[发明专利]基于奇数移动平滑算法的功率谱估计方法

说明书

一种基于奇数移动平滑算法的功率谱估计方法，主要解决受高斯白噪声影响时卫星导航信号功率谱估计不精确的问题，具体步骤包括：(1)获得基带卫星导航信号；(2)估计卫星导航信号的功率谱；(3)对功率谱幅值进行移动平滑处理；(4)计算理想功率谱幅值；(5)计算相关值；(6)确定移动平滑长度；(7)确定实测卫星导航信号的功率谱。本发明通过奇数移动平滑算法对Welch功率谱估计结果进行平滑处理，得到光滑的功率谱估计。该方法使用参数确定的Welch功率谱估计法，降低功率谱估计法的复杂度，满足在高斯白噪声信道条件下，对功率谱估计精度的要求。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及通信信号处理领域中的一种基于奇数移动平滑算法的功率谱估计方法。本发明可用于高斯白噪声干扰条件下，对全球定位系统GPS(Global Positioning System)导航信号的功率谱进行估计，降低功率谱估计的复杂性，减小实际监测GPS导航信号的功率谱曲线形状与理性功率谱曲线形状之间的差异。

背景技术

在GPS导航系统中，GPS导航信号的完整性是用户端工作的基础，GPS导航信号质量的优劣，直接关系到卫星导航系统的性能及其定位的精准度。近年来，随着用户端环境复杂性和定位精度的提高，监测GPS导航信号质量的工作随之而来。GPS导航信号功率谱形状在受到白噪声干扰时发生畸变，可作为衡量GPS导航信号质量指标之一。

中国科学院国家授时中心的卢晓春、周鸿伟在公开的论文“GNSS空间信号质量分析方法研究”(《中国科学》2010年第五期第40卷第528-533页)中提出采用Welch功率谱估计法对空间信号进行功率谱分析。该方法具体步骤：第一，首先对时域信号分段重叠；第二，对分段信号进行加窗处理；第三，对加窗后的分段信号进行傅立叶变换。但该方法仍然存在以下不足之处：第一，干扰条件下功率谱形状与无干扰条件下功率谱形状无明显差异；第二，Welch功率谱估计法参数选择需要考虑分段重叠、窗函数类型和傅立叶变换点数等综合因素的影响。

哈尔滨工程大学申请的专利“一种去卷积功率谱估计方法”(申请号：201710502440，申请公布号：CN 107315714A),该专利提供一种去卷积功率谱估计法。该方法步骤：第一，对时域数据样本进行预处理，对预处理后的数据样本进行功率谱估计；第二，利用去卷积算法对数据样本的功率谱与窗函数的功率谱进行去卷积运算；第三，选择合适的去卷积运算参数和迭代次数；第四，通过迭代收敛得到信号功率谱。该方法存在以下不足之处：第一，没有改变功率谱估计曲线的光滑性，且未考虑存在高斯白噪声干扰条件下，功率谱曲线形状的变化。

发明内容

本发明的目的对于上述已有技术的不足，提出一种基于奇数移动平滑算法的功率谱估计方法。

实现本发明目地的思路是，将接收的二进制相移键控BPSK调制的卫星导航信号，依次经过获得基带卫星导航信号、估计卫星导航信号的功率谱、对功率谱幅值进行移动平滑处理、计算理想功率谱幅值、计算相关值、确定移动平滑长度、确定实测卫星导航信号的功率谱。

本发明具体步骤如下：

(1)获得基带卫星导航信号：

(1a)对接收的二进制相移键控BPSK调制的卫星导航信号进行下变频，得到二进制相移键控BPSK调制的基带卫星导航信号；

(1b)将二进制相移键控BPSK调制的基带卫星导航信号进行上采样，获得二进制相移键控BPSK调制的基带数字卫星导航信号；

(2)估计卫星导航信号的功率谱：

(2a)每间隔1023个点取二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的2046个点作为一个分段信号，获得二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的分段信号；

(2b)将二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航信号的分段信号进行加汉宁窗处理，获得加窗后的二进制相移键控BPSK调制基带数字卫星导航分段信号；