[发明专利]一种水声二相调制直扩信号载频估计方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理领域，具体来说，涉及一种水声二相调制直扩信号载频估计方法。

背景技术

在水声通信与探测领域，二进制移相键控(英文全称为Binary Phase Shift Keying，简称BPSK)是一种应用非常广泛的调制方式，不仅用于常规通信方式，也用于直接序列扩频方式。二进制移相键控的特点是利用相位跳变来反映编码的变化。在非合作检测中二相直扩信号载波频率的估计是非常重要的。二相直扩信号载波频率的估计是进一步获取信号基带码以及进行干扰等对抗措施的基础。由于二相调制是一种抑制载频的调制方式，通过直接序列扩频处理后，功率谱呈现宽带效应，对载频的估计是比较困难的。对二相直扩信号载频的估计，学者们提出了非线性变换法和基于载波抑制特性的方法。非线性变换方法又称为平方律法，对数据平方后利用傅里叶变换可以获得两倍载频的估计。平方律法算法简单，在高信噪比下，估计精度较高，但由于非线性平方处理的输出信噪比与输入信噪比的平方成比例，存在小信号抑制效应，当信噪比较低或者信号畸变较大时，性能会大幅度下降。基于载波抑制特性的方法利用了二相调制载波抑制后功率谱载波位置出现的凹点进行估计，该方法在低信噪比下仍具有良好的性能，但该方法的估计精度受到功率谱频率分辨率的限制，略有欠缺。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种水声二相调制直扩信号载频估计方法，该估计方法利用水声信号相位跳变特性受信道影响较小的特点，通过对利用预设载波频率移频后的信号相位曲线过零次数的最小值搜索，获得载波频率的估计结果，并且估计结果具有高精度的特性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种水声二相调制直扩信号载频估计方法，该估计方法包括以下步骤：

第一步：获取数据序列x(n)：接收长度为N的实时采集数据或提取N点存储的现成数据作为待处理的数据序列x(n)，n＝0，1，2，L，N-1；

第二步：获得解析信号x_p(n)：对第一步的数据序列x(n)进行希尔伯特变换，得到数据序列x(n)的解析信号x_p(n)，其中，

式(1)

在式(1)中，j表示虚数单位，即是对x(n)的希尔伯特变换；

第三步：预设载波频率组(f_k)：在(f_k)中，k＝1，2，L，K；K表示预设频率的个数，f_k表示预设载波频率；

第四步：提取基带信号y(n)：从第三步的预设载波频率组(f_k)中选出第k个预设载波频率f_k，以f_k对第二步获得的解析信号x_p(n)按照式(2)进行频谱搬移，得到基带信号y(n)，

y(n)＝x_p(n)exp{-j2πf_kn/f_s}       式(2)

在式(2)中，exp{-j2πf_kn/f_s}表示移频信号，f_s为采样频率，j表示虚数单位，即j=-1;]]>n＝0，1，2，L，N-1；

第五步：估计相位曲线利用式(3)对第四步提取的基带信号y(n)估计相位曲线

式(3)

式(3)中，n＝0，1，L，N-1，tan^-1()为反正切函数；

第六步：通过平滑处理得到第一次平滑曲线利用式(4)对第五步估计的相位估计曲线进行平滑处理，得到第一次平滑曲线

式(4)

在式(4)中，m＝0，L，N-1；M为平滑处理的窗长，M为奇数，且M＜N；n＝0，1，L，N-1；

第七步：通过平滑处理得到第二次平滑曲线对第六步得到的第一次平滑曲线利用式(5)再次进行平滑处理，得到平滑曲线

式(5)

在式(5)中，n＝0，L，N-1；M为平滑处理的窗长，M为奇数，且M＜N；