一种多路MSK信号载波频率估计方法、系统及应用技术方案

本发明专利技术属于无线通信技术领域，公开了一种多路MSK信号载波频率估计方法、系统及应用，所述多路MSK信号载波频率估计方法对接收频段进行扫描，得到各个信号的初步载波频率；对感兴趣的信号变频到中频，再对各路信号的符号速率和载波频率进行估计；联合幅度和相位估计结果，进行高精度载波频率估计。本发明专利技术的载波频率估计算法锁定到

【技术实现步骤摘要】
一种多路MSK信号载波频率估计方法、系统及应用


[0001]本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种多路MSK信号载波频率估计方法、系统及应用。

技术介绍

[0002]目前，随着通信技术的发展,电磁环境日益复杂。在复杂、瞬息万变的无线通信环境中实时感知、截获进而分析、识别和解析出无线通信信号，对通信对抗和信息感知意义重大。通信接收机解调信号时需要进行包含载波频率的调制信号参数的估计，其中，频率估计的结果，会影响到其他参数的估计结果以及信号的解调结果，该结果也直接决定了该系统的性能。并且，高精度的载波频率估计有助于高精度载波相位的估计，进而能够为实现高精度测距、定位及导航提供重要数据。
[0003]张俊涛等在《基于FPGA与Qsys的宽带高精度频率计的设计与实现》中实现了一种高精度频率估计算法，首先通过信号调理电路完成对信号的整形，然后利用FPGA进行脉冲计数，最后使用Qsys在FPGA上构建Nios II处理器对信号处理并在液晶屏显示，其结合了周期、占空比、时间间隔测量等功能展宽了频率估计的范围。张俊涛等人的提出的信号频率的估计方法，虽然利用三种测量方法的结合实现了宽带高精度频率估计，且对于不同频率的信号估计精度在0.1％
‑
0.002％，但其仅仅适用于单一频率的正弦波或者方波，无法完成具有一定瞬时带宽的调制信号的载波频率的估计。田增山等在《基于PLL环路的卫星QPSK载波调制信号相位跟踪算法》中，提出基于锁相环的相位跟踪算法，利用多路正交载波和二象反正切鉴相器获取到精确的相位差信息，形成闭合回路，实现了载波频率和相位的锁定与跟踪。田增山等人提出的基于锁相环的相位跟踪算法，代替了传统Costas环路并减小了进入稳态的时间，但该方法只适用于QPSK信号。
[0004]频率估计一直是决定通信系统质量的重要参数，高精度的频率估计具有重要意义。现有的频率估计技术大致分为以下几种：直接测频法、测周期法、基于PLL环路的相位跟踪方法和数字估计方法。直接测频法适用于高频信号的频率估计，在测量低频信号时误差较大，测周期法适用于低频信号的频率估计，在测量高频信号时误差较大，且两种方法均不适用于调制信号的载波频率估计。基于PLL环路的相位跟踪方法，该方法是利用锁相环使本地生成的信号与外部信号载波保持一致，以达到载波跟踪的目的，但是该方法不适于无载波分量的调制信号的载波频率估计。数字估计方法主要应用于调制信号的载波频率估计，其估计误差在0.1Hz附近，但对于需要相干载波进行解调以及利用高精度载波频率或者相位进行测距的系统，现有算法的载波频率估计精度是无法满足要求的。
[0005]MSK信号：最小频移键控(Minimum ShiftKeying)信号，是一种改变载波频率来传输信息的调制技术，是特殊的连续相位频移键控方式。载波频率估计：指对未知载波频率的调制信号的载波频率进行估计。瞬时带宽：在较小的时间内具有的带宽，调制信号的瞬时带宽都比较大，而正弦波或者方波的瞬时带宽都很小。
[0006]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的频率估计方法对MSK信号进
行载波频率估计时，不能估计，或者精度往往较低，或者无法完成MSK信号载波频率等调制参数的实时估计。
[0007]解决以上问题及缺陷的难度为：现有技术的缺点在于频率估计时，或者其精度不够，或者无法对具有一定带宽的MSK调制信号的载波频率进行估计，或无法实时高精度的估计频率，或不能同时对多路MSK信号载波频率进行估计。
[0008]解决以上问题及缺陷的意义为：可以同时对多路MSK信号的载波频率和相位进行实时高精度估计，其估计结果可以服务于无线测距、定位和导航。

技术实现思路

[0009]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种多路MSK信号载波频率估计方法、系统及应用。
[0010]本专利技术是这样实现的，一种多路MSK信号载波频率估计方法，所述多路MSK信号载波频率估计方法对接收频段进行扫描，得到各个信号的初步载波频率；对感兴趣的信号变频到中频，再对各路信号的符号速率和载波频率进行估计；联合幅度和相位估计结果，进行高精度载波频率估计。
[0011]进一步，所述多路MSK信号载波频率估计方法具体包括：
[0012]第一步，在宽带信号搜索模块中，对N1点FFT运算结果进行信号搜索，得到信号初步的载波频率，估计精度为Δf1；
[0013]第二步，调整各路中频变频模块对准中感兴趣的MSK信号，变频到中频f
m1
，得到窄带信号；
[0014]第三步，对窄带信号再次下变频到中频f
m2
、进行平方及N2点FFT，以估计更高精度的MSK调制信号的载波频率及相位和幅度、符号速率，其载波频率估计精度为Δf2；
[0015]第四步，根据信号的幅度测量信息提升载波频率估计的精度到f
step
；
[0016]第五步，根据系统要求的载波频率估计精度，确定观测时间，并通过相位估计的结果经滤波和累积后，提升载波频率估计精度至Δf
carry
，并通过对外接口每秒输出一次估计结果；同时，系统根据所得到的频率估计精度的变化，动态跟踪调整系统的工作状态。
[0017]进一步，所述第一步在宽带信号搜索模块中，对N1点FFT运算结果进行信号搜索，得到信号初步的载波频率，估计精度为Δf1包括：
[0018]将以采样率f
S1
采样得到的数据暂时保存，随后将数据输入至宽带N1点FFT模块，得到采样信号的频谱，其频谱分辨率Δf1由式(1)给出：
[0019][0020]采用能量检测法等相关算法，搜索频谱中信噪比大于M dB的信号，按信号能量大小从大到小排序，选取能量最大的前n路信号进入下一步窄带信号筛选。
[0021]进一步，所述第二步调整各路中频变频模块对准中感兴趣的MSK信号，变频到中频f
m1
，得到窄带信号具体包括：根据搜索结果，调整各路中频变频模块对应通道的本振，经混频滤波后，得到窄带中频信号；各通道均以秒脉冲上升沿作为数据开始记录时刻，每秒记录一次。
[0022]进一步，所述第三步对窄带信号再次下变频到中频f
m2
、进行平方及N2点FFT，以估计更高精度的MSK调制信号的载波频率及其相位和幅度、符号速率，载波频率估计精度为Δ
f2包括：
[0023]对窄带中频信号再次进行下变频，降低采样率到f
S2
，然后进行平方，再进行N2点的FFT运算，得到频谱分辨率为Δf2的频谱，频率分辨率由式(2)得到：
[0024]Δf2＝f
S2
/N2ꢀꢀꢀ
(2)
[0025]由MSK信号特征可知，得到的二次方频谱具有两根明显的谱线，该两根谱线和分别为MSK信号的两个子载波和频率的2倍，MSK信号的符号速率二次下变频后的MSK信号的载波频率MSK信号的载波频率幅度A
i
由式(3)给本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多路MSK信号载波频率估计方法，其特征在于，所述多路MSK信号载波频率估计方法对接收频段进行扫描，得到各个信号的初步载波频率；对感兴趣的信号变频到中频，再对各路信号的符号速率和载波频率进行估计；联合幅度和相位估计结果，进行高精度载波频率估计。2.如权利要求1所述的多路MSK信号载波频率估计方法，其特征在于，所述多路MSK信号载波频率估计方法具体包括：第一步，在宽带信号搜索模块中，对N1点FFT运算结果进行信号搜索，得到信号初步的载波频率，估计精度为Δf1；第二步，调整各路中频变频模块对准中感兴趣的MSK信号，变频到中频f
m1
，得到窄带信号；第三步，对窄带信号再次下变频到中频f
m2
、进行平方及N2点FFT，以估计更高精度的MSK调制信号的载波频率及其相位和幅度、符号速率，其载波频率估计精度为Δf2；第四步，根据信号的幅度测量信息提升载波频率估计的精度到f
step
；第五步，根据系统要求的载波频率估计精度，确定观测时间，并通过相位估计的结果经滤波和累积后，提升载波频率估计精度至Δf
carry
，并通过对外接口每秒输出一次估计结果；同时，系统根据所得到的频率估计精度的变化，动态跟踪调整系统的工作状态。3.如权利要求2所述的多路MSK信号载波频率估计方法，其特征在于，所述第一步在宽带信号搜索模块中，对N1点FFT运算结果进行信号搜索，得到信号初步的载波频率，估计精度为Δf1包括：将以采样率采样得到的数据暂时保存，随后将数据输入至宽带N1点FFT模块，得到采样信号的频谱，其频谱分辨率Δf1由式(1)给出：采用能量检测法等相关算法，搜索频谱中信噪比大于M dB的信号，按信号能量大小从大到小排序，选取能量最大的前n路信号进入下一步窄带信号筛选。4.如权利要求2所述的多路MSK信号载波频率估计方法，其特征在于，所述第二步调整各路中频变频模块对准中感兴趣的MSK信号，变频到中频f
m1
，得到窄带信号具体包括：根据搜索结果，调整各路中频变频模块对应通道的本振，经混频滤波后，得到窄带中频信号；各通道均以秒脉冲上升沿作为数据开始记录时刻，每秒记录一次。5.如权利要求2所述的多路MSK信号载波频率估计方法，其特征在于，所述第三步对窄带信号再次下变频到中频f
m2
、进行平方及N2点FFT，以估计更高精度的MSK调制信号的载波频率及其相位和幅度、符号速率，载波频率估计精度为Δf2包括：对窄带中频信号再次进行下变频，降低采样率到f
S2
，然后进行平方，再进行N2点的FFT运算，得到频谱分辨率为Δf2的频谱，频率分辨率由公式(2)给出：Δf2＝f
S2
/N2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)由MSK信号特征可知，得到的二次方频谱具有两根明显的谱线，该两根谱线和分别为MSK信号的两个子载波和频率的2倍，MSK信号的符号速率二次下变频后的MSK信号的载波频率MSK信号的载波频率及幅度
A
i
由式(3)给出；通过搜索N2点的FFT运算结果，得到极大值和并由式(3)计算得到MSK信号的载波频率、符号速率和载波幅度参数的估计值；式(3)中，|FFT(f)|表示在f频点处的FFT模值，为第i路的载波频率估计结果，为第i路的第一次变频的本帧，f
m1
为第一次变频的中频，f
m2
为第二次变频的中频，i取值1、2、...、n，n为系统能够并行处理的最大通道数。6.如权利要求2所述的多路MSK信号载波频率估计方法，其特征在于，所述第四步根据信号的幅度测量信息提升载波频率估计的精度到f
step
包括：在得到的MSK信号的频谱中，在一定范围内，以f
step
为步进，微调下变频的频率，记录每次的载波幅度A的值，并以其中最大的幅度A对应的载波频率为更高精度的载波...

【专利技术属性】
技术研发人员：何先灯，贾序同，张炜，易运晖，权东晓，朱畅华，陈南，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：