[发明专利]一种高精度的精同步装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信和测控领域的高精度同步技术，特别涉及一种基于Gauss-Newton法的高精度的精同步装置及方法。

背景技术

通信系统的同步是建立可靠通信的基础，在测控领域随机码同步的误差是影响测距精度的重要因素。近年来，随着模数转换器转换速率越来越高，数字器件处理能力也越来越强，在更高采样率上进行同步，是提高同步精度的常用方法。

在通常的通信或测控系统中，同步分两步进行：首先进行粗捕获，在满足一定捕获概率的前提下，获得相关峰的大概位置；由于粗捕获的精度有限，需要在粗捕获的基础上，通过精同步精确估计相关峰位置。

常见的同步算法包括：

(1)并行相关法：通过减小相关器的间隔，增加相关器数量，得到更为精细的互相关函数的采样序列，从中寻找信噪比最大一路，输出其索引值。

(2)FFT(Fast Fourier Transform)循环相关算法：FFT循环相关算法是时域相关的快速算法，利用FFT运算将时域卷积转变为频域的相乘运算。

(3)匹配滤波法：通过将接收信号与本地序列做卷积，匹配滤波器基于最大信噪比准则，通过检测信噪比最大的时刻，得到相关峰位置的估计值，利用匹配滤波进行精同步往往在中频进行。

(4)延迟锁定法：将接收信号与两个时延的本地序列相关，将两路相关的结果相减，将差值信号经过环路滤波后控制振荡器，振荡器调节本地序列的时延直至与接收信号完全对齐。

分析上述四种同步算法，分别具有以下特点：并行相关法方法简单，但是缩小相关器时间间隔会增加相关器数量和每个相关器的计算量，性能提升有限；FFT循环相关算法降低了并行相关算法的计算量，但并没有改善其精度；匹配滤波法精度受本地序列采样间隔限制，中频匹配输出结果会出现震荡现象；延迟锁定方案收敛速度慢，受自噪声影响，精度和稳定性都不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的基于Gauss-Newton法(高斯牛顿法)的高精度的精同步装置及方法，借助相关函数的形状特征，利用高斯函数逼近相关函数，通过Gauss-Newton法迭代高斯函数参数，并从中提取同步结果，同步精度高，计算量增加较少且受噪声影响也较小。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高精度的精同步装置，包括并行相关单元和高斯逼近单元，高斯逼近单元包括参数初始化模块、迭代模块和收敛判决模块，并行相关单元的输入端分别连接接收信号和本地序列，并行相关单元的输出端依次通过参数初始化模块和迭代模块与收敛判决模块的输入端连接，收敛判决模块的输出端还与迭代模块的另一输入端相连；

并行相关单元，用于在粗捕获峰值前后各一个码片内进行相关操作，得到相关函数的采样序列Y；

参数初始化模块，用于根据相关函数的采样序列Y初始化高斯函数参数向量；

迭代模块，同于计算高斯函数的雅克比矩阵，迭代高斯函数参数；

收敛判决模块，用于判断是否满足收敛条件或达到迭代次数，完成跳转流程。

所述的迭代模块为高斯牛顿迭代模块。

所述的迭代模块包括存储子模块和计算子模块，存储子模块用于存储参数向量，计算子模块用于计算矩阵乘法和求逆运算。

一种高精度的精同步方法，它包括以下步骤：

S1：进行同步序列的粗捕获；

S2：在粗捕获峰值前后各一个码片内，采用多路并行相关单元进行相关操作，得到相关函数的采样序列Y；

S3：利用高斯函数逼近相关函数，借助采样序列Y初始化高斯函数参数，并通过高斯牛顿法迭代高斯函数参数；

S4：迭代结束后，提取高斯函数的参数b，直接得到峰值位置的估计值。

所述步骤S1进行粗捕获的步骤采用相关或匹配滤波的方法。

步骤S3所述的迭代步骤包括以下子步骤：

S301：初始化高斯函数的参数向量x₀＝[a₀,b₀,c₀]^T，令：

a₀＝max(Y)；

b₀＝max(Y)的索引值；

c₀等于上次迭代的结果或采用经验值；

S302：计算Φ(t,x)的雅克比矩阵：