一種衛(wèi)星搜救信號頻率估計方法
【專利摘要】一種衛(wèi)星搜救信號頻率估計方法，采用循環(huán)迭代的處理結構，利用窄帶濾波器實現(xiàn)Kay快速頻率估計方法對單頻信號的要求，實現(xiàn)步驟如下：通過中地球軌道地面終端站接收衛(wèi)星搜救信號，并對衛(wèi)星搜救信號進行粗頻率估計，設計帶通濾波器BPF1的帶寬；將信號通過第一帶寬濾波器BPF1，得到信號s1，將s1分為兩路；對,s1的一路進,-行下變頻，之后通過一個抽取器進一步降低采樣頻率，并以抽取器的輸出s2進行迭代估計；將s2通過第二帶寬濾波器BPF2，并進行中等頻率估計得到ω2，以ω2作為BPF2的中心頻率再次對s2進行濾波，以此循環(huán)迭代，得到頻率ω3作為濾波器BPF3的中心頻率；將s1的另一路信號通過第三帶寬濾波器BPF3，得到信號s3；對s3進行快速頻率估計。
【專利說明】一種衛(wèi)星搜救信號頻率估計方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高精度的衛(wèi)星搜救信號的頻率估計方法，屬于衛(wèi)星導航【技術領域】。
【背景技術】
[0002]全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)C0SPAS-SARSAT于1979年由美國、前蘇聯(lián)、法國和加拿大四國聯(lián)合建立，旨在向全球范圍內各種船只、飛機和個人用戶提供有效的搜索與救援SAR(Search And Rescue)服務。目前該系統(tǒng)有超過35個成員國，1994年中國也成為該組織的一員。在該系統(tǒng)運行的20多年中，截至2006年已成功進行了 6167次搜救行動，成功救援超過22035名遇險人員，平均每天救起3人，在人道主義救援等領域起到了極其關鍵的作用。用戶遇險時信標機發(fā)出求救信號，星上系統(tǒng)將接收到的406MHz信標信號轉發(fā)至中地球軌道地面終端站(ME0LUT)，地面站完成對信標信號的檢測、信標信息提取和定位，并將結果報告給任務控制中心和地面救援中心。MEOLUT地面站對信標機的定位主要依靠對信標信號頻率估計(FOA)和(TOA)的估計來完成。因此，信標信號FOA和TOA估計的精度決定了 MEOLUT地面站對信標機位置定位的精度，要求TOA和FOA的誤差分別不能超過7us和0.1Hz0
[0003]對于單頻估計，現(xiàn)在有很多可行的算法，比如Rife沿用了有限數(shù)量噪聲離散觀測中利用克萊默下限來估計單頻率復音參數(shù)的方法，發(fā)明了基于離散傅里葉變換的最大似然估計算法。但是，基于DFT的算法需要很大的計算量用來搜索頻譜峰值的位置。
[0004]精確測量FOA可以采用PLL，但由于信號為短格式，為了縮短捕獲時間必須增加環(huán)路帶寬，但環(huán)路帶寬增加則會降低噪聲抑制能力，導致降低跟蹤的精度，改進方法采用頻率輔助方法將初始頻差縮小到快捕帶之內，這樣可以保證在導頻段內實現(xiàn)精確同步，但需要在PLL環(huán)之外一個額外的精確頻率測量環(huán)節(jié)，增加了系統(tǒng)的復雜度。
[0005]利用Kay提出的快速頻率估計算法(Fast Frequency Estimator),在高信噪比(SNR)條件下能夠快速、精確、高效地進行頻率估計。但在MEOLUT地面站，在FOA測量之前，信號先通過信號檢測單元，在這里信號的頻率會被估計在幾Hz的頻率誤差范圍內，通過粗糙頻率估計，快速頻率估計算法對高信噪比的要求可以通過將信號先通過一個窄帶帶通濾波器來實現(xiàn)，該濾波器以信號檢測單元得到的載波粗頻率估計結果為中心頻率。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明技術解決問題:克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種衛(wèi)星搜救信號頻率估計方法，能夠在衛(wèi)星搜救信號突發(fā)這么短的時間內完成精確地頻率估計，估計精度較高；且計算復雜度低。
[0007]本發(fā)明的技術解決方案:一種衛(wèi)星搜救信號頻率估計方法，采用循環(huán)迭代的處理結構，利用窄帶濾波器實現(xiàn)Kay快速頻率估計方法對單頻信號的要求，實現(xiàn)步驟如下:
[0008]第一步，通過中地球軌道地面終端站(MEOLUT)接收衛(wèi)星搜救信號，并對衛(wèi)星搜救信號進行粗頻率估計，得到頻率W1 ；[0009]第二步，設計帶通濾波器BPFl的帶寬，使帶寬涵蓋信號粗頻率估計的誤差范圍，并以CO1作為BPFl的初始中心頻率；
[0010]第三步，將信號通過第一帶寬濾波器BPF1，得到信號S1，將S1分為兩路；
[0011]第四步，對，S1的一路進，-行下變頻，之后通過一個抽取器進一步降低采樣頻率，并以抽取器的輸出S2進行迭代估計；該第四步中下變頻和抽取器能夠有效降低運算量，提聞運行效率；
[0012]第五步，將S2通過第二帶寬濾波器BPF2，并進行中等頻率估計得到ω2，以《2作為BPF2的中心頻率再次對S2進行濾波，以此循環(huán)迭代，得到頻率ω3作為濾波器BPF3的中心頻率；
[0013]第六步，將S1的另一路信號通過第三帶寬濾波器BPF3，得到信號S3 ；
[0014]第七步，對S3進行快速頻率估計。
[0015]所述第七步中快速頻率估計采用修正的快速頻率估計算法如下:
[0016]地面接收信號的導頻S3可以表示為:
[0017]r{n) = Aei{CVT+^Tl+<,\ (">
[0018]其中，ζ (η)為噪聲，A為信號幅度，Otl為載波頻率，ω’為現(xiàn)行調頻頻率，T為信號周期，Θ為初始相位，Z (η)為噪聲。
[0019]載波頻率ω。的估計值為:
[0020]
【權利要求】
1.一種衛(wèi)星搜救信號頻率估計方法，其特征在于:采用循環(huán)迭代的處理結構，利用窄帶濾波器實現(xiàn)Kay快速頻率估計方法對單頻信號的要求，實現(xiàn)步驟如下:第一步，通過中地球軌道地面終端站(MEOLUT)接收衛(wèi)星搜救信號，并對衛(wèi)星搜救信號進行粗頻率估計，得到頻率O1 ；第二步，設計帶通濾波器BPFl的帶寬，使帶寬涵蓋信號粗頻率估計的誤差范圍，并以O1作為BPFl的初始中心頻率；第三步，將信號通過第一帶寬濾波器BPF1，得到信號S1，將S1分為兩路；第四步，對，S1的一路進，-行下變頻，之后通過一個抽取器進一步降低采樣頻率，并以抽取器的輸出S2進行迭代估計；第五步，將S2通過第二帶寬濾波器BPF2，并進行中等頻率估計得到ω2，以ω2作為BPF2的中心頻率再次對S2進行濾波，以此循環(huán)迭代，得到頻率ω3作為濾波器BPF3的中心頻率；第六步，將S1的另一路信號通過第三帶寬濾波器BPF3，得到信號S3 ；第七步，對S3進行快速頻率估計。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種衛(wèi)星搜救信號頻率估計方法，其特征在于:所述第七步中快速頻率估計采用修正的快速頻率估計算法如下:地面接收信號的導頻S3可以表示為:
【文檔編號】G01S19/37GK103576170SQ201310500737
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權日:2013年10月22日
【發(fā)明者】楊昕欣, 李響, 范元平, 刁為民, 鮑君海 申請人:北京航空航天大學