CN112003645B - 一种同步参考信号提取方法及装置 - Google Patents

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CN112003645B CN202011179350.0A CN202011179350A CN112003645B CN 112003645 B CN112003645 B CN 112003645B CN 202011179350 A CN202011179350 A CN 202011179350A CN 112003645 B CN112003645 B CN 112003645B
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Abstract

一种同步参考信号提取方法及装置，该方法包括：生成本地同步信号；利用自适应合成模块对所述本地同步信号进行分支处理，得到多个分支数据，并对每个所述分支数据进行合成处理，所述合成处理为对当前分支数据分别与每一个所述分支数据对应的合成系数进行乘积计算后求和；确定合成处理后的所述分支数据与接收信号的均方误差为最小时的合成系数的值；依据所述合成系数的值对所述接收信号进行处理，以生成接收信号对应的同步参考信号。本实施例利用已知的同步信号和同步段的接收信号，自适应地解算合成系数，可以自适应地从微弱、结构复杂、信号参数多样的通信照射和散射信号中，提取高质量的参考信号。

Description

一种同步参考信号提取方法及装置
技术领域
本发明涉及信息传输技术领域，特别是涉及一种同步参考信号提取方法及装置。
背景技术
在空天地一体化异构网络、战术信息网络、物联网、宽带无线通信网、卫星通信网、观测监视情报网、车联网等各类军民用分布式无线信息***中，在***工作的过程中，无线通信是必须工作的射频传感器，***会发出数据通信信号。在整个分布式无线信息***层次，数据通信信号多发，而且，信号的发射时机被各个节点随机占用，并以一定的统计周期长度随机遍历所有节点。在空域，由于分布式无线信息***的发射机会随机遍历所有节点，在此过程中，数据通信的照射信号和散射信号可以从不同的角度全方位对目标进行照射。在照射的过程中，目标会对信号进行散射和调制，这些调制信息携带了重要的目标相关信息。
如图4所示，在地面站A和无人机D通信的过程中，地面站A的直接照射信号可以覆盖到飞机B、C和D，同时，地面站A的照射信号经过飞机B和C的散射，散射信号可以照射到飞机D，在上述散射的过程中，飞机D可以在通信的过程中，利用地面站A的照射信号和散射信号，检测空中的目标，并测量其参数。
为了检测空中的目标，并测量其参数，如上图所示，首先需提取参考信号，并采用一系列的处理（含时频二维处理、杂波抑制等），以相比于参考信号，凸显出接收信号的信号参数变化；进一步采用恒虚警检测等措施，检测出变化；然后，测量参数的变化；最后，在测量到目标参数的基础上，联合***的状态，完成目标的航迹跟踪。
在上述处理的过程中，关键的一步是提取参考信号，传统的参考信号提取，需对目标的接收信号进行同步、解调、译码、校验，校验成功后，再逆向对获取的消息进行编码、调制、组帧等操作，从而还原出参考信号。传统的处理方法，有以下几个弱点：一、需准确还原出发射端发射的消息；二、还原出的参考信号，完全是飞机D本地重生的参考信号，不能表征传播环境的调制信息，模糊了目标调制信息和传播环境调制信息，导致目标参数测量性能恶化；三、在非通信对象节点，不能还原参考信号，因而，不能进行目标检测和参数测量。
发明内容
鉴于上述状况，有必要针对现有技术中通信过程中无法准确的提取参考信号的问题，提供一种同步参考信号提取方法及装置。
一种同步参考信号提取方法，包括：
根据预先存储的生成多项式及参数生成本地同步信号，或按照顺序循环读出预先存储的随机信号生成本地同步信号；
利用自适应合成模块对所述本地同步信号进行分支处理，得到多个分支数据，并对每个所述分支数据进行合成处理，所述合成处理为对当前分支数据分别与每一个所述分支数据对应的合成系数进行乘积计算后求和；
确定合成处理后的所述分支数据与接收信号的均方误差为最小时的合成系数的值；
依据所述合成系数的值对所述接收信号进行处理，以生成接收信号对应的同步参考信号；
其中，所述自适应合成模块包括多个分支模块，每个所述分支模块包括串联的延迟单元和合成单元，所述延迟单元用于对所述本地同步信号进行延迟处理以生成多个分支数据，所述合成单元包括乘法器和合成系数存储器，所述乘法器用于对每个所述分支数据进行合成处理，所述合成系数存储器用于存储合成系数。
进一步的，上述同步参考信号提取方法，其中，所述确定合成处理后的所述分支数据与接收信号的均方误差为最小时的合成系数的值的步骤包括：
所述确定合成处理后的所述分支数据与接收信号的均方误差为最小时的合成系数的值的步骤包括：
建立合成处理后的分支数据与接收信号的最小均方误差方程：
Figure 66261DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 334431DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 388975DEST_PATH_IMAGE003
表示第
Figure 352908DEST_PATH_IMAGE004
位分支数据，
Figure 860112DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 931973DEST_PATH_IMAGE006
表示同步信号的长度，
Figure 106603DEST_PATH_IMAGE007
表示第
Figure 972928DEST_PATH_IMAGE008
个分支的合成系数，M表示分支的总数量，
Figure 967429DEST_PATH_IMAGE009
表示接收信号的第
Figure 577401DEST_PATH_IMAGE010
位，
Figure 606537DEST_PATH_IMAGE011
表示2范数运算；
根据所述误差方程确定均方误差为最小时的合成系数的值。
进一步的，上述同步参考信号提取方法，其中，所述合成系数的计算公式为：
Figure 643763DEST_PATH_IMAGE012
；
其中，
Figure 391140DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 539224DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 422867DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 896573DEST_PATH_IMAGE016
表示对列向量循环下移
Figure 865666DEST_PATH_IMAGE017
位，
Figure 83021DEST_PATH_IMAGE018
表示求矩阵或向量的共轭转置，
Figure 821170DEST_PATH_IMAGE019
。
进一步的，上述同步参考信号提取方法，其中，所述同步参考信号ref的计算公式为：
Figure 200199DEST_PATH_IMAGE020
；
其中，
Figure 671236DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 426702DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 284937DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 100446DEST_PATH_IMAGE024
表示非负整数，
Figure 44132DEST_PATH_IMAGE025
至
Figure 337710DEST_PATH_IMAGE026
表示各个分支的合成系数，M表示分支的总数量，
Figure 50451DEST_PATH_IMAGE027
表示接收信号。
本发明实施例还提供了一种同步参考信号提取装置，包括：
同步信号模块，用于根据预先存储的生成多项式及参数生成本地同步信号，或按照顺序循环读出预先存储的随机信号生成本地同步信号；
自适应合成模块，用于对所述本地同步信号进行分支处理，得到多个分支数据，并对每个所述分支数据进行合成处理，所述合成处理为对当前分支数据分别与每一个所述分支数据对应的合成系数进行乘积计算后求和；
合成系数解算模块，用于确定合成处理后的所述分支数据与接收信号的均方误差为最小时的合成系数的值；
参考信号生成模块，用于依据所述合成系数的值对所述接收信号进行处理，以生成接收信号对应的同步参考信号；
其中，所述自适应合成模块包括多个分支模块，每个所述分支模块包括串联的延迟单元和合成单元，所述延迟单元用于对所述本地同步信号进行延迟处理以生成多个分支数据，所述合成单元包括乘法器和合成系数存储器，所述乘法器用于对每个所述分支数据进行合成处理，所述合成系数存储器用于存储合成系数。
本发明利用已知的同步信号和同步段的接收信号，自适应地解算合成系数，可以自适应地从微弱、结构复杂、信号参数多样的通信照射和散射信号中，提取高质量的参考信号，为相参无源探测、相参有源探测和相参外源探测提供高质量的参考信号，提高低信噪比信号的检测能力和目标参数测量能力，提高目标的探测效能，可以实现机载、舰载、星载、地基隐蔽的目标探测、监视和预警。同时，显著增加无线信息***的隐蔽态势感知能力，弥补机载、舰载、星载、地基有源探测、无源探测和外源探测能力不足，具有广阔的军事和民用应用前景。
附图说明
图1为本发明第一实施例中的同步参考信号提取方法的流程图；
图2为本发明第一实施例中自适应合成模块对本地同步信号进行分支处理的流程图；
图3为本发明第一实施例中的同步参考信号提取装置的结构框图；
图4为现有的一种通信的过程示例。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
请参阅图1，为本发明第一实施例中的同步参考信号提取方法，包括步骤S11~S14。
步骤S11，生成本地同步信号。
在通信***中，典型的一帧通信发射信号包含同步段、控制段、净载荷段和保护段。在发射端，同步信号对全网内的所有设备是已知的，用于各接收设备同步采样时刻和载波等信息，而控制段和净载荷段是由发射端待传输的随机消息和发射参数控制生成的，对接收端来讲，这两段信号是随机的。
其中，本地同步信号为粗同步段中根据预先存储的生成多项式及参数生成同步信号，比如：G=1+X2+X3+X6+X8+X9+X10，寄存器初始值为0，生成同步信号。或者还可以按照顺序循环读出预先存储的随机信号生成同步信号。该同步信号为：x0，x1，…，xn-1。
步骤S12，利用自适应合成模块对所述本地同步信号进行分支处理，得到多个分支数据，并对每个所述分支数据进行合成处理，所述合成处理为对当前分支数据分别与每一个所述分支数据对应的合成系数进行乘积计算后求和。
步骤S13，确定合成处理后的所述分支数据与接收信号的均方误差为最小时的合成系数的值。
具体的，该自适应合成模块包括多个分支模块，每个分支模块包括串联的延迟单元和合成单元，所述延迟单元用于对本地同步进行延迟处理以生成多个分支数据，每个合成单元包括一个乘法器和一个合成系数存储器，该乘法器用于对每个分支数据进行合成处理，该合成系数存储器用于存储合成系数，每个合成数据存储器中存储有一个合成系数。
其中，分支模块的数量M根据***的最大时间模糊范围和采样间隔时间确定，具体的，
Figure 36861DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 467843DEST_PATH_IMAGE029
表示***的最大时间模糊范围，
Figure 565112DEST_PATH_IMAGE030
表示***采样时间间隔，
Figure 132359DEST_PATH_IMAGE031
表示取上整运算。该
Figure 24092DEST_PATH_IMAGE032
个并行分支模块的延迟单元的延迟量分别为
Figure 207949DEST_PATH_IMAGE033
。如图2所示，用零初始化各个寄存器，将每个同步信号的各位数据输入到
Figure 843329DEST_PATH_IMAGE034
个并行分支模块，经过数据延迟后处理后得到M个分支数据，每个同步信号的M个分支数据分别与每个合成系数相乘，并求和，得到
Figure 530662DEST_PATH_IMAGE035
：
Figure 858876DEST_PATH_IMAGE036
（1）；
其中，
Figure 733291DEST_PATH_IMAGE037
表示同步信号的第
Figure 706450DEST_PATH_IMAGE038
个分支数据，
Figure 982711DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 481825DEST_PATH_IMAGE040
表示同步信号的长度，
Figure 109116DEST_PATH_IMAGE041
表示第
Figure 86299DEST_PATH_IMAGE042
个分支的合成系数，M表示分支的总数量。
上述公式（1）合成系数
Figure 748225DEST_PATH_IMAGE043
为未知数，其具体值根据
Figure 152661DEST_PATH_IMAGE044
与接收信号的均方误差来确定。具体的，计算满足均方误差为最小时的合成系数，使得上述
Figure 267248DEST_PATH_IMAGE045
次同步信号数据位和合成系数相乘的结果与缓存的均方误差
Figure 48122DEST_PATH_IMAGE046
最小。其中合成处理后的分支数据与接收信号的最小均方误差方程为：
Figure 564554DEST_PATH_IMAGE047
（2）；
其中，
Figure 405471DEST_PATH_IMAGE048
表示接收信号的第
Figure 7354DEST_PATH_IMAGE049
位，
Figure 591919DEST_PATH_IMAGE050
表示2范数运算。
进一步的，满足上述方程的其中一种合成系数的值可根据下述计算公式计算得到：
Figure 962857DEST_PATH_IMAGE051
（3）；
其中，
Figure 709096DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 532696DEST_PATH_IMAGE053
，
Figure 655373DEST_PATH_IMAGE054
，
Figure 883747DEST_PATH_IMAGE055
表示对列向量循环下移
Figure 66467DEST_PATH_IMAGE056
位，
Figure 642942DEST_PATH_IMAGE057
表示求矩阵或向量的共轭转置，
Figure 569309DEST_PATH_IMAGE058
。
步骤S14，依据所述合成系数的值对所述接收信号进行处理，以生成接收信号对应的同步参考信号。
依据该合成系数
Figure 649261DEST_PATH_IMAGE059
，得到接收信号对应的参考信号ref，计算公式如下：
Figure 268461DEST_PATH_IMAGE060
；
其中，
Figure 66653DEST_PATH_IMAGE061
，
Figure 265553DEST_PATH_IMAGE062
，
Figure 731169DEST_PATH_IMAGE063
，R表示第
Figure 521271DEST_PATH_IMAGE065
至第
Figure 541179DEST_PATH_IMAGE067
个接收信号采样值组成的向量，
Figure 809350DEST_PATH_IMAGE068
表示非负整数，
Figure 863893DEST_PATH_IMAGE025
至
Figure 559317DEST_PATH_IMAGE026
表示各个分支的合成系数，M表示分支的总数量，
Figure 332101DEST_PATH_IMAGE027
表示接收信号。
在通信信号的帧结构中，只有同步段的信号是已知的，本实施例利用已知的同步信号和同步段的实际接收信号，自适应地解算合成系数，可以自适应地从微弱、结构复杂、信号参数多样的通信照射和散射信号中，提取高质量的参考信号，对应通信信号所含所有分段，比如，同步段和净载荷段，为相参无源探测、相参有源探测和相参外源探测提供高质量的参考信号，从而利于上述探测***利用全部分段的通信信号，积累能量，提高低信噪比信号的检测能力和目标参数测量能力，提高目标的探测效能，可以实现机载、舰载、星载、地基隐蔽的目标探测、监视和预警。同时，显著增加无线信息***的隐蔽态势感知能力，弥补机载、舰载、星载、地基有源探测、无源探测和外源探测能力不足，具有广阔的军事和民用应用前景。
请参阅图3，为本发明第二实施例中的同步参考信号提取装置，包括：
同步信号模块10，用于根据预先存储的生成多项式及参数生成本地同步信号，或按照顺序循环读出预先存储的随机信号生成本地同步信号；
自适应合成模块20，用于对所述本地同步信号进行分支处理，得到多个分支数据，并对每个所述分支数据进行合成处理，所述合成处理为对当前分支数据分别与每一个所述分支数据对应的合成系数进行乘积计算后求和；
合成系数解算模块30，用于确定合成处理后的所述分支数据与接收信号的均方误差为最小时的合成系数的值；
参考信号生成模块40，用于依据所述合成系数的值对所述接收信号进行处理，以生成接收信号对应的同步参考信号。
本发明中的同步参考信号提取装置，包括同步信号模块、自适应合成模块、合成系数解算模块、参考信号生成模块共四个模块，其中，同步信号模块生成接收节点本地的同步信号；自适应合成模块自适应合成多路径接收信号；合成系数解算模块基于最小均方误差的原则解算合成系数；参考信号生成模块利用满足最小均方误差的合成系数生成参考信号。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备（如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***）使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种同步参考信号提取方法，其特征在于，包括：
根据预先存储的生成多项式及参数生成本地同步信号，或按照顺序循环读出预先存储的随机信号生成本地同步信号；
利用自适应合成模块对所述本地同步信号进行分支处理，得到多个分支数据，并对每个所述分支数据进行合成处理，所述合成处理为对当前分支数据分别与每一个所述分支数据对应的合成系数进行乘积计算后求和；
确定合成处理后的所述分支数据与接收信号的均方误差为最小时的合成系数的值；
依据所述合成系数的值对所述接收信号进行处理，以生成接收信号对应的同步参考信号；
其中，所述自适应合成模块包括多个分支模块，每个所述分支模块包括串联的延迟单元和合成单元，所述延迟单元用于对所述本地同步信号进行延迟处理以生成多个分支数据，所述合成单元包括乘法器和合成系数存储器，所述乘法器用于对每个所述分支数据进行合成处理，所述合成系数存储器用于存储合成系数。
2.如权利要求1所述的同步参考信号提取方法，其特征在于，所述确定合成处理后的所述分支数据与接收信号的均方误差为最小时的合成系数的值的步骤包括：
建立合成处理后的分支数据与接收信号的最小均方误差方程：
Figure 33839DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 4069DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 545909DEST_PATH_IMAGE003
表示第
Figure 45024DEST_PATH_IMAGE004
位分支数据，
Figure 672314DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 180656DEST_PATH_IMAGE006
表示同步信号的长度，
Figure 577002DEST_PATH_IMAGE007
表示第
Figure 247018DEST_PATH_IMAGE008
个分支的合成系数，M表示分支的总数量，
Figure 364534DEST_PATH_IMAGE009
表示接收信号的第
Figure 145408DEST_PATH_IMAGE010
位，
Figure 661840DEST_PATH_IMAGE011
表示2范数运算；
根据所述误差方程确定均方误差为最小时的合成系数的值。
3.如权利要求2所述的同步参考信号提取方法，其特征在于，所述最小均方误差方程对应合成系数的计算公式为：
Figure 502757DEST_PATH_IMAGE012
；
其中，
Figure 104640DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 689205DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 60143DEST_PATH_IMAGE015
表示对列向量循环下移
Figure 71962DEST_PATH_IMAGE016
位，
Figure 895561DEST_PATH_IMAGE017
表示求矩阵或向量的共轭转置，
Figure 283817DEST_PATH_IMAGE018
。
4.如权利要求1所述的同步参考信号提取方法，其特征在于，所述同步参考信号ref的计算公式为：
Figure 509262DEST_PATH_IMAGE019
；
其中，
Figure 691982DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 268457DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 460404DEST_PATH_IMAGE022
，R表示第
Figure 805934DEST_PATH_IMAGE023
至 第
Figure 416345DEST_PATH_IMAGE024
个接收信号组成的向量采样值组成的向量，
Figure 214537DEST_PATH_IMAGE025
表示非负整数，
Figure 944596DEST_PATH_IMAGE026
至
Figure 879054DEST_PATH_IMAGE027
表示各个分支的合成系数，M表示分支的总数量，
Figure 669155DEST_PATH_IMAGE028
表示接收信号。
5.一种同步参考信号提取装置，其特征在于，包括：
同步信号模块，用于根据预先存储的生成多项式及参数生成本地同步信号，或按照顺序循环读出预先存储的随机信号生成本地同步信号；
自适应合成模块，用于对所述本地同步信号进行分支处理，得到多个分支数据，并对每个所述分支数据进行合成处理，所述合成处理为对当前分支数据分别与每一个所述分支数据对应的合成系数进行乘积计算后求和；
合成系数解算模块，用于确定合成处理后的所述分支数据与接收信号的均方误差为最小时的合成系数的值；
参考信号生成模块，用于依据所述合成系数的值对所述接收信号进行处理，以生成接收信号对应的同步参考信号；
其中，所述自适应合成模块包括多个分支模块，每个所述分支模块包括串联的延迟单元和合成单元，所述延迟单元用于对所述本地同步信号进行延迟处理以生成多个分支数据，所述合成单元包括乘法器和合成系数存储器，所述乘法器用于对每个所述分支数据进行合成处理，所述合成系数存储器用于存储合成系数。
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