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1、(10)申请公布号 CN 102801663 A (43)申请公布日 2012.11.28 CN 102801663 A *CN102801663A* (21)申请号 201210222859.8 (22)申请日 2012.06.28 H04L 25/02(2006.01) (71)申请人 西安空间无线电技术研究所 地址 710100 陕西省西安市长安区西街 150 号 (72)发明人 李加洪 李雄飞 翟盛华 李振华 孙洋 侴胜男 (74)专利代理机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 安丽 (54) 发明名称 一种用于深空探测器的多档码速率估计方法 (57) 摘要 本发明公开了一种用。
2、于深空探测器的多档码 速率估计方法， 包括以下步骤 ： 步骤 1 ： 对接收的 输入信号下变频后分别进行高速率、 中速率和低 速率的滤波和抽样 ； 步骤 2 ： 对步骤 1 产生的 3 路 信号进行自动增益控制 ； 步骤 3 ： 对步骤 2 输出的 3路信号进行缓存， 当3路信号达到缓存数据长度 时， 按照低速率信号优先于中速率信号优先于高 速率信号的顺序输出， 并转入步骤4 ； 步骤4 ： 对步 骤 3 输入的信号进行速率估计， 输出速率估计标 志。采用本发明实现了对多档码速率的自适应估 计。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国。
3、家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 1/1 页 2 1. 一种用于深空探测器的多档码速率估计方法， 包括以下步骤 ： 步骤 1 ： 对接收的输入信号下变频后分别进行高速率、 中速率和低速率的滤波和抽样 ； 步骤 2 ： 对步骤 1 产生的 3 路信号进行自动增益控制 ； 其特征在于， 还包括以下步骤 ： 步骤 3 ： 对步骤 2 输出的 3 路信号进行缓存， 当 3 路信号达到缓存数据长度时， 按照低 速率信号优先于中速率信号优先于高速率信号的顺序输出， 并转入步骤 4 ； 步骤 4 ： 对步骤 3 输入的信号进行速率估计， 输出速率估计标志。。
4、 2. 如权利要求 1 所述的一种用于深空探测器的多档码速率估计方法， 其特征在于， 所 述步骤 4 中速率估计的方法包括以下步骤 ： 步骤 41 ： 对所述信号进行去调制处理， 获得调制前信号 ； 步骤 42 ： 对所述调制前信号进行 FFT 运算并计算 FFT 运算后实部与虚部平方和 ； 步骤 43 ： 提取平方和最大值、 平方和次大值和平方和第三大值， 并计算除所述平方和 最大值、 所述平方和次大值和所述第三大值之外的平均值 ； 步骤 44 ： 若所述平方和次大值处于预设位置， 且平方和次大值大于平均值的 N 倍， 则更 新速率估计标志为当前档位的速率， 并速率估计标志 ； 否则转入步骤。
5、 45 ； 步骤 45 ： 若平方和第三大值在预设的位置， 且大于平均值的 N 倍， 则更新速率估计标志 为当前档位的速率， 并速率估计标志。 权 利 要 求 书 CN 102801663 A 2 1/3 页 3 一种用于深空探测器的多档码速率估计方法 技术领域 0001 本发明涉及一种用于深空探测器的多档码速率估计方法。 背景技术 0002 在深空测控通信系统中， 由于通信距离远， 无线电波传输延时长， 信号能量衰减严 重， 并且测控通信信道受到太阳带电粒子的影响， 当地球与探测器之间的距离越远 ( 即信 道中带电粒子的密度越大 )， 这种现象越严重。根据不同信道环境， 深空测控通信系统采用。
6、 不同的码速率通信， 当信道环境比较恶劣的时候， 采用极低码速率进行通信 ； 当通信系统中 断后， 从地面发射的信号可能会根据信道环境进行实时调整信道速率， 因此， 为了保证探测 器能够正常通信， 探测器需要不间断的进行信道码速率估计， 即实现自适应码速率估计。 发明内容 0003 本发明的技术解决问题是 ： 针对现有技术的不足， 提供了一种用于深空探测器的 多档码速率估计方法， 实现了对多档码速率的自适应估计。 0004 本发明的技术解决方案是 ： 0005 一种用于深空探测器的多档码速率估计方法， 包括以下步骤 ： 0006 步骤 1 ： 对接收的输入信号下变频后分别进行高速率、 中速率和。
7、低速率的滤波和 抽样 ； 0007 步骤 3 ： 对步骤 2 输出的 3 路信号进行缓存， 当 3 路信号达到缓存数据长度时， 按 照低速率信号优先于中速率信号优先于高速率信号的顺序输出， 并转入步骤 4 ； 0008 步骤 4 ： 对步骤 3 输入的信号进行速率估计， 输出速率估计标志。 0009 所述步骤 4 中速率估计的方法包括以下步骤 ： 0010 步骤 41 ： 对所述信号进行去调制处理， 获得调制前信号 ； 0011 步骤 42 ： 对所述调制前信号进行 FFT 运算并计算 FFT 运算后实部与虚部平方和 ； 0012 步骤 43 ： 提取平方和最大值、 平方和次大值和平方和第三大。
8、值， 并计算除所述平 方和最大值、 所述平方和次大值和所述第三大值之外的平均值 ； 0013 步骤 44 ： 若所述平方和次大值处于预设位置， 且平方和次大值大于平均值的 N 倍， 则更新速率估计标志为当前档位的速率， 并速率估计标志 ； 否则转入步骤 45 ； 0014 步骤 45 ： 若平方和第三大值在预设的位置， 且大于平均值的 N 倍， 则更新速率估计 标志为当前档位的速率， 并速率估计标志。 0015 本发明与现有技术相比具有如下优点 ： 0016 本发明为了满足深空通信要求， 对接收到的输入信号同时进行高速率、 中速率和 低速率的滤波和抽样， 对输入信号进行了预选， 通过预选提高了。
9、后续进行速率估计的精度， 使得利用本发明速率估计后的通信更加可靠 ； 同时为了以省星上处理资源， 对 3 路信号分 别进行缓存， 并按照低速率优于中速率优于高速率的优先级顺序进行输出， 从而实现了对 速率估计硬件的复用， 节省了空间仪器的实现资源。 且在对缓存信号进行输出的时候， 可以 说 明 书 CN 102801663 A 3 2/3 页 4 根据设定的缓存数据长度进行， 从而利用对缓存数据长度的调整保证了速率的实时性。 附图说明 0017 图 1 为本发明流程图 ； 0018 图 2 为分档滤波示意图 ； 0019 图 3 为自动增益控制流程图 ； 0020 图 4 为数据缓存的控制流程。
10、图 ； 0021 图 5 为速率估计控制流程图 ； 0022 图 6 为速率估计实现原理图 ； 0023 图 7 为运算速率估计策略流程图。 具体实施方式 0024 下面就结合附图对本发明做进一步介绍。 0025 如图 1 所示， 为本发明流程图。本发明完成深空探测器的多档码速率估计， 并根据 估计结果控制探测器接收机完成自适应解调。 0026 步骤 1 ： 由于输入信号的速率存在不确定性， 多档速率信号都可能， 因此采用预选 滤波器组和抽样对输入的信号进行初步分类。如图 2 所示， 对输入信号分别经过高速率档 滤波、 中速率档滤波和低速率档滤波， 并对滤波后的信号进行抽样。 由于本发明的码速。
11、率估 计是在预知可能存在的码速率， 因此预选滤波器的设计要求并不是很严格， 只对信号进行 初步分类， 确保不同速率档信号不重合出现在一个支路上 ； 而抽样系数的设计是满足抽样 后的信号速率为 4 倍符号速率。 0027 步骤 2 ： 对经过步骤 1 后输出的 3 路信号， 如图 3 所示， 分别进行数字 AGC 控制采 用平方和积分清洗算法进行功率估计， 将功率估计变换后作为增益表查找地址， 增益表输 出增益值， 利用增益值对与输入信号相乘完成增益控制。 0028 步骤 3 ： 对完成增益控制后的 3 路信号， 采用下述机制进行缓存。 0029 本系统采用一种串行复用机制 512 点 FFT 。
12、运算， 为了确保码速率的估计准确性和 实时性， 每进入 40 个数据进行一次估计运算， 并且低码速率通道信号的运算优先级最高， 根据码速率的顺序依次往高， 数据缓存的控制流程图见图 4。低速时钟区为信号输入缓冲， 当信号首次缓冲到 512 时， 进行一次 FFT 运算的速率估计， 之后每进入 40 个数据， 进行一次 估计。高速时钟区是对输入信号进行读取， 然后做速率估计运算。 0030 步骤 4 ： 对缓冲后的 3 路信号， 由于中高速率信号到达速度比低速信号快， 为了保 证速率估计准确性， 将低速率信号估计的优先级设为最高， 按照低速率信号优于中速率信 号优于高速率信号的优先级顺序进行速率。
13、估计。如图 5 所示， 0031 a. 当低速率信号存储输出满标志， 即进行低速率档速率估计， 即优先级最高 ； 0032 b. 在没有对低速率信号进行速率估计时， 若中速率信号存储输出满标志， 则进行 中速率档速率估计 ； 0033 c. 在低速率信号和中速率信号都没有进行速率估计时， 若高速率信号存储输出满 标志， 则进行高速率档速率估计。 0034 上述步骤 a， b， c 中对各档速率信号进行的速率估计通过如图 6 所示过程进行。 说 明 书 CN 102801663 A 4 3/3 页 5 0035 信号在 4 倍符号速率下， 进行去调制、 FFT 估计运算和码速率映射， 估计码速率。
14、大 小， 码速率估计实现原理框图见图 5 所示和 FFT 算法速率估计策略流程图见图 6。FFT 运算 速率估计流程 ： 0036 a. 对准备进行速率估计的信号进行平方， 平方后的信号即恢复调制信号的包络 ； 0037 b. 对恢复信号包络进行 FFT 运算 ； 0038 c. 对于 FFT 运算后的实部与虚部进行平方求和 ； 0039 d. 确定对应的平方和中的最大值、 次大值和第三大值， 及各值对应的索引位置， 对 除去最大值、 次大值和第三大值后的平方和进行平均 ； 0040 e. 根据实施规则判断次大值的位置是否在预设位置， 且次大值是否满足大于平均 值的 N 倍， 满足输出速率标志。
15、， 否则转到下一步 ； 0041 f. 不满足 e 的情况下， 判断第三大值的位置是否在预设位置， 且第三大值是否满 足大于平均值的 N 倍， 满足输出速率标志， 否则转到下一步 ； 0042 g. 如果 e、 f 均不满足， 保持原速率估计值。 0043 实施例 0044 信号速率分别为 1kbps、 125bps 和 7.8125bps 载波为 8k 的 BPSK 调制信号。 0045 最终形成如下的处理过程 ： 0046 (1) 将通道 AD 采样后， 进行数字下变频， 下变频后的信息速率为 N/Tb， N 为采样倍 数 (N 32)， Tb 为码元宽度。 0047 (2) 将下变频数据。
16、送入滤波器组进行信号预选， 然后对信号抽样， 保证每档速率输 出的信号采样率为 4T/b。 0048 (3) 取 16 个码元预选信号同相与正交分量分别平方， 然后积分清洗 ( 即累加 ) 求 和， 最终输出功率值 ； 对功率值进行变换作为增益表的查找地址， 增益值与地址一一对应， 查出增益值与输入信号相乘完成 AGC 控制。 0049 (4) 将数据存入双口 ram， 当双口 ram 输入数据首次满 512 时， 进行 FFT 运算一次， 之后每进入 40 个数据， 进行一次 FFT 运算。 0050 (5) 读双口 ram 数据进行 FFT 运算， 由于高速率信号与低速率信号速率相差 12。
17、8 倍， 因此， 低速率信号进行 1 次 FFT 运算， 高速率信号可以进行 128 次， 为了保证低速率信号 估计实时性， 在低速率信号接收 40 个数， FFT 运算终止之前的运算， 进行低速率信号 FFT 运 算 ； 其次是中速率信号的 FFT 运算。 0051 (6) 在进行 FFT 运算之前， 先恢复信号包络即同相与正交分量平方。 0052 (7)对FFT运算输出做平方和， 搜索最大值、 次大值和第三大值及其位置， 对除3个 最值外的剩余值做均值。 0053 (8) 比较次大值与 N 倍均值大小以及次大值的位置是否在预设范围内， 满足完成 速率估计 ； 否则比较第三大值与 N 倍均值大小及第三大值的位置是否在预设范围内， 满足 完成速率估计 ； 否则保持上次估计结果。 0054 (9) 输出速率标志， 控制解调器， 完成解调。 0055 本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。 说 明 书 CN 102801663 A 5 1/4 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102801663 A 6 2/4 页 7 图 4 说 明 书 附 图 CN 102801663 A 7 3/4 页 8 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 102801663 A 8 4/4 页 9 图 7 说 明 书 附 图 CN 102801663 A 9 。