一種衛星搜救信號頻率估計方法
2023-10-29 19:12:42
一種衛星搜救信號頻率估計方法
【專利摘要】一種衛星搜救信號頻率估計方法，採用循環迭代的處理結構，利用窄帶濾波器實現Kay快速頻率估計方法對單頻信號的要求，實現步驟如下：通過中地球軌道地面終端站接收衛星搜救信號，並對衛星搜救信號進行粗頻率估計，設計帶通濾波器BPF1的帶寬；將信號通過第一帶寬濾波器BPF1，得到信號s1，將s1分為兩路；對,s1的一路進,-行下變頻，之後通過一個抽取器進一步降低採樣頻率，並以抽取器的輸出s2進行迭代估計；將s2通過第二帶寬濾波器BPF2，並進行中等頻率估計得到ω2，以ω2作為BPF2的中心頻率再次對s2進行濾波，以此循環迭代，得到頻率ω3作為濾波器BPF3的中心頻率；將s1的另一路信號通過第三帶寬濾波器BPF3，得到信號s3；對s3進行快速頻率估計。
【專利說明】一種衛星搜救信號頻率估計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高精度的衛星搜救信號的頻率估計方法，屬於衛星導航【技術領域】。
【背景技術】
[0002]全球衛星搜救系統C0SPAS-SARSAT於1979年由美國、前蘇聯、法國和加拿大四國聯合建立，旨在向全球範圍內各種船隻、飛機和個人用戶提供有效的搜索與救援SAR(Search And Rescue)服務。目前該系統有超過35個成員國，1994年中國也成為該組織的一員。在該系統運行的20多年中，截至2006年已成功進行了 6167次搜救行動，成功救援超過22035名遇險人員，平均每天救起3人，在人道主義救援等領域起到了極其關鍵的作用。用戶遇險時信標機發出求救信號，星上系統將接收到的406MHz信標信號轉發至中地球軌道地面終端站(ME0LUT)，地面站完成對信標信號的檢測、信標信息提取和定位，並將結果報告給任務控制中心和地面救援中心。MEOLUT地面站對信標機的定位主要依靠對信標信號頻率估計(FOA)和(TOA)的估計來完成。因此，信標信號FOA和TOA估計的精度決定了 MEOLUT地面站對信標機位置定位的精度，要求TOA和FOA的誤差分別不能超過7us和0.1Hz0
[0003]對於單頻估計，現在有很多可行的算法，比如Rife沿用了有限數量噪聲離散觀測中利用克萊默下限來估計單頻率複音參數的方法，發明了基於離散傅立葉變換的最大似然估計算法。但是，基於DFT的算法需要很大的計算量用來搜索頻譜峰值的位置。
[0004]精確測量FOA可以採用PLL，但由於信號為短格式，為了縮短捕獲時間必須增加環路帶寬，但環路帶寬增加則會降低噪聲抑制能力，導致降低跟蹤的精度，改進方法採用頻率輔助方法將初始頻差縮小到快捕帶之內，這樣可以保證在導頻段內實現精確同步，但需要在PLL環之外一個額外的精確頻率測量環節，增加了系統的複雜度。
[0005]利用Kay提出的快速頻率估計算法(Fast Frequency Estimator),在高信噪比(SNR)條件下能夠快速、精確、高效地進行頻率估計。但在MEOLUT地面站，在FOA測量之前，信號先通過信號檢測單元，在這裡信號的頻率會被估計在幾Hz的頻率誤差範圍內，通過粗糙頻率估計，快速頻率估計算法對高信噪比的要求可以通過將信號先通過一個窄帶帶通濾波器來實現，該濾波器以信號檢測單元得到的載波粗頻率估計結果為中心頻率。
【發明內容】
[0006]本發明技術解決問題:克服現有技術的不足，提供一種衛星搜救信號頻率估計方法，能夠在衛星搜救信號突發這麼短的時間內完成精確地頻率估計，估計精度較高；且計算複雜度低。
[0007]本發明的技術解決方案:一種衛星搜救信號頻率估計方法，採用循環迭代的處理結構，利用窄帶濾波器實現Kay快速頻率估計方法對單頻信號的要求，實現步驟如下:
[0008]第一步，通過中地球軌道地面終端站(MEOLUT)接收衛星搜救信號，並對衛星搜救信號進行粗頻率估計，得到頻率W1 ；[0009]第二步，設計帶通濾波器BPFl的帶寬，使帶寬涵蓋信號粗頻率估計的誤差範圍，並以CO1作為BPFl的初始中心頻率；
[0010]第三步，將信號通過第一帶寬濾波器BPF1，得到信號S1，將S1分為兩路；
[0011]第四步，對，S1的一路進，-行下變頻，之後通過一個抽取器進一步降低採樣頻率，並以抽取器的輸出S2進行迭代估計；該第四步中下變頻和抽取器能夠有效降低運算量，提聞運行效率；
[0012]第五步，將S2通過第二帶寬濾波器BPF2，並進行中等頻率估計得到ω2，以《2作為BPF2的中心頻率再次對S2進行濾波，以此循環迭代，得到頻率ω3作為濾波器BPF3的中心頻率；
[0013]第六步，將S1的另一路信號通過第三帶寬濾波器BPF3，得到信號S3 ；
[0014]第七步，對S3進行快速頻率估計。
[0015]所述第七步中快速頻率估計採用修正的快速頻率估計算法如下:
[0016]地面接收信號的導頻S3可以表示為:
[0017]r{n) = Aei{CVT+^Tl+
[0018]其中，ζ (η)為噪聲，A為信號幅度，Otl為載波頻率，ω』為現行調頻頻率，T為信號周期，Θ為初始相位，Z (η)為噪聲。
[0019]載波頻率ω。的估計值為:
[0020]
【權利要求】
1.一種衛星搜救信號頻率估計方法，其特徵在於:採用循環迭代的處理結構，利用窄帶濾波器實現Kay快速頻率估計方法對單頻信號的要求，實現步驟如下:第一步，通過中地球軌道地面終端站(MEOLUT)接收衛星搜救信號，並對衛星搜救信號進行粗頻率估計，得到頻率O1 ；第二步，設計帶通濾波器BPFl的帶寬，使帶寬涵蓋信號粗頻率估計的誤差範圍，並以O1作為BPFl的初始中心頻率；第三步，將信號通過第一帶寬濾波器BPF1，得到信號S1，將S1分為兩路；第四步，對，S1的一路進，-行下變頻，之後通過一個抽取器進一步降低採樣頻率，並以抽取器的輸出S2進行迭代估計；第五步，將S2通過第二帶寬濾波器BPF2，並進行中等頻率估計得到ω2，以ω2作為BPF2的中心頻率再次對S2進行濾波，以此循環迭代，得到頻率ω3作為濾波器BPF3的中心頻率；第六步，將S1的另一路信號通過第三帶寬濾波器BPF3，得到信號S3 ；第七步，對S3進行快速頻率估計。
2.根據權利要求1所述的一種衛星搜救信號頻率估計方法，其特徵在於:所述第七步中快速頻率估計採用修正的快速頻率估計算法如下:地面接收信號的導頻S3可以表示為:
【文檔編號】G01S19/37GK103576170SQ201310500737
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】楊昕欣, 李響, 範元平, 刁為民, 鮑君海 申請人:北京航空航天大學