[发明专利]调幅信号载波频率的高精度估计方法及装置

说明书

本发明公开了一种调幅信号载波频率的高精度估计方法及装置：以确知的采样速率对输入的调幅信号采样，共采集3N‑1个样点；对前2N‑1个样点做阶数为N的全相位FFT谱分析，得谱分析结果Y₁(k),k＝0,...,N‑1；对后2N‑1个样点做阶数为N的全相位FFT谱分析，得谱分析结果Y₂(k),k＝0,...,N‑1；找到全相位FFT谱分析结果Y₁(k)和Y₂(k)的峰值谱位置k^*，取出Y₁(k^*)、Y₂(k^*)的相位谱值估算出载波频率的数字角频率并将数字角频率转化为模拟频率，即得最终的载频估计本发明直接对调幅信号进行采样，借助数字信号处理来进行载频估计，无需下变频、本振等附加硬件设施。

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，具体涉及怎样对调幅信号的载波频率进行高精度检测的问题，更具体的说，是涉及一种调幅信号载波频率的高精度估计方法及装置。

背景技术

幅度调制(Amplitude Modulation，AM)是常用的信号调制手段，相比于频率调制和相位调制，调幅波占据带宽更窄，因而在譬如调幅广播电台、民航VHF地空通信[1]、海上无线电MF/HF频段通信[2]等长距离通信中都采用了AM调制方式。此外，在电力系统的运行过程中，会出现闪变、失步等动态过程，常常导致某低频故障波对电网幅度、频率产生起伏波动[3]，因而对于调幅信号的载频估计及频谱分析，具有较高的工程意义。

在无线信道中，基带信号都是调制在高频载波上进行发送和传输的，而在接收解调端，载波频率的估计精度也直接决定了基带信号的恢复性能。因而无论在军事还是民用领域，对载波信号进行高精度的频率估计具有很高的应用价值。在军事领域，载波频率估计是对敌方通信进行干扰或侦听的前提，一旦知道了敌方通信信号的载波频率，就可以截获敌方信息，从而有针对性地制定侦察和反侦察策略。在民用方面的应用包括信号确认、干扰识别和频谱监测等无线电管理工作。

然而受系统发射机和接收机的晶振稳定度，以及多普勒效应(如民航地空通信中，飞机在运动中会产生多普勒效应)等因素的影响，载频经常会出现漂移，这会增加载波频率估计的难度。载频估计既可在时域进行，也可在频域进行。基于射频信号的零交叉法是最典型的时域估计方法，但该方法对噪声比较敏感；频域估计方法有周期图法和频率居中法，周期图法[4]是基于最大似然估计，周期图的最高峰被估计为载波频率，但周期图法得到的是信号的功率谱，失去了相位信息，因而其频率估计精度受到限制；频率居中法则对对称信号适用，对非对称信号估计效果不好。文献[5]提出一种通过从含有线性相位分量的瞬时相位求出的瞬时频率，进而从中估计出载波频率的方法。由此可见，解调端采样得到的样点的瞬时相位的计算是载波频率估计的关键，为求出瞬时相位，该文献引入了希尔伯特变换、中值滤波、多次平均求数学期望等措施，算法较复杂。而文献[6]则提出一种基于二阶循环累积量的载波频率估计方法，然而该方法仅适用于数字通信情况，而不适用于模拟通信情况。

本发明将利用全相位FFT的谱分析方法[7][8]，全相位FFT具有很好的抑制频谱泄漏性能和“相位不变性”，利用此特性可以高精度地测出信号的瞬时相位；本发明将全相位FFT应用于AM信号的分析中，理论分析了AM信号的全相位FFT相位谱特征，提出一种“全相位时移相位差载频估计法”，取得了较好效果。

参考文献

[1]朱道娴,吉松海.民航VHF地空话音通信系统概述[J].空中交通管理,2004(3):46-48.

ZHU Dao-xian,JI Song-hai.Overview of Civil Aviation VHF Air/GroundVoice Communication System[J].Air Traffic Management,2004(3):46-48.

[2]杨永康,毛奇凰.海上无线电通信[M].2版.北京,人民交通出版社,2009.