高速跳频信号载波测量算法研究与实现

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跳频通信设备被广泛应用于军事和民用通信领域。保障跳频设备正常可靠的工作,直接关系到战场上士兵的生存和日常生活中个人通信畅通。如何检测跳频设备工作是否正常成为一个重要课题。跳频速率、跳频周期、跳频带宽等是反映设备正常与否重要指标,通过对跳频信号载波测量就实现以上跳频参数的检测。现有的跳频载波测量算法大多从跳频信号整体角度出发,使用时频分析算法进行研究。但是,时频分析法本身固有时间分辨率和频率分辨率之间的相互制约,不能同时达到很高的测量精度。并且,算法复杂度高,计算量大,不能满足实时性的测量需求。为此,本文从跳频信号局部特性出发,提出同时满足高精度和实时性的载波信号测量方案。论文从多个方面研究了信号频率测量算法,以信号类型、复杂度和精度为依据进行了整理。从工程中实际测量需求出发,选择了过零点检测、卡森准则和数字锁相环测量算法,并对算法进行了Matlab仿真和软件无线电平台上的验证。第一,总结了现有的频率测量技术。以时域算法、频域算法、时频分析法及谱分析法四种分类方式,对载波频率测量技术进行分析和梳理。结合了SSB调制、FM调频和BFSK调制,三种调制方式跳频载波信号的特征和性能指标需求,筛选出了过零点检测、卡森准则和锁相环测频方案。第二,分析了算法的原理及仿真后性能。文章研究过零点检测、数字锁相环和卡森准则算法的基本原理。针对三种调制方式的跳频载波信号,分别使用载波测量算法进行了Matlab仿真,分析了采样点数和信噪比对测量精度影响,并且给出了分析结果。第三,实现算法并测试算法实际性能。在软件无线电平台上,实现了测量算法。对SSB、FM和BFSK调制方式的跳频载波信号实际测量性能进行了验证。测试结果表明:捕获时间小于0.45ms,满足2000Hop/s的需求;测量误差小于1kHz,满足测量精度;载波的捕获概率达到99.8%。本文根据三种调制方式的跳频载波信号特征,找到各自适合测量方案。文中提出的测试方案适用于便携式的软件无线电平台,可以解决实际工程遇到的跳频载波信号实时、高精度测量问题,设备小巧携带方便,具有良好的应用空间和潜在的商业价值。
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