[发明专利]高动态场景下载波频率捕获的方法和装置

权利要求书

1.一种高动态场景下载波频率捕获的方法，通过使用频率斜升估值算法对锁频环频率捕获进行辅助，使得锁频环快速入锁，从而实现高动态信号的快速捕获；包括如下步骤：

1)开环估值：使用开环频率斜升估值算法对接收信号进行频率斜升估计，得到频率斜升估计值α；

通过频率斜升估值算法得到频率斜升开环估计值α，首先进行频率斜升单样本估计，然后通过多样本累加得到频率斜升开环估计值；具体包括如下过程：

11)对于高动态通信环境，假定信道模型为加性高斯白噪声信道，调制方式为相移键控，接收信号的第k个采样值r_k表示为式1：

其中，E_s为信号能量；e为自然对数的底；j为虚数单位为均匀分布于-π，π之间的载波初始相偏；ω为多普勒频偏；R_s为符号速率；a为多普勒频率斜升；n_k为独立同分布的零均值加性复高斯随机变量；

12)频率斜升单样本估计的方法是通过求取的相角实现，其中，m≥1,n≥1，为接收符号的序号；是接收符号序列{r_k}中序号差为m的两个符号的共轭乘积；

13)共轭相乘结果的均值表示为式2：

其中，E[·]表示取均值；(·)^*表示取复共轭；E_s为信号能量；e为自然对数的底；j为虚数单位m、n为接收符号的序号，m≥1,n≥1；a为多普勒频率斜升；为符号周期，R_s为符号速率；

若不考虑调制信息的影响，的相位为归一化频率斜升单样本估计值可根据通过式3计算得出：

14)N个符号周期后输出频率斜升估计值α；所述频率斜升估计值α独立于锁频环之外求得；

2)获取锁频环载波频率捕获的初始状态：利用频率斜升开环估计值α作为锁频环载波频率捕获的初始状态，更新锁频环环路滤波器中的寄存单元，从而使锁频环在估计出的频率斜升点开始工作；

3)闭环捕获：使用锁频环闭环工作，直至环路入锁，即捕获得到高动态场景下的载波频率。

2.如权利要求1所述高动态场景下载波频率捕获的方法，其特征是，进行多样本累加得到频率斜升估计量，包括如下过程：

对接收符号序列{r_k}中序号差为m的两个符号共轭相乘后的结果求和，再进行乘积运算，通过式5计算得到检测量G：

此时频率斜升估计量表示为式6：

其中，arg(G)表示检测量G的幅角。

3.如权利要求1所述高动态场景下载波频率捕获的方法，其特征是，步骤3)中，锁频环的闭环捕获过程，具体是：锁频环的环路滤波器对鉴频器的输出进行低通滤波，限制噪声带宽，使数控振荡器频率能实时跟踪接收信号频率；数控振荡器的输出频率与接收信号频率差产生误差频率，误差频率再反馈到环路滤波器的输入端，由此形成闭环过程；误差频率经环路滤波器进行环路滤波后，用以控制振荡器频率，直至环路入锁。

4.一种实现权利要求1～3任一项所述高动态场景下载波频率捕获的方法的频率斜升估值辅助锁频环的载波频率捕获装置，其特征是，除包括锁频环所有模块外，还包括频率斜升估值模块；锁频环模块包括鉴频器、环路滤波器和数控振荡器；

所述频率斜升估值模块用于对频率斜升进行开环估计，并将估计结果即频率斜升α作为环路滤波器寄存单元的初始值；估值结束后启动锁频环，锁频环用于完成残余动态的捕获。

5.如权利要求4所述载波频率捕获装置，其特征是，所述捕获通过环路滤波器对鉴频器的输出进行低通滤波，使数控振荡器的频率能实时跟踪接收信号频率；数控振荡器的输出频率与接收信号频率之差产生误差频率，误差频率再反馈回环路滤波器输入端，由此形成闭环过程。