基于FPGA的实时载波频率检测电路设计

为了实现窄带调制信号载波频率的快速准确获取并减少硬件资源消耗,基于FPGA设计一种综合哥兹柔(Goertzel)算法和能量重心估计算法的实时载波频率检测电路。首先,确定频率检测算法实现流程,在Matlab中进行了频谱和能量重心的仿真;接着提出一种低复杂度频率检测系统的硬件实现架构,以8个哥兹柔电路并行运行获取信号频谱,通过查找峰值谱线位置初步估计出信号频率;最后,采用能量重心估计法,精确估计出载波信号的频率。实验结果表明,设计的低复杂度实时频率检测硬件电路在资源消耗上仅为传统FFT方法的1 3,测频相对误差小于0.2%,2 048点频谱获取时间仅为103μs,易于硬件实现,可用于实时准确获取载波频率。     

解多普勒中心模糊的一种新方法

在合成孔径雷达(SAR)成像的斜视模式下，多普勒中心频率估计往往会出现重频(PRF)模糊。本文提出的能量重心法可以有效地解决多普勒中心模糊问题。这种算法主要利用距离一多普勒城的距离徙动与多普勒中心的惟一对应关系来确定PRF模糊数。Chirp Scaling算法也是从方位傅里叶变换开始的，所以能量重心法可以与它有机地结合起来，从而大大减少运算量。能量重心法同样适用于经过Dechirp压缩处理后的数据，但此时波长差异法不再适用，因为线性调频信号经过Dechirp脉压后将变成单频脉冲信号。此外，能量重心法对大斜视角情况也是有效的。     

基于瞬时自相关算法的线性调频雷达信号脉内分析研究

估计线性调频信号的瞬时频率和调制参数,是进一步获得脉内特征并最终识别信号的基础。线性调频信号模型由软件编程产生,引入瑞利分布高斯谱模型来模拟背景杂波。提出采用小波包分析方法进行消噪处理,以瞬时自相关算法估计信号的瞬时频率,进而求出调制参数。瞬时自相关算法进行了滑动平均改进。计算机仿真实验得到瞬时自相关算法估计瞬时频率的...     

微多普勒瞬时频率估计算法对噪声的适应性能研究

微多普勒特征提取的关键在于瞬时频率的计算,峰值检测法和一阶时间条件矩法是基于高分辨时频分布的两种瞬时频率估计算法.本文对两种瞬时频率估计算法对噪声的适应性能进行了理论分析和仿真计算,结果表明,当信号受噪声污染后,在一定的信噪比条件下,峰值检测法瞬时频率估计算法对能量分布的变化不敏感,但一阶时间条件矩法瞬时频率估计算法对时频域能量分布十分敏感,因此,峰值检测法较一阶时间条件矩法对噪声具有鲁棒性.实际中雷达接收到的信号都是受噪声污染的,分析两种算法对噪声的适应性能对工程实际应用具有重要参考价值.     

基于时域相位思想的复自相关算法的研究

根据ADCP流速测量的需要,研究了利用复自相关法估计回波信号多普勒频移的算法.通过对比FFT法和复自相关法在频率估计量的偏差和标准差,以及算法运算量,表明复自相关算法是频率估计算法的一个合适选择.     

大动态PCM/FM信号的载波频率同步

针对大动态脉冲编码-频率调制(PCM/FM)遥测信号的载波频率同步,提出了基于快速傅里叶变换(FFT)及频谱重心的载波频率估计方法,并采用了频谱叠加及频谱截取的优化方法提高算法估计精度.相对于其他基于FFT的频率估计算法,频谱重心法有着更高的估计精度及更好的抗噪声性能,而且复杂度代价很小.仿真的均方误差结果表明,基于FFT长度为2048和2块叠加以及保留信号99.9%能量的频谱截取方案有最好的估计性能.在最大多普勒频率、多普勒一阶变化率及二阶变化率分别为0.5倍、0.3倍及0.2倍符号率的大动态条件下,基于频谱重心法的二阶锁频环能够较好地完成载波频率跟踪.误码率曲线表明,经过频偏校正后的多符号非相干解调(MSD)性能与无频偏情况相比,无性能损失.     

基于PowerPC的直扩信号参数估计功能单元设计与实现

文章通过平方倍频法对直扩信号的载波频率进行估计,然后通过自相关函数最小二乘拟合法对直扩信号的伪码速率进行估计,在此基础上进行基于PowerPC的通用软件无线电平台功能单元的设计,最终通过软件无线电平台下测试结果与软件仿真的对比,验证直扩信号参数估计功能单元设计的正确性。     

一种估计多信号频率的快速子空间方法

多重信号分类（Multiple Signal Classification,MUSIC）法在估计多信号频率时需要对采样数据序列的自相关矩阵进行特征值分解，并准确划分出信号和噪声子空间，使得其计算量比较大。利用自相关矩阵的Toeplitz特性快速计算其逆矩阵，通过计算逆矩阵的多次幂来逼近噪声子空间，避免了MUSIC法的特征值分解和估计信号个数的过程。在谱峰搜索环节，采用先粗估计频率值再在小区间进行精细搜索的策略，能够避免搜索无用的频率范围。计算量比较分析以及与理论克拉美罗界（Cramer-Rao Bound,CRB）的对比验证结果表明，快速方法性能与MUSIC法相当，能够较好地逼近CRB，且计算量更小，适合实时性要求高的应用场合。     

基于现代谱估计的PSK信号频率估计方法

现代谱估计方法是在强噪声背景下进行谱估计的有效方法。本文利用现代谱估计的方法．分别使用MUSIC算法，Welch算法和修正协方差算法对PSK信号中心频率进行了估计。本文给出了计算机仿真的结果，将3种算法的估计结果进行了比较。结果表明，利用现代谱估计方法可有效地估计PSK信号的中心频率，其中修正协方差法在几种谱估计方法中性能稳定，复杂度适中，且计算速度较快。     

一种CPM信号频率成形脉冲盲估计算法

频率成形脉冲是连续相位调制(CPM)信号解调所必需的调制参数,由脉冲形状和脉冲长度两个参数共同决定。该文利用CPM信号的自相关特性,深入分析了CPM信号调制参数与自相关函数之间的内在联系,并在此基础上提出了一种频率成形脉冲的盲估计算法。该算法首先实现脉冲形状的盲识别,然后将CPM信号的调制指数调整为整数,最后通过自相关函数中非零值的个数来实现脉冲长度的盲估计。计算机仿真结果与分析表明,该算法实现简单,能够在任意调制阶数和调制指数下有效估计出频率成形脉冲。     

相干激光测风雷达高分辨距离门自适应技术研究

脉冲相干激光测风雷达的信号处理通常采用固定长度距离门来划分时域信号,并对每个距离门做频谱计算得到风速度信息。固定距离门的时域信号划分存在中频信号的非整周期截断问题,导致频谱计算时出现频谱泄露而产生误差,使信噪比降低。文中提出一种基于整周期搜索的自适应距离门划分方法,距离门长度与中频信号频率自适应,可实现对信号的整周期分割,避免了频谱处理中的频谱泄漏问题,提高频率估计精度。采用加噪信号对两种处理方法进行仿真分析,结果表明:自适应距离门方法可实现距离门长度与中频信号的自适应,在信噪比小于1 dB时,该方法得到的中频估计误差是固定距离门方法的38%~62%。应用自适应距离门方法处理激光测风雷达系统获取的转盘和风场回波信号,与使用固定距离门方法的激光测风雷达测量结果进行对比。结果表明:自适应距离门划分方法对转盘速度测量的均方根误差为0.19 m/s,大气风速度测量的距离分辨率在7~11 m之间变化,均优于固定距离门方法,实现了激光测风雷达的距离分辨率和测量精度的提升。     

基于频谱重构的相干激光测风雷达风切变检测算法

为了提高相干激光测风雷达风切变的检测率,本 文提出了一种在频域检测风切变的新 方法。首先,截取激光雷达 目标探测距离处的回波信号进行傅里叶变换。其次,通过对回波信号的频率分量按其幅值大 小加权进行频谱重构。然后, 对重构后的频谱进行平滑并估计峰值频率,计算局部频率差,与风切变阈值进行比较,进而 在频域判别风切变。采用旋 转电机实验数据对该算法误差进行评估,得到该算法频谱估计误差为0.64 MHz。设计基于小 型飞机的激光雷达风切变检 测实验对算法检测率进行验证,以小型飞机飞行报告作为风切变判定标准,对激光雷达检测 结果进行判别。通过朝阳机 场实验得到该算法风切变检测率为84.62%,表明该算法对提高激光雷 达风切变检测率具有重要价值。     

1550 nm相干激光测风雷达微弱回波信号处理

针对激光测风雷达回波信号极其微弱,直接快速傅里叶变换(FFT)后无法得到回波信号频域幅值的问题,该文提出了嵌入现场可编程门阵列(FPGA)的数字中频信号处理方法,有效地提取了回波信号频域幅值.激光测风雷达的回波信号是相干激光脉冲信号经过空气中气溶胶后向散射的信号,由于空气中气溶胶浓度小以及激光发射功率限制,回波信号微弱...     

滤波器组在相干激光测风雷达信号处理中的应用

首先简要介绍了相干激光测风雷达和数字滤波器组的工作原理,然后重点分析了余弦调制滤波器组。余弦调制滤波器组具有实现简单、占用资源少等特点。信号通过滤波器组后可分解成若干个窄带子信号,目标的多普勒频率将落入其中一个子带信号中,针对这一子信号进行处理可获得较高的信噪比。利用Matlab设计出了8通道余弦调制滤波器组,然后对回波信号进行处理,从仿真结果和实测信号处理结果可以看出:该方法可以判断并抽取出多普勒频率所在的子带信号。     

相干测风激光雷达中多核DSP并行风速反演算法的实现

针对高重复频率相干测风激光雷达中风速反演时数据量大、计算量大、实时性要求高等问题提出了基于多核数字信号处理器（DSP）的并行风速反演算法。该算法的核心思想是,利用高速数据处理板卡DSPC-8681上的4颗8核DSP处理器采用单指令多数据流的方式进行并行计算和同步,使用最大似然离散谱峰值计算出视向风速。在激光脉冲重复频率为10 kHz的条件下实现了相干测风激光雷达中实时的风速反演。通过实验验证,激光雷达的视向探测距离达到3 600 m,距离分辨率为60 m,风速测量范围为30 m/s,时间分辨率为1 s,转动圆盘校准的速度测量精度优于0.48 m/s。     

A two-stage autocorrelation method for frequency estimation of sinusoidal signal

A two-stage autocorrelation method is proposed for frequency estimation of a complex sinusoidal signal in complex additive white Gaussian noise. In the first stage, a function about signal frequency is constructed via an autocorrelation procedure. By the Least-Square (LS) principle, the signal frequency is estimated from the function. In the second stage, the estimated error of signal frequency in the first stage is defined. Applying the Taylor series, a function about the estimated error of signal frequency is conducted from the autocorrelation function. Applying the LS estimation once more, the estimate of estimated error of frequency in the first stage is obtained. Then the fine estimate of signal frequency is obtained. Simulation results show that the performance of proposed method can approach the Cramer–Rao lower bound in the whole frequency range.     

光源线宽对相干激光测风雷达探测性能的影响分析

使用窄线宽激光源是相干激光测风雷达的特点之一,为研究不同线宽光源对激光测风雷达探测性能的影响,从理论分析了在相干长度内、外时光电流的频谱特性,并使用了三种不同线宽的激光光源进行实际的测风试验。试验表明,当探测距离在相干长度外时,100 kHz光源信号幅度较1 kHz与10 kHz两种光源下降约30%,且部分频段噪声幅度较大。因此,在设计中近程激光测风雷达,可考虑选用百kHz量级线宽光源,而探测距离数千米甚至更远的中远程激光测风雷达,可考虑选取几十千赫级线宽光源。     

一种对MIMO 雷达正交QPSK 信号的参数估计方法

针对多输入多输出雷达所采用的正交四相编码信号,提出了基于循环自相关函数的参数估计方法。文中首先对正交四相编码信号模型的循环自相关函数和循环谱密度函数进行了推导;然后,依据推导结果,通过对循环谱密度函数最大模值位置的搜索完成了对信号载频的估计;最后,对不同延时条件下循环自相关函数在相位修正后进行累积,实现了对码速率的估计。仿真表明,文中算法在信噪比优于1 dB 后,可以较好地完成对正交四相编码信号的调制参数估计。     

空间步进频雷达多参数联合稀疏估计方法

在复杂环境下,由于少快拍、低信噪比和相干信号导致目标距离-角度二维超分辨估计性能下降,误差增大,本文提出了一种基于空间步进频雷达的距离-角度二维稀疏估计方法.该方法根据空间步进频雷达的回波特性得到距离和角度联合的等效接收信号模型;然后利用迭代的加权lq-范数的稀疏渐进最小化方差方法获得距离-角度二维功率谱估计.仿真结果...     

Underlay认知网络中时频重叠OFDM信号的信噪比盲估计

针对underlay认知无线电中时频重叠正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）信号的信噪比（Signal to Noise Ratio,SNR）难以估计的问题,提出了一种基于循环自相关特性的时频重叠OFDM信噪比盲估计方法.该方法提取接收信号的循环自相关函数截面中的离散谱线估计出分量信号的总功率,并结合时延和循环频率均为零时的离散谱线估计出时频重叠OFDM信号的信噪比.仿真结果表明,在无需先验信息的情况下,当SNR大于-7dB时,所提方法估计的均方误差小于0.1,并且对分量信号的功率比和频谱重叠率具有稳健性.