专利名称：基于循环谱理论的ds/fh扩频信号参数估计方法
技术领域：
本发明属于通信信号处理领域，涉及循环谱理论和拼接方法，可用于直接序列/ 频率跳变Ds/ra扩频信号的参数估计。
背景技术：
DS/ra扩频通信系统由于结合了直接序列扩频DS和跳频扩频ra的优势，克服了它们二者的一些缺点，同时具有低截获概率、抗窄带干扰强、抗远近效应及抗多径效应强等优点，现已被广泛应用于军事通信领域。随着DS/ 扩频技术的发展与完善，针对该类信号的检测和参数估计已成为通信对抗领域亟待解决的问题。自上个世纪80年代Geraniotis等人详细分析了 DS/ 信号的性能，使得混合扩频信号的研究逐渐成为研究的热点。但对于Ds/ra信号的研究主要局限于系统的理论分析及仿真、信道容量分析、伪码的快速捕获以及同步方面，而在盲检测与参数估计方法的文献并不多见。信号检测与参数估计理论中通常会将信号和噪声建模为统计参数不随时间变换的平稳随机过程，而实际上将它们建模为周期平稳过程或准周期平稳过程这种建模更符合当代通信信号的特性。对于周期平稳过程可以用循环谱密度函数来表征，利用循环谱理论可以实现对信号的检测、分类及参数估计。1988年W. A. Gardner等提出了用循环谱密度分析方法来截获信号特征。循环谱可以对平稳噪声有很好的抑制，对干扰也可以在循环谱平面分开，因而有较好的检测效果。2003年谢志远等人提出了一种新的非线性变换——时域拼接变换。2007年朱攀结合载频检测和率线检测，利用拼接技术提高了 DS/ 信号参数估计的性能，并对拼接技术进行了详细介绍和研究。利用循环谱理论虽然可以实现对信号的检测及参数估计，但由于DS/ra扩频信号其时域频率的跳变，使得供检测的样本长度变短，致使DS/ra扩频信号参数估计的性能下降，使得单利用循环谱估计的精度和稳定性大大下降。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于循环谱理论的DS/ra 扩频信号参数估计方法，以提高DS/ra信号参数估计的准确性和稳定性，从而提高参数估计的性能。实现上述目的的技术方案是利用循环谱理论和拼接方法，对原始信号进行预处理，增加供检测的样本长度，从而提高DS/ra扩频信号参数估计的性能。具体步骤包括如下1)对于接收到的DS/ra扩频信号X(t)，利用循环谱理论进行载频和码速率的预估计；2)利用预估计出的载频和码速率对DS/ra扩频信号进行分割提取，将DS/ra扩频信号分割成N路不同频率的信号X' (t)；
3)通过拼接方法把N路不同频率的信号X' (t)变频为频率均为f； WN路信号 Y'⑴；4)将N路频率相同的信号Y' (t)按照接收到的顺序在进行叠加，得到拼接后的信号Z(t)；5)对拼接后的信号Z (t)，利用循环谱理论进行载频和码速率的最终估计。本发明具有如下优点
1.本发明采用循环谱理论和拼接方法进行参数估计的方法其过程可行性高，并且可以有效地提高参数估计的准确率，且有效地减小了估计误差，提高了 Ds/ra参数估计性能，2.本发明采用的拼接方法，将DS/ra信号转变为DS信号来处理，不仅克服了短数据信号检测造成估计性能下降的缺点，并且在保留原有信息的基础上，可精确的估计出DS/ FH信号的参数，从整体上提升了 Ds/ra信号检测的性能。3.本发明采用循环谱理论进行参数估计的方法，循环谱具有压制噪声和抗干扰的性质，同时利用循环谱密度函数可以在信噪比高的背景下实现信号参数估计。循环谱密度函数包含了载频和码速率二者的信息，根据信号的循环谱密度函数在频率f = 0处的包络， 便可以估计出信号的载频和码速率，提高了利用效率。
图1是本发明基于循环谱理论的参数估计的总流程图；图2是本发明使用的拼接方法子流程图；图3为DS/ra扩频信号的循环谱密度函数在频率f = 0处的包络图；图4为经过拼接后信号的循环谱密度函数在频率f = 0处的包络图；图5为DS/ra信号X(t)与拼接后信号Z (t)的载频估计正确率对比图；图6为DS/ 信号X(t)与拼接后信号Z(t)的载频估计归一化均方根误差对比图；图7为DS/ 信号X(t)与拼接后信号Z (t)的码速率估计正确率对比图；图8为DS/ 信号X(t)与拼接后信号Z(t)的码速率估计归一化均方根误差对比图。
具体实施例方式一.基础理论介绍i.i)DS/ra 扩频理论DS/ra扩频系统可看作是一个载频频率作周期性跳变的直接序列系统。采用DS/ FH扩频方式能够大大提高扩频系统的性能，并且通信隐蔽性好、抗干扰能力强。DS/FH扩频信号采用BPSK调制方式，该扩频信号模型可表示为
权利要求
1.一种基于循环谱理论的直接序列/频率跳变DS/FH扩频信号参数估计方法，包括如下步骤D对于接收到的Ds/ra扩频信号x(t)，利用循环谱理论进行载频和码速率的预估计；2)利用预估计出的载频和码速率对DS/ra扩频信号进行分割提取，将DS/ra扩频信号分割成Ν路不同频率的信号χ' (t)；3)通过拼接方法把N路不同频率的信号X'(t)变频为频率均为& WN路信号 Y'⑴；4)将N路频率相同的信号Y'(t)按照接收到的顺序在进行叠加，得到拼接后的信号 Z(t)；5)对拼接后的信号Z(t)，利用循环谱理论进行载频和码速率的最终估计。
2.根据权利要求1所述的Ds/ra扩频信号参数估计方法，其中步骤1)所述的对于接收到的DS/ 扩频信号X(t)，利用循环谱理论进行载频和码速率预估计，按以下步骤进行la)对接收到的DS/ra扩频信号，利用循环谱密度函数Sa (f)性质，计算DS/ra扩频信号频率f = O处的包络(/ = 0)1，α代表循环频率，f代表频率；ib)通过峰值搜索，找出包络0)1上幅值较大的一系列谱峰对应的循环频率；Ic)找出幅值最大值对应的循环频率求得预估计的载频，计算最大值和次大值之间的距离即为预估计的码速率。
3.根据权利要求1所述的DS/ra扩频信号参数估计方法，其中步骤2)所述的利用预估计出的载频和码速率对DS/FH扩频信号进行分割提取，按以下步骤进行2a)将预估计出的载频&作为中心频率，将预估计出的码速率fd作为带宽，设计第一组带通滤波器组Fi, i = 1，2，L，N，N为跳频点数;2b)把Ds/ra扩频信号通过第一组带通滤波器组进行滤波，得到N路频率分别为f1; f2， L，fN的单频信号X'⑴。
4.根据权利要求1所述的Ds/ra扩频信号参数估计方法，其中步骤3)所述的通过拼接方法把N路不同频率的信号X' (t)变频为频率均为&的N路信号Y' (t)，按以下步骤进行3a)对分割提取后的N路不同频率的信号X' (t)进行下变频处理，即用该信号X' (t) 与比该信号X' (t)频率相差一个中频频率&的信号η (t)相乘，得到下变频处理后的信号 Y(t)；3b)将中频频率&作为中心频率，将码速率fd作为带宽，设计第二组带通滤波器组 F' i = 1，2，L，N，N 为跳频点数;3c)将下变频处理后的信号Y(t)通过这第二组带通滤波器组进行滤波，滤除2倍频率分量，得到N路频率均为&的信号Y' (t)。
5.根据权利要求1所述的DS/ra扩频信号参数估计方法，其中步骤5)对拼接后的信号 Z(t)，利用循环谱理论进行载频和码速率最终估计，按以下步骤进行5a)对拼接后的信号Z(t)，利用循环谱密度函数Sa (f)性质，计算拼接后的信号Z(t) 频率f = 0处的包络|K(/ = 0)|;5b)通过峰值搜索，找出包络|H/ = 0)1上幅值较大的一系列谱峰对应的循环频率；5c)找出幅值最大值对应的循环频率得最终估计的载频，计算最大值和次大值之间的距离得最终估计的码速率，该最终估计的载频和码速率为DS/ra扩频信号的最终估计参数。
6.根据权利要求2所述的DS/ra扩频信号参数估计方法，其中步骤Ic)所述的找出幅值最大值对应的循环频率求得预估计的载频，是指利用包络(/ = 0)1上一系列谱峰对应的循环频率为载频的2倍的关系，求得载频集为(/=0)1上的一系列谱峰对应的循环频率的1/2，得出预估计的载频的大小。
7.根据权利要求2所述的DS/ 扩频信号参数估计方法，其中步骤Ic)所述的计算最大值和次大值之间的距离得预估计的码速率，是利用包络(/ = 0)1上幅值最大值对应的循环频率减去次大值对应的循环频率，所得结果的绝对值即为预估计的码速率的大小。
8.根据权利要求5所述的DS/ra扩频信号参数估计方法，其中步骤5c)所述的找出幅值最大值对应的循环频率求得最终估计的载频，是指利用包络(/=o)|上幅值最大时对应的循环频率为载频的2倍的关系，求得载频为IH/= 0)1上幅值最大时对应的循环频率的1/2，得出最终估计的载频的大小。
9.根据权利要求5所述的DS/ra扩频信号参数估计方法，其中步骤5c)所述的计算最大值和次大值之间的距离得最终估计的码速率，是利用包络In/= 0)1上幅值最大值对应的循环频率减去次大值对应的循环频率，所得结果的绝对值即为最终估计的码速率的大小。
全文摘要
本发明公开了一种基于循环谱理论和拼接技术的直接序列/频率跳变DS/FH扩频信号参数估计方法，主要解决现有DS/FH扩频信号参数估计性能低的问题。其实现步骤是首先利用循环谱理论对DS/FH扩频信号，进行载频和码速率的预估计；然后利用预估计出来的载频和码速率，对DS/FH扩频信号进行分割提取；再对分割提取出来的各路信号进行拼接处理；最后再利用循环谱理论对拼接后的信号，进行载频和码速率的最终估计。本发明具有强的抗干扰能力，参数估计的准确率高，能有效地减小估计误差的优点，可用于对通信信号的处理。
文档编号H04L25/03GK102158248SQ201110052658
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者姬红兵, 赵玉柱, 金艳 申请人:西安电子科技大学