低載噪比高動(dòng)態(tài)信號(hào)相位估計(jì)方法研究.pdf

1、信號(hào)的參數(shù)估計(jì)問(wèn)題在雷達(dá)信號(hào)處理、生物醫(yī)學(xué)、測(cè)控技術(shù)、振動(dòng)信號(hào)分析處理和聲納探測(cè)等眾多領(lǐng)域中有著極其重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。通常情況下，在物理量的計(jì)量和測(cè)試過(guò)程中，物理系統(tǒng)會(huì)受到環(huán)境和人為因素的干擾，信號(hào)均會(huì)不同程度被噪聲所污染。實(shí)際研究中常常要面對(duì)低信噪比下對(duì)信號(hào)的檢測(cè)和參數(shù)估計(jì)，故發(fā)現(xiàn)一種高效的信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，在低信噪比等環(huán)境下對(duì)信號(hào)的頻率、相位和幅值等參數(shù)進(jìn)行估計(jì)后對(duì)信號(hào)恢復(fù)是非常有意義而且必要的。
　　在深空測(cè)控通信中，通

2、信距離遙遠(yuǎn)，電磁環(huán)境復(fù)雜，信號(hào)的損耗嚴(yán)重，使得接收信號(hào)的信噪比極低，且飛行器與接收機(jī)間高速相對(duì)移動(dòng)使得載波產(chǎn)生高達(dá)(-300KHz，300KHz)多普勒頻偏以及高達(dá)(-3KHz/s,3KHz/s)的一次頻率變化率，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生很大的二次頻率變化率，這對(duì)接收機(jī)進(jìn)行有效的信號(hào)參數(shù)估計(jì)提出了很大的挑戰(zhàn)。
　　在工程實(shí)踐中，如通信、儀表、電力、光學(xué)應(yīng)用、故障診斷等領(lǐng)域，存在大量對(duì)信號(hào)的相位進(jìn)行高效并且快速估計(jì)的需求。在通信系統(tǒng)中，如果采

3、用了QAM或者QPSK等相位調(diào)制技術(shù)，只有在輸出端對(duì)信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚焖贉?zhǔn)確的估計(jì)出各個(gè)碼元載波的初相位，才能把星座圖正確的恢復(fù)出來(lái)，從而完成正常的解碼過(guò)程。
　　本文對(duì)強(qiáng)噪聲高動(dòng)態(tài)背景下信號(hào)的瞬時(shí)相位估計(jì)方法進(jìn)行了研究，主要工作如下：
　　1.分析了信號(hào)瞬時(shí)相位估計(jì)的一般思路，即將瞬時(shí)相位分為相位偏移和初始相位兩部分分別進(jìn)行估計(jì)的方法。
　　2.提出了一種新的頻率估計(jì)方法，即時(shí)域匹配周期圖捕獲算法和多次擬合相結(jié)合

4、的頻率估計(jì)方法。該方法可以在較低載噪比和中心頻率高動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境下對(duì)中心頻率和多普勒變化率進(jìn)行較高精度的估計(jì)。此外，還提出了基于三次樣條插值與數(shù)值積分相結(jié)合的離散數(shù)據(jù)積分方法，使得估計(jì)出來(lái)的頻率值可以轉(zhuǎn)化為相位偏移值。
　　3.對(duì)傳統(tǒng)的相位估計(jì)方法進(jìn)行了仿真，比較了其在高動(dòng)態(tài)和低載噪比環(huán)境下的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下大部分傳統(tǒng)的信號(hào)相位估計(jì)方法都會(huì)失效。所以針對(duì)這種情況提出了利用頻率和多普勒變化率的估計(jì)值產(chǎn)生參考信號(hào)對(duì)信號(hào)中心頻率