[發(fā)明專利]一種基于改進Quinn算法的多普勒頻率估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810557005.2
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108845973B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設計）人: 徐穎;申宇瑤;袁超;葛建;史雨薇;羅瑞丹;劉文學;田向偉;梁丹丹;唐陽陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: H04B1/69
• 分類號: H04B1/69
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高會允;仇蕾安

本發(fā)明公開了一種基于改進Quinn算法的多普勒頻率估計方法，在利用奎因Quinn算法進行多普勒頻率估計前，對信號進行補零的傅里葉變換FFT運算，使得信號頻譜主瓣內(nèi)的譜線增多，進而利用更多的譜線信息，對峰值位置進行修正，能獲得更準確的多普勒頻率估計值。該方法包括如下步驟：對N點的擴頻信號x(n)進行一倍補零，對一倍補零后的信號做點數(shù)為2N的FFT運算，得到頻域信號X(k)；選取頻域信號X(k)幅度的峰值|X(k₀)|，k₀為峰值|X(k₀)|對應的頻域位置坐標；采用Quinn算法進行頻域插值，判斷Quinn算法插值方向r，其中r＝+1表示插值方向向右進行；r＝?1表示插值方向向左進行；同時計算Quinn算法的譜線插值搬移的移動量計算多普勒頻率估計值其中Δf為FFT運算的鑒頻間隔。

技術領域

本發(fā)明涉及擴頻通信技術領域，具體涉及一種基于改進Quinn算法的多普勒頻率估計方法。

背景技術

高動態(tài)擴頻信號的捕獲需要完成對多普勒頻率的估計，提高多普勒頻率估計精度、減小估計誤差可以使跟蹤單元快速鎖定。其估計精度受限于接收信號的信噪比，信噪比越高，多普勒頻率估計精度越高。通常會采用延長相關時間的方式來提高信噪比，但是在高動態(tài)低載噪比環(huán)境下，延長相關處理時間會帶來多普勒頻率徙動的問題，不僅不能有效提高信噪比而且存在多普勒頻率擴散，無法有效提高多普勒頻率估計精度。

目前，擴頻信號捕獲技術中獲得高精度多普勒頻率估計值的方法主要有精頻捕獲方法和頻域估計方法兩種。

精頻捕獲方法可分為提高傅里葉變換FFT鑒頻精度、改進多普勒頻率搜索策略兩個方面。提高FFT的鑒頻精度往往從增加FFT點數(shù)和頻譜細化入手。增加FFT點數(shù)的方法原理簡單直觀，但會使捕獲時間延長、運算量增大。頻譜細化的方法主要有Zoom-FFT、線性調(diào)頻Z變換：Zoom-FFT通過降低采樣頻率和頻率抽取等方式，將目標頻段進行局部放大；線性調(diào)頻Z變換是在Z變換的基礎上，在某一頻率附近增加譜線密度，這兩種方法實現(xiàn)復雜均較高。搜索策略方面主要是縮小步長搜索方法，即通過多輪多普勒頻率搜索，每一輪的頻率搜索步進在上一次的基礎上減半，來達到提高捕獲多普勒頻率估計精度的目的，但是該方法捕獲時間長、效率低下。

頻域估計方法在捕獲的粗多普勒頻率估計值的基礎上，通過相位差分、數(shù)值逼近或者頻域插值等方法，進一步對小范圍內(nèi)的頻率進行處理，獲得更高的估計精度，在運算復雜度方面優(yōu)勢明顯。其中，基于相位差分的頻率估計方法利用相位變化信息對頻率進行估計，存在相位模糊的問題，影響頻率估計準確性。數(shù)值逼近法是利用曲線擬合的方式對sinc形鑒頻曲線進行還原，其擬合曲線截斷長度的選取難以兼顧擬合誤差和運算復雜度性能。頻域插值方法有Rife、Mife、和奎因Quinn及其衍生算法等，該類方法利用FFT后主瓣和第一旁瓣的譜線的位置、幅值和相位等信息提高頻率估計精度。Rife算法利用了主瓣和第一旁瓣的譜線幅值相對關系進行插值，但是在噪聲環(huán)境下，當實際多普勒頻率與估計多普勒頻率之間的差值較小時，即實際信號多普勒頻率靠近離散頻點時，可能會出現(xiàn)插值方向錯誤，導致頻率估計誤差較大。M-Rife算法通過頻移處理，避免信號落入偏差較大的區(qū)域，能夠較好地解決Rife算法插值方向錯誤的問題，但是該算法存在迭代過程，運算復雜度大。常規(guī)Quinn算法在Rife算法基礎上，通過引入相位信息來判斷插值方向，可解決Rife算法的插值方向錯誤，且運算復雜度低，但是其只使用了主瓣內(nèi)兩根譜線實部的信息，能達到的頻率估計精度有限。所以研究具有高估計精度的Quinn算法及其多普頻率估計方法具有實際意義。

目前尚未有一種方法能夠解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于改進Quinn算法的多普勒頻率估計方法，在利用奎因Quinn算法進行多普勒頻率估計前，對信號進行補零的FFT運算，使得信號頻譜主瓣內(nèi)的譜線增多，進而利用更多的譜線信息，對峰值位置進行修正，能獲得更準確的多普勒頻率估計值。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案提供了一種基于改進Quinn算法的多普勒頻率估計方法，包括如下步驟：