[发明专利]一种卫星搜救信号频率估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高精度的卫星搜救信号的频率估计方法，属于卫星导航技术领域。

背景技术

全球卫星搜救系统COSPAS-SARSAT于1979年由美国、前苏联、法国和加拿大四国联合建立，旨在向全球范围内各种船只、飞机和个人用户提供有效的搜索与救援SAR（Search And Rescue）服务。目前该系统有超过35个成员国，1994年中国也成为该组织的一员。在该系统运行的20多年中，截至2006年已成功进行了6167次搜救行动，成功救援超过22035名遇险人员，平均每天救起3人，在人道主义救援等领域起到了极其关键的作用。用户遇险时信标机发出求救信号，星上系统将接收到的406MHz信标信号转发至中地球轨道地面终端站（MEOLUT），地面站完成对信标信号的检测、信标信息提取和定位，并将结果报告给任务控制中心和地面救援中心。MEOLUT地面站对信标机的定位主要依靠对信标信号频率估计（FOA）和（TOA）的估计来完成。因此，信标信号FOA和TOA估计的精度决定了MEOLUT地面站对信标机位置定位的精度，要求TOA和FOA的误差分别不能超过7us和0.1Hz。

对于单频估计,现在有很多可行的算法,比如Rife沿用了有限数量噪声离散观测中利用克莱默下限来估计单频率复音参数的方法,发明了基于离散傅里叶变换的最大似然估计算法。但是，基于DFT的算法需要很大的计算量用来搜索频谱峰值的位置。

精确测量FOA可以采用PLL，但由于信号为短格式，为了缩短捕获时间必须增加环路带宽，但环路带宽增加则会降低噪声抑制能力，导致降低跟踪的精度，改进方法采用频率辅助方法将初始频差缩小到快捕带之内，这样可以保证在导频段内实现精确同步，但需要在PLL环之外一个额外的精确频率测量环节，增加了系统的复杂度。

利用Kay提出的快速频率估计算法（Fast Frequency Estimator），在高信噪比（SNR）条件下能够快速、精确、高效地进行频率估计。但在MEOLUT地面站，在FOA测量之前，信号先通过信号检测单元，在这里信号的频率会被估计在几Hz的频率误差范围内，通过粗糙频率估计，快速频率估计算法对高信噪比的要求可以通过将信号先通过一个窄带带通滤波器来实现，该滤波器以信号检测单元得到的载波粗频率估计结果为中心频率。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种卫星搜救信号频率估计方法，能够在卫星搜救信号突发这么短的时间内完成精确地频率估计，估计精度较高；且计算复杂度低。

本发明的技术解决方案：一种卫星搜救信号频率估计方法，采用循环迭代的处理结构，利用窄带滤波器实现Kay快速频率估计方法对单频信号的要求，实现步骤如下：

第一步，通过中地球轨道地面终端站（MEOLUT）接收卫星搜救信号，并对卫星搜救信号进行粗频率估计，得到频率ω₁；

第二步，设计带通滤波器BPF1的带宽，使带宽涵盖信号粗频率估计的误差范围，并以ω₁作为BPF1的初始中心频率；

第三步，将信号通过第一带宽滤波器BPF1，得到信号s₁，将s₁分为两路；

第四步，对,s₁的一路进,-行下变频，之后通过一个抽取器进一步降低采样频率，并以抽取器的输出s₂进行迭代估计；该第四步中下变频和抽取器能够有效降低运算量，提高运行效率；

第五步，将s₂通过第二带宽滤波器BPF2，并进行中等频率估计得到ω₂，以ω₂作为BPF2的中心频率再次对s₂进行滤波，以此循环迭代，得到频率ω₃作为滤波器BPF3的中心频率；

第六步，将s₁的另一路信号通过第三带宽滤波器BPF3，得到信号s₃；

第七步，对s₃进行快速频率估计。

所述第七步中快速频率估计采用修正的快速频率估计算法如下：

地面接收信号的导频s₃可以表示为：