一種高精度的精同步裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度的精同步裝置及方法，其方法包括：S1：進(jìn)行同步序列的粗捕獲；S2：在粗捕獲峰值前后各一個碼片內(nèi)，采用多路并行相關(guān)單元進(jìn)行相關(guān)操作，得到相關(guān)函數(shù)的采樣序列Y；S3：利用高斯函數(shù)逼近相關(guān)函數(shù)，借助采樣序列Y初始化高斯函數(shù)參數(shù)，并通過高斯牛頓法迭代高斯函數(shù)參數(shù)；S4：迭代結(jié)束后，提取高斯函數(shù)的參數(shù)b，直接得到峰值位置的估計值。本發(fā)明充分利用了相關(guān)函數(shù)的形狀特征，利用高斯函數(shù)逼近相關(guān)函數(shù)，并通過Gauss-Newton法迭代參數(shù)，從中提取同步結(jié)果，提高了精同步的精度；收斂速度快，參數(shù)提取直接；實現(xiàn)復(fù)雜度低，計算量相對同等采樣率下并行相關(guān)方法增加不大，且受噪聲影響較小，便于在現(xiàn)實中采用。
【專利說明】一種高精度的精同步裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信和測控領(lǐng)域的高精度同步技術(shù)，特別涉及一種基于Gauss-Newton 法的高精度的精同步裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 通信系統(tǒng)的同步是建立可靠通信的基礎(chǔ)，在測控領(lǐng)域隨機碼同步的誤差是影響測 距精度的重要因素。近年來，隨著模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速率越來越高，數(shù)字器件處理能力也越來 越強，在更高采樣率上進(jìn)行同步，是提高同步精度的常用方法。
[0003] 在通常的通信或測控系統(tǒng)中，同步分兩步進(jìn)行：首先進(jìn)行粗捕獲，在滿足一定捕獲 概率的前提下，獲得相關(guān)峰的大概位置；由于粗捕獲的精度有限，需要在粗捕獲的基礎(chǔ)上， 通過精同步精確估計相關(guān)峰位置。
[0004] 常見的同步算法包括：
[0005] (1)并行相關(guān)法：通過減小相關(guān)器的間隔，增加相關(guān)器數(shù)量，得到更為精細(xì)的互相 關(guān)函數(shù)的采樣序列，從中尋找信噪比最大一路，輸出其索引值。
[0006] (2) FFT (Fast Fourier Transform)循環(huán)相關(guān)算法：FFT循環(huán)相關(guān)算法是時域相關(guān) 的快速算法，利用FFT運算將時域卷積轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域的相乘運算。
[0007] (3)匹配濾波法：通過將接收信號與本地序列做卷積，匹配濾波器基于最大信噪 比準(zhǔn)則，通過檢測信噪比最大的時刻，得到相關(guān)峰位置的估計值，利用匹配濾波進(jìn)行精同步 往往在中頻進(jìn)行。
[0008] (4)延遲鎖定法：將接收信號與兩個時延的本地序列相關(guān)，將兩路相關(guān)的結(jié)果相 減，將差值信號經(jīng)過環(huán)路濾波后控制振蕩器，振蕩器調(diào)節(jié)本地序列的時延直至與接收信號 完全對齊。
[0009] 分析上述四種同步算法，分別具有以下特點：并行相關(guān)法方法簡單，但是縮小相關(guān) 器時間間隔會增加相關(guān)器數(shù)量和每個相關(guān)器的計算量，性能提升有限；FFT循環(huán)相關(guān)算法 降低了并行相關(guān)算法的計算量，但并沒有改善其精度；匹配濾波法精度受本地序列采樣間 隔限制，中頻匹配輸出結(jié)果會出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象；延遲鎖定方案收斂速度慢，受自噪聲影響，精 度和穩(wěn)定性都不理想。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型的基于Gauss-Newton法 (高斯牛頓法）的高精度的精同步裝置及方法，借助相關(guān)函數(shù)的形狀特征，利用高斯函數(shù)逼 近相關(guān)函數(shù)，通過Gauss-Newton法迭代高斯函數(shù)參數(shù)，并從中提取同步結(jié)果，同步精度高， 計算量增加較少且受噪聲影響也較小。
[0011] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種高精度的精同步裝置，包括并 行相關(guān)單元和高斯逼近單元，高斯逼近單元包括參數(shù)初始化模塊、迭代模塊和收斂判決模 塊，并行相關(guān)單元的輸入端分別連接接收信號和本地序列，并行相關(guān)單元的輸出端依次通 過參數(shù)初始化模塊和迭代模塊與收斂判決模塊的輸入端連接，收斂判決模塊的輸出端還與 迭代模塊的另一輸入端相連；
[0012] 并行相關(guān)單元，用于在粗捕獲峰值前后各一個碼片內(nèi)進(jìn)行相關(guān)操作，得到相關(guān)函 數(shù)的采樣序列Y ;
[0013] 參數(shù)初始化模塊，用于根據(jù)相關(guān)函數(shù)的采樣序列Y初始化高斯函數(shù)參數(shù)向量；
[0014] 迭代模塊，同于計算高斯函數(shù)的雅克比矩陣，迭代高斯函數(shù)參數(shù)；
[0015] 收斂判決模塊，用于判斷是否滿足收斂條件或達(dá)到迭代次數(shù)，完成跳轉(zhuǎn)流程。
[0016] 所述的迭代模塊為高斯牛頓迭代模塊。
[0017] 所述的迭代模塊包括存儲子模塊和計算子模塊，存儲子模塊用于存儲參數(shù)向量， 計算子模塊用于計算矩陣乘法和求逆運算。
[0018] 一種高精度的精同步方法，它包括以下步驟：
[0019] S1 :進(jìn)行同步序列的粗捕獲；
[0020] S2 :在粗捕獲峰值前后各一個碼片內(nèi)，采用多路并行相關(guān)單元進(jìn)行相關(guān)操作，得到 相關(guān)函數(shù)的采樣序列Y ;
[0021] S3:利用高斯函數(shù)逼近相關(guān)函數(shù)，借助采樣序列Y初始化高斯函數(shù)參數(shù)，并通過高 斯牛頓法迭代高斯函數(shù)參數(shù)；
[0022] S4 :迭代結(jié)束后，提取高斯函數(shù)的參數(shù)b，直接得到峰值位置的估計值。
[0023] 所述步驟S1進(jìn)行粗捕獲的步驟采用相關(guān)或匹配濾波的方法。
[0024] 步驟S3所述的迭代步驟包括以下子步驟：
[0025] S301:初始化高斯函數(shù)的參數(shù)向量

【權(quán)利要求】
1. 一種高精度的精同步裝置，其特征在于：包括并行相關(guān)單元和高斯逼近單元，高斯 逼近單元包括參數(shù)初始化模塊、迭代模塊和收斂判決模塊，并行相關(guān)單元的輸入端分別連 接接收信號和本地序列，并行相關(guān)單元的輸出端依次通過參數(shù)初始化模塊和迭代模塊與收 斂判決模塊的輸入端連接，收斂判決模塊的輸出端還與迭代模塊的另一輸入端相連； 并行相關(guān)單元，用于在粗捕獲峰值前后各一個碼片內(nèi)進(jìn)行相關(guān)操作，得到相關(guān)函數(shù)的 采樣序列Y ; 參數(shù)初始化模塊，用于根據(jù)相關(guān)函數(shù)的采樣序列Y初始化高斯函數(shù)參數(shù)向量； 迭代模塊，同于計算高斯函數(shù)的雅克比矩陣，迭代高斯函數(shù)參數(shù)； 收斂判決模塊，用于判斷是否滿足收斂條件或達(dá)到迭代次數(shù)，完成跳轉(zhuǎn)流程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度的精同步裝置，其特征在于：所述的迭代模塊為 高斯牛頓迭代模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度的精同步裝置，其特征在于：所述的迭代模塊包 括存儲子模塊和計算子模塊，存儲子模塊用于存儲參數(shù)向量，計算子模塊用于計算矩陣乘 法和求逆運算。
4. 一種高精度的精同步方法，其特征在于：它包括以下步驟： 51 :進(jìn)行同步序列的粗捕獲； 52 :在粗捕獲峰值前后各一個碼片內(nèi)，采用多路并行相關(guān)單元進(jìn)行相關(guān)操作，得到相關(guān) 函數(shù)的采樣序列Y ; 53 :利用高斯函數(shù)逼近相關(guān)函數(shù)，借助采樣序列Y初始化高斯函數(shù)參數(shù)，并通過高斯牛 頓法迭代高斯函數(shù)參數(shù)； 54 :迭代結(jié)束后，提取高斯函數(shù)的參數(shù)b，直接得到峰值位置的估計值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高精度的精同步方法，其特征在于：所述步驟S1進(jìn)行粗 捕獲的步驟采用相關(guān)或匹配濾波的方法。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高精度的精同步方法，其特征在于：步驟S3所述的迭代 步驟包括以下子步驟： 5301 :初始化高斯函數(shù)
的參數(shù)向量
￡1。- ΓΠΒΧ (Υ); b。= max (Υ)的索引值； cQ等于上次迭代的結(jié)果或采用經(jīng)驗值； 5302 :計算Φ (t，X)的雅克比矩陣：
根據(jù)修正的高斯牛頓法得到第k次迭代的迭代公式：
更新參數(shù)向量χ ; S303 :判斷是否滿足收斂條件，即計算歸一化的絕對值誤差是否滿足：
其中，η為預(yù)設(shè)的閾值； 如果滿足收斂條件或者達(dá)到指定迭代次數(shù)，跳至步驟S4輸出參數(shù)b，如果不滿足收斂 條件，則跳至步驟S302繼續(xù)迭代。
【文檔編號】G06F17/15GK104123267SQ201410349007
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】李翔, 趙宏志, 唐友喜 申請人:電子科技大學(xué)