj = 士 J: ￡ baha? \p(t-nTh)fdt (I = i，2,3...}對(duì)每段



/ n-.-f-BOC信號(hào)做自相關(guān)運(yùn)算，其中，n，I為自然數(shù)，T表示積分時(shí)間，τ表示時(shí)延，bn，bn+1分別表示n，n+1時(shí)刻的信息碼幅值，Tb為信息碼寬度，Tc為偽碼碼片寬度且有Tb = MT。，p(t_nTb)表示寬度為Tb的矩形脈沖延時(shí)nTb個(gè)單位。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的估計(jì)方法，其特征在于，基帶BOC信號(hào)為:■%Μ=Σβ?€(卜》ζ)，式中，η是自然數(shù)3?是由信息碼，偽碼以及副載波三者調(diào)制得到的，q(t)為寬度為Ts的矩形脈沖。
【文檔編號(hào)】G01S19/37GK104199064SQ201410464858
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】張?zhí)祢U, 陽(yáng)銳, 張剛, 高超, 徐昕 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)