超高速运动时主瓣扫频的载波同步方法、装置及相关设备与流程

本技术涉及载波同步，具体涉及一种超高速运动时主瓣扫频的载波同步方法、装置及相关设备。

背景技术：

1、随着卫星通信技术的发展，使得一些飞行器(如无人机)通过卫星来实现信号的传输技术发展迅速。但是由于飞行器的超高速运动以及时钟晶振的不稳定性，使得传输信号的频偏较大；同时由于飞行器与卫星相距较远，传输距离远引起的多普勒频移会使得传输信号的信噪比较低。因此在飞行器与卫星之间进行信号传输时必须要进行载波同步。

2、相关技术中多采用相差算法来进行频偏估计，进而实现载波同步。相差算法的原理是通过比较两个时钟信号的相位差来估计频偏的大小，并根据估计值来调整时钟频率以消除频偏。但相差算法应用于飞行器与卫星通信时，由于飞行器的移动速度剧烈变动使得传输信号的频偏较大，使得相差算法的载波同步的速度较慢、准确性较低。

技术实现思路

1、本技术提供一种超高速运动时主瓣扫频的载波同步方法、装置及相关设备，通过排除调制信息的干扰、在线性扫频之后根据频偏测量需求精度采用相应的方案进行搜索，能够快速准确的实现频偏估计与相偏估计，进而通过信号校正快速准确的实现载波同步。

2、第一方面，本技术提供了一种超高速运动时主瓣扫频的载波同步方法，所述方法包括：

3、接收经时间同步之后的第一接收信号；

4、去除所述第一接收信号的调制信息，得到第二接收信号；

5、以第一扫频间隔对所述第二接收信号进行线性扫频，得到第一中心频点；

6、根据频偏测量需求精度，采用相应的扫频方案从所述第一中心频点开始进行搜索，得到频偏估计值；

7、还原所述频偏估计值的调制信息，得到频偏残留值；

8、基于所述频偏残留值对所述第一接收信号进行相偏估计，得到相偏估计值；

9、基于所述频偏残留值以及所述相偏估计值对所述第一接收信号进行校正，得到同步信号。

10、通过采用上述技术方案，通过去除和还原调制信息，能够在进行频偏估计时排除调制信息的干扰，提高频偏估计的准确性。同时根据频偏测量需求精度，采用不同的扫频方案进行搜索，能够加快频偏估计的速度。最后根据频偏残留值进行相偏估计值，并对时间同步之后的第一接收信号进行校正，从而实现快速准确的载波同步。

11、可选的，所述扫频方案包括三分法扫频方案与二级线性扫频方案，所述根据频偏测量需求精度，采用相应的扫频方案从所述第一中心频点开始进行搜索，得到频偏估计值，包括：

12、判断频偏测量需求精度是否高于预设精度阈值；

13、若所述频偏测量需求精度高于预设精度阈值，则采用所述三分法扫频方案从所述第一中心频点开始进行搜索，得到频偏估计值；

14、若所述频偏测量需求精度低于或等于预设精度阈值，则采用所述二级线性扫频方案从所述第一中心频点开始进行搜索，得到频偏估计值。

15、通过采用上述技术方案，通过预设精度阈值，能够根据用户的频偏测量需求精度，选择具有不同精度的频偏估计值的扫频方案，从而能够适应飞行器的不同运行状态，满足超高速运动下快速准确实现载波同步的需求。

16、可选的，所述采用所述三分法扫频方案从所述第一中心频点开始进行搜索，得到频偏估计值，包括：

17、将第一中心频点作为当前中心频点、第一扫频间隔作为当前扫频间隔开始，以当前中心频点、当前扫频间隔为循环变量，循环执行如下步骤：

18、基于所述当前中心频点与所述当前扫频间隔，确定当前前置频点与当前后置频点，所述当前前置频点、所述当前后置频点与所述当前中心频点的距离分别为所述当前扫频间隔的一半；使用频率的最大似然估计表达式分别求取所述当前前置频点对应的当前前置频率数值、所述当前后置频点对应的当前后置频率数值以及所述当前中心频点对应的当前中心频率数值；确定所述当前后置频率数值、所述当前前置频率数值以及所述当前中心频率数值中，频率数值最大的当前待输出数值；

19、判断当前扫频精度是否低于所述频偏测量需求精度，所述当前扫频精度为所述当前扫频间隔的一半；

20、若所述当前扫频精度低于所述频偏测量需求精度，则更新当前中心频点为所述当前待输出数值对应的频点，更新当前扫频间隔为本次循环中当前扫频间隔的一半，执行下一次循环的步骤；

21、若所述当前扫频精度高于或等于所述频偏测量需求精度，则将所述当前待输出数值确定为频偏估计值。

22、通过采用上述技术方案，当频偏测量需求精度高于预设精度阈值时，在每次扫频时搜索频率数值最大的中心频点，并在每次扫频时将扫频间隔缩短为上一次的扫频间隔的一半，使得精度呈指数形式上升，从而能够快速满足频偏测量需求精度较高时的频偏估计需求。

23、可选的，所述采用所述二级线性扫频方案从所述第一中心频点开始进行搜索，得到频偏估计值，包括：

24、基于所述频偏测量需求精度确定二级扫频间隔，基于所述二级扫频间隔以及所述第一中心频点确定二级扫频范围；

25、以所述二级扫频间隔在所述二级扫频范围内进行线性扫频，将扫频数值的最大值确定为频偏估计值。

26、通过采用上述技术方案，当频偏测量需求精度低于或等于预设精度阈值时，在第一中心频点周围以二级扫频间隔进行线性等间隔扫描，能够快速得到满足频偏测量需求精度需求的频偏估计值。

27、可选的，所述去除所述第一接收信号的调制信息，得到第二接收信号，包括：

28、基于所述第一接收信号的调制方式确定调制阶数m；

29、基于所述调制阶数m去除所述第一接收信号的调制信息，得到第二接收信号；

30、所述还原所述频偏估计值的调制信息，得到频偏残留值，包括：

31、将所述频偏估计值缩小m倍，得到频偏残留值。

32、通过采用上述技术方案，能够避免在进行频偏估计时，出现调整信息的相偏与频偏导致的相偏出现混淆的情况，以保证求取的相偏是频偏导致的。

33、可选的，所述去除所述第一接收信号的调制信息，得到第二接收信号之后，还包括：

34、对所述第二接收信号中相邻的若干个点进行矢量叠加，得到第二叠加信号；

35、所述以第一扫频间隔对所述第二接收信号进行线性扫频，得到第一中心频点，包括：

36、以第一扫频间隔对所述第二叠加信号进行线性扫频，得到第一中心频点。

37、通过采用上述技术方案，将第二接收信号中相邻的若干个点进行矢量叠加，能够降低计算量，同时能够降低码元速率，节省计算资源。

38、可选的，所述第一扫频间隔的约束条件为：

39、fmind1<fb/lsecnum；

40、其中，fmind1为所述第一扫频间隔，fb为所述第二接收信号的码元速率，lsecnum为进行矢量叠加的所述相邻的若干个点的数量。

41、通过采用上述技术方案，对扫频间隔中最大的第一扫频间隔进行限制，从而使得后续的扫频间隔也不会超出限制。能够避免扫频间隔过大导致中心频点的遗漏。

42、第二方面，本技术提供了一种超高速运动时主瓣扫频的载波同步装置，所述装置包括：

43、信号接收模块，用于接收经时间同步之后的第一接收信号；

44、调制信息去除模块，用于去除所述第一接收信号的调制信息，得到第二接收信号；

45、扫频模块，用于以第一扫频间隔对所述第二接收信号进行线性扫频，得到第一中心频点；搜索模块，用于根据频偏测量需求精度，采用相应的扫频方案从所述第一中心频点开始进行搜索，得到频偏估计值；

46、调制信号还原模块，用于还原所述频偏估计值的调制信息，得到频偏残留值；

47、相偏估计模块，用于基于所述频偏残留值对所述第一接收信号进行相偏估计，得到相偏估计值；

48、信号校正模块，用于基于所述频偏残留值以及所述相偏估计值对所述第一接收信号进行校正，得到同步信号。

49、第三方面，本技术提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述任意一项方法。

50、第四方面，本技术提供了一种电子设备，包括处理器、存储器和收发器，所述存储器用于存储指令，所述收发器用于和其他设备通信，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述电子设备执行如上述任意一项方法。

51、综上所述，本技术技术方案所带来的有益效果包括：

52、通过去除和还原调制信息，能够在进行频偏估计时排除调制信息的干扰，提高频偏估计的准确性。同时根据频偏测量需求精度，采用不同的扫频方案进行搜索，能够加快频偏估计的速度。最后根据频偏残留值进行相偏估计值，并对时间同步之后的第一接收信号进行校正，从而实现快速准确的载波同步。