基于循环谱的通信信号参数估计算法研究与实现

论文摘要

电磁频谱监测对于无线电频率管理、电子对抗等领域具有重要意义。频谱监测能够实现各种无线信号的调制识别、参数估计及辐射源定位等功能,参数估计是实现电磁频谱监测的关键技术手段。网络化频谱监测是电磁频谱监测的发展趋势,而在网络化频谱监测中,监测节点主要存在存储和运算能力有限、抗噪声能力不佳等问题。循环谱具有抗噪声能力强,包含信号特征丰富的特点,有利于特征参数的提取。论文结合网络化电磁频谱监测的实际应用需求,重点研究了基于循环谱的典型通信信号（2ASK、BPSK、QPSK、8PSK、MSK和16QAM信号）的载频和符号速率估计算法,论文的主要工作包括以下几个方面:1、针对频谱监测节点存储能力有限的实际情况,对循环谱估计中的频域平滑法进行了研究,并分析了离散频域平滑循环周期图单一截面对参数估计的影响,由此给出一种基于频域平滑循环周期图的相邻f截面搜索算法。该方法能在数据有限条件下充分利用离散频域平滑循环周期图两相邻f截面上的信息,有利于准确地提取信号特征参数。2、研究了相邻f截面搜索算法在载频和符号速率估计中的应用。结合相邻截面搜索算法,给出2ASK、BPSK和MSK信号基于频域平滑相邻f截面搜索的载频估计算法以及2ASK、BPSK、QPSK,8PSK、MSK和16QAM信号基于频域平滑相邻f截面搜索的符号速率估计算法,仿真结果表明相邻截面搜索算法与单一截面搜索法相比有效地提高了参数估计的精度。针对MPSK（ M≥4）信号不能直接通过循环谱f截面进行载频估计的问题,给出了一种平方律-循环谱法,仿真结果表明该算法能有效提高MPSK（ M≥4）信号的载频估计性能。3、针对监测节点接收到的信号大多数为经过脉冲成型滤波的信号的实际情况。研究了谱相干函数在符号速率估计中的应用,给出了2ASK、BPSK、QPSK,8PSK、MSK和16QAM信号基于谱相干函数的符号速率估计算法,并与基于循环谱的符号速率估计算法进行了仿真对比。仿真分析表明基于循环谱的符号速率估计算法在信噪比较低时估计性能优于基于谱相干函数的符号速率估计算法;当信噪比满足一定条件后,基于谱相干函数的符号速率估计算法性能优于前者。4、在频谱监测节点的硬件平台上完成了参数估计模块的DSP实现及调试,结果表明所设计的参数估计模块能够较好地完成信号的载频和符号速率的提取,且估计精度满足系统设计的需求。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文背景
• 1.2 相关研究现状
• 1.2.1 电磁频谱监测现状
• 1.2.2 参数估计研究现状
• 1.3 论文主要工作
• 1.4 论文章节安排
• 第二章 基于频域平滑循环周期图的相邻截面搜索算法
• 2.1 引言
• 2.2 常见数字信号的循环谱特征分析
• 2.2.1 循环谱的定义
• 2.2.2 常见数字信号的循环谱特征
• 2.3 基于频域平滑循环周期图的相邻截面搜索算法
• 2.3.1 频域平滑法的特点及分析
• 2.3.2 相邻f 截面搜索算法
• 2.3.3 仿真实验及分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于循环谱的载频估计算法
• 3.1 引言
• 3.2 基于频域平滑相邻截面搜索的2ASK、BPSK 和MSK 信号载频估计算法
• 3.2.1 算法原理及步骤
• 3.2.2 仿真实验及分析
• 3.3 基于平方律-循环谱的MPSK（M ≥4 ）信号载频估计算法
• 3.3.1 算法原理及步骤
• 3.3.2 仿真实验及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于循环谱和谱相干函数的符号速率估计算法
• 4.1 引言
• 4.2 基于频域平滑相邻截面搜索的符号速率估计算法
• 4.2.1 算法原理及步骤
• 4.2.2 仿真实验及分析
• 4.3 基于谱相干函数的符号速率估计算法
• 4.3.1 脉冲成型滤波对信号循环谱的影响分析
• 4.3.2 基于谱相干函数的符号速率估计算法原理及步骤
• 4.3.3 仿真实验及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 参数估计算法实现与调试
• 5.1 概述
• 5.1.1 监测节点结构及工作方式
• 5.1.2 监测节点信号处理平台方案及流程
• 5.1.3 监测节点信号处理平台硬件结构
• 5.2 参数估计方案设计
• 5.2.1 载频估计方案设计
• 5.2.2 符号速率估计方案设计
• 5.2.3 运算量及资源评估
• 5.3 软件开发流程及功能实现
• 5.3.1 DSP 开发总流程
• 5.3.2 DSP 模块划分与功能描述
• 5.4 硬件调试与测试
• 5.4.1 测试目的
• 5.4.2 测试方法
• 5.4.3 测试结果
• 5.5 本章小结
• 结束语
• 一、论文工作总结
• 二、工作展望
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢