[发明专利]一种小型无人机图传信号分析与解调方法

权利要求书

1.一种小型无人机图传信号分析与解调方法，其特征是：其包括以下步骤：

S1、在非协作接收条件下，接收预设检测频率范围内的小型无人机图传CP-OFDM信号；

S2、基于延迟自相关进行CP-OFDM信号的子载波个数估计，计算得到子载波个数，即OFDM调制与解调中的FFT点数，并估计子载波符号速率，完成采样率对准；在进行信号延迟自相关估计子载波个数和子载波符号速率时，OFDM帧信号延迟自相关后在调制OFDM的FFT点数N_fft处有尖峰；子载波个数估计并进行采样率对准的方法如下：

设r_i,i∈[0,N)为非协作接收的某帧CP-OFDM信号，N为帧长，子载波符号速率为f_b，采样率f_s，假设f_s＝f_b，则每个OFDM符号共有N_fft个子载波符号，其延迟自相关用下式表示：

式中，K为估计N_fft的最大延迟；r_i为第i帧CP-OFDM信号；为第i+k帧CP-OFDM信号；

设带宽的粗估计值为由于OFDM信号并非所有子载波都发送信息，因此待估计信号的采样率取P为大于1的正整数；设延迟自相关峰值位置为k_p，则CP-OFDM信号子载波符号速率的f_b估计值和子载波个数估计值由下式给出：

式中，为向上取整；是FFT的点数，P是大于1的正整数，k_p是延迟自相关后峰值的位置；

S3、依据CP-OFDM信号将数据帧尾部数据复制到保护间隔作为循环前缀，形成独特的循环结构，对信号进行滑动自相关，得到CP-OFDM信号符号定时同步；

S4、采用粗估计结合精确同步的两步处理模式对定时同步后的符号完成频偏估计并补偿：

首先，使用FFT运算和基于最大似然准则进行前向载波同步的宽范围频偏粗估计，滑动自相关进行定时同步的方法为，设r_i为采样率对准后的信号，对该信号进行滑动自相关得到

式中，L_CP为每一帧CP-OFDM信号循环前缀的长度，r_i+m为第i+m帧CP-OFDM信号，PN_FFT为滑动窗口宽度；

当相关窗滑动至CP开始位置时，由于进行相关的两段数据完全相同，因此相关结果会出现峰值；

然后，再基于M次方谱的LR算法进行频偏精确估计并补偿，频偏粗估计步骤为：

设在第i个OFDM符号的第k个子载波发送的符号为a_i,k，并串转换后将每个OFDM符号所有子载波的调制符号组成一帧，采用MPSK调制的子载波符号表示为：

a_i,k＝A_i,kexp(jθ_i,k) (4)

对MPSK调制，A_i,k为常数，即A_i,k＝A，且接收信号表达式表示为：

r_i,k＝a_i,kexp[j(2πf_ekT+θ_i,0)]+n_i,k (5)

其中，n_i,k为复高斯白噪声，θ_i,0为未知的初始相位，f_e为信号的载波频率偏差，k是常数，T是采样时间间隔；j是虚数；

使用M次方非线性法，具体的运算为：

z_i,k＝|r_i,k|^Mexp{jMφ_i,k} (6)

其中，φ_i,k表示接收到的第i个OFDM符号的第k个子载波发送的信号的相位；

设OFDM信号中共有N个子载波发送调制后的MPSK信号，那么令：

去调制信息后的z_i,k为复单频信号，对z_i,k进行N点的FFT运算，由FFT进行粗频偏估计的范围为：

上式中，T是采样时间间隔；此处M与用M次方谱中的M对应；

综合FFT运算和基于ML准则的前向载波同步算法得到如下的频差估计步骤：以下均针对第i个OFDM符号中的第k个子载波发送，即z_i,k记为z_k、R_i(n)记为R(n)；

首先：先对z_k做N点FFT运算，求其幅度谱最大值所对应的频率点，记为即

其中，为k₀的估计值；

其次：令对R(n)依频率做频移处理，得到

上式中，j是虚数，T是采样时间间隔；

最后，对经频偏校正的自相关函数R'(n)采用LR算法进行前向载波频偏估计；

S5、采用实际的无人机图传信号数据进行估计验证。