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

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

【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)以及我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。根據(jù)最新Galileo空間信號接口控制文檔，10種Galileo導(dǎo)航信號中就有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)計類似，美國的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中新增加的M碼軍用信號也采用了 BOC調(diào)制方式，軍用信號與民用信號分離傳輸，提高了軍用信號的安全性。一般的直擴(kuò)信號的大多數(shù)能量都集中在載波頻率附近，而BOC信號經(jīng)過偽碼擴(kuò)頻后又與方波副載波進(jìn)行調(diào)制，使得信號呈現(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之間的相互干擾。同時BOC信號的自相關(guān)函數(shù)存在多個副瓣峰值，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)航頻段越來越擁擠，軍用信號和民用信號在頻譜上需要分離以減小相互干擾，而BOC調(diào)制方式可以實現(xiàn)頻譜分離的特性，可以有效地解決頻段共用信號之間的相互干擾。并且BOC調(diào)制良好的自相關(guān)特性對于導(dǎo)航用相關(guān)特性來測量延時和距離有很重要的意義。正是由于其獨特的頻譜分裂特性以及自相關(guān)多峰特性，使得各國現(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，隨著通信頻段信號的逐漸擁擠，在未來的移動通信領(lǐng)域，將同樣需要用到BOC調(diào)制技術(shù)。
[0004]綜上所述，BOC調(diào)制是未來通信中非常重要的一種調(diào)制方式，因此對BOC調(diào)制信號的研究成為了非常重要的研究課題，對BOC調(diào)制直擴(kuò)信號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，這對于用于信號解調(diào)、信息安全、電子對抗以及對信號進(jìn)行捕獲和跟蹤都具有重要作用。
[0005]針對二進(jìn)制偏置載波調(diào)制(Binary-Offset-Carrier, B0C)信號參數(shù)估計方法正處在研究階段，由于BOC信號是在原有的直擴(kuò)信號基礎(chǔ)上，再加上一個二進(jìn)制副載波(以正弦或余弦信號為參數(shù)的符號函數(shù))，使得其擴(kuò)頻波形發(fā)生改變，因此這種信號的參數(shù)檢測和估計變得更復(fù)雜困難。目前還沒有文獻(xiàn)對BOC信號的偽碼周期和副載波速率進(jìn)行有效估計，因此研究BOC信號偽碼周期和副載波速率盲估計具有重要的意義。
[0006]目前針對BOC信號的分裂頻譜特性及信號的同步和捕獲有較多的研究，而對該信號的參數(shù)估計研究比較少。文獻(xiàn)(張?zhí)祢U.基于譜相關(guān)的BOC調(diào)制信號參數(shù)估計.華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013，41)公開一種利用了循環(huán)平穩(wěn)信號的譜相關(guān)理論對BOC信號進(jìn)行研究，實現(xiàn)了該信號的參數(shù)估計，雖然該方法的估計性能優(yōu)異，但其計算量較大，不適合實際應(yīng)用并且該方法未能估計信號的偽碼周期。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)估計信號的偽碼周期時計算量大等方面的缺陷，提出一種相關(guān)波動的方法，解決BOC信號偽碼周期及副載波速率估計的難題，克服了譜相關(guān)方法運算復(fù)雜的問題，同時利用對多組信號進(jìn)行波動相關(guān)后累加平均降低噪聲對偽碼周期及副載波速率估計的影響，進(jìn)而使得相關(guān)波動法能在較低信噪比下完成對BOC信號的偽碼周期以及副載波速率盲估計。
[0008]本發(fā)明利用BOC信號sB (t)是一個平穩(wěn)過程，如果平穩(wěn)過程sB(t)是一個周期函數(shù)，那么該平穩(wěn)過程的自相關(guān)函數(shù)也為周期函數(shù)，且兩者周期相同；若平穩(wěn)過程sB(t)含有一個周期分量，那么其自相關(guān)函數(shù)含有一個相同的周期分量。當(dāng)自相關(guān)積分時間較大時，Vs( τ )可能會在偽碼周期整數(shù)倍的位置出現(xiàn)尖脈沖，通過檢測各個脈沖之間的距離就可以對偽碼周期進(jìn)行估計，且出現(xiàn)的尖脈沖較大，即該方法的偽碼周期的估計性能較好。當(dāng)自相關(guān)積分時間較小時，Vs(T)可能會在副載波碼片寬度整數(shù)倍的位置出現(xiàn)尖脈沖，通過檢測第一個脈沖對應(yīng)的頻率就可以對副載波碼片寬度進(jìn)行估計，當(dāng)在檢測副載波碼片寬度時，因為Ts較小，其時域處理性能不是很好，因此可通過將時域變換到頻率的方法提高估計性能，即對自相關(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增大，其脈沖間的間隔也會增大，此時傅立葉變換的起到了信號能量聚焦的作用。最后通過譜線的位置可以估計出副載波碼片寬度進(jìn)而估計出副載波速率。
[0009]一種基于波動相關(guān)的BOC信號參數(shù)估計方法，包括以下步驟:對接收信號按相同的時間長度(該時間長度內(nèi)包含兩個及兩個以上的信息碼)進(jìn)行分段；選取較大的自相關(guān)積分時間為第一自相關(guān)積分時間(一般最優(yōu)選取信息碼時間長度的一到三倍)一個信息碼的時間長度作為自相關(guān)積分時間)，對每段信號做自相關(guān)二階矩運算；對得到的所有自相關(guān)二階矩進(jìn)行累加平均；對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)定時間內(nèi)保持穩(wěn)定，此時獲得的間隔即是偽碼序列周期Tb ;選取較小的自相關(guān)積分時間為第二自相關(guān)積分時間(一般最優(yōu)選取副載波碼片時間長度的四到八倍)一個副載波碼片的時間長度)，對每段信號做自相關(guān)二階矩運算后，再進(jìn)行FFT變換；對每次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)定時間內(nèi)保持穩(wěn)定，則根據(jù)第一條譜峰所在位置估計副載波碼片寬度Ts，副載波速率為Rs = 1/(2TS)。當(dāng)自相關(guān)積分時間取較大值時，自相關(guān)估計的起伏度量Vs( τ )會在偽碼周期整數(shù)倍的位置出現(xiàn)尖脈沖，通過檢測各個脈沖之間的距離對偽碼周期進(jìn)行估計；當(dāng)自相關(guān)積分時間取較小值時，Vs(T)會在副載波碼片寬度整數(shù)倍的位置出現(xiàn)尖脈沖，通過檢測第一個脈沖對應(yīng)的頻率對副載波碼片寬度進(jìn)行估計。根據(jù)公式:

【權(quán)利要求】
1.一種基于波動相關(guān)的BOC信號參數(shù)估計方法，其特征在于，包括以下步驟:對接收信號按相同的時間長度進(jìn)行分段，該時間長度內(nèi)至少包含兩個信息碼；選取第一自相關(guān)積分時間，對每段信號做自相關(guān)二階矩運算，對得到的所有自相關(guān)二階矩進(jìn)行累加平均；對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)定時間內(nèi)保持穩(wěn)定，此時的間隔即是偽碼序列周期Tb;選取第二自相關(guān)積分時間，對每段信號做自相關(guān)二階矩運算后，再做傅里葉FFT變換，對每次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)定時間內(nèi)保持穩(wěn)定，則根據(jù)第一條譜峰所在位置估計出副載波碼片寬度Ts，副載波速率為Rs = 1/(2TS)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計方法，其特征在于，選取略大于一個信息碼的時間長度的時間作為第一自相關(guān)積分時間，選取略大于一個副載波碼片的時間長度的時間為第二自相關(guān)積分時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計方法，其特征在于，當(dāng)自相關(guān)積分時間為第一自相關(guān)積分時間時，自相關(guān)估計的起伏度量Vs(T)會在偽碼周期整數(shù)倍的位置出現(xiàn)尖脈沖，通過檢測各個脈沖之間的距離對偽碼周期進(jìn)行估計；當(dāng)自相關(guān)積分時間為第二自相關(guān)積分時間時，自相關(guān)估計的起伏度量Vs(T)會在副載波碼片寬度整數(shù)倍的位置出現(xiàn)尖脈沖，通過檢測第一個脈沖對應(yīng)的頻率對副載波碼片寬度進(jìn)行估計。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中之一所述的估計方法，其特征在于，根據(jù)公式:^(r) = ij；".v；(/).v；(/ _rV//對第i段信號做自相關(guān)二階矩運算，獲得第i段信號的自相關(guān)估計值之M ,最后根據(jù)公式〖(⑴^紀(jì)祀⑴丨2確定自相關(guān)估計的起伏度量，其中，T表


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



/ n-.-f-BOC信號做自相關(guān)運算，其中，n，I為自然數(shù)，T表示積分時間，τ表示時延，bn，bn+1分別表示n，n+1時刻的信息碼幅值，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nTb個單位。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的估計方法，其特征在于，基帶BOC信號為:■%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】G01S19/37GK104199064SQ201410464858
【公開日】2014年12月10日 申請日期: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, 陽銳, 張剛, 高超, 徐昕 申請人:重慶郵電大學(xué)